RU2740360C1 - Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима - Google Patents

Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима Download PDF

Info

Publication number
RU2740360C1
RU2740360C1 RU2020121127A RU2020121127A RU2740360C1 RU 2740360 C1 RU2740360 C1 RU 2740360C1 RU 2020121127 A RU2020121127 A RU 2020121127A RU 2020121127 A RU2020121127 A RU 2020121127A RU 2740360 C1 RU2740360 C1 RU 2740360C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emergency
function
devices
wavelet
relay protection
Prior art date
Application number
RU2020121127A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Олегович Благоразумов
Евгений Александрович Волошин
Александр Александрович Волошин
Наталья Сергеевна Лебедева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2020121127A priority Critical patent/RU2740360C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2740360C1 publication Critical patent/RU2740360C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/40Monitoring; Testing of relay systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Использование: в области электроэнергетики для реализации бесперебойного электроснабжения потребителей. Технический результат - повышение надежности электроснабжения потребителей. В способе синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающемся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА, согласно изобретению переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для применения при реализации бесперебойного электроснабжения потребителей.
С внедрением систем РЗА с «шинами процесса» возникает необходимость в обеспечении точности синхронизации устройств по времени, в пределах 1 мкс, согласно требованиям МЭК 61850-5.
Известен способ, когда для синхронизации устройств РЗА на цифровой подстанции (ЦПС) с использованием выделенных каналов передачи данных совместно используются протоколы: IRIG-B /Inter Range Instrumentation Group/, предоставляющий информацию о времени и дате наряду с импульсами синхронизации и протокол 1 PPS (RU 2479904 C1, Н02Н 3/00, опубл. 20.04.2013).
Недостатком этого способа является необходимость прокладки дополнительных линий связи и наличие специализированных интерфейсных плат в микропроцессорных устройствах РЗА ЦПС для приема сигналов по протоколом IRIG-B и 1-PPS.
В последнее время получила распространение синхронизация измерений на ЦПС с использованием сети Ethernet, при осуществлении которой используются протоколы NTP и РТР / Precision Time Protocol / (RU 192293 U1, H02H 7/00, 11.09.2019). Применение протокола NTP на ЦПС обусловливает низкую точность - в пределах нескольких мс, поэтому для синхронизации измерений на ЦПС с применением сети Ethernet обычно предпочтение отдают протоколу РТР. Протокол РТР учитывает время передачи сигналов точного времени по сети Ethernet и позволяет автоматически вносить необходимые корректировки. Синхронизация устройств РЗА на ЦПС с использованием протокола РТР обеспечивает точность синхронизации в пределах 1 мкс.При этом необходимость в выделенных каналах передачи данных отпадает.
Недостатком этого способа является сложность протокола РТР, и связанные с этим риски его применения в электроэнергетике.
Наиболее близким к предложенному является способ синхронизации по времени устройств РЗА, объединенных линией связи, согласно которому на каждом из контролируемых объектов энергосистемы осуществляют измерение электрических параметров, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима, в частности тока, по преобразованию Фурье и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА (CN 102981103 A, G01R 31/08, Н02Н 7/26, 20.03.2013).
Недостатком указанного способа является недостоверное в ряде случаев выявление локальных особенностей сигналов при анализе переходных процессов.
Технической задачей изобретения является повышение точности синхронизации устройств РЗА.
Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей.
Это достигается тем, что в способе синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающемся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА,- переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.
Анализ переходных процессов в поврежденных и неповрежденных фазах объектов энергосистемы осуществляют во временном окне от 1 до 3 мс с частотой дискретизации 1 МГц, при этом непрерывное вейвлет-преобразование определяют в соответствии с выражением:
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета,
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
Материнский вейвлет определяют в соответствии с выражением:
Figure 00000003
где ƒц - центральная частота вейвлета,
ƒп - ширина полосы пропускания.
В качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования.
Для связи устройств РЗА используют сеть Ethernet, при этом при отсутствии в энергосистеме технологических нарушений синхронизацию устройств РЗА по времени осуществляют по протоколу NTP.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая структура сочленения электрической сети и устройств РЗА с указанием передаваемых для устройств РЗА синхронизирующих сигналов, а на фиг. 2, а, б показаны временные диаграммы, иллюстрирующие соответственно исследуемый при переходном процессе сигнал и его вейвлет-преобразование при определении максимума модуля коэффициентов вейвлет-преобразования напряжений на шинах высокого напряжения подстанции при междуфазном к.з.
Общая структура сочленения электрической сети и устройств РЗА (фиг. 1) содержит трансформаторы 1 и 2 тока (ТА), трансформаторы 3 и 4 напряжения (TV), узлы 5, 6, 7, 8 сопряжения (MU) с объектами, устройства 9, 10, 11, 12, 13 и 14 РЗА (IED - интеллектуальные электронные устройства), средства 15, 16 организации локальной вычислительной сети, ретранслятор 17 синхронизирующих импульсов, источник 18 синхронизирующих импульсов (GPS, ГЛОНАСС).
Предложенный способ синхронизации устройств РЗА (сигналов измерительной информации), как уже указывалось, заключается в синхронизации времени по параметрам аварийного режима с применением вейвлет-преобразования Морле. Параметрами аварийного режима называются определенные электрические величины, измеренные в период различных видов аварийных возмущений.
Для синхронизации устройств РЗА на подстанции от трансформаторов 1 и 2 тока и трансформаторов 3 и 4 напряжения к устройствам 5, 6 и 7, 8 сопряжения с объектами подводятся токи и напряжения. Замеры токов и напряжений производятся со всех мест подключения измерительных трансформаторов. Для корректной работы алгоритма необходимо рассматривать токи в поврежденных и неповрежденных фазах с частотой дискретизации сигнала от 1 МГц.
В каждом из устройств 5 и 6, 7 и 8 сопряжения имеется пусковой орган, который срабатывает при наступлении технологического нарушения. В пусковом органе для проведения анализа переходного процесса и определения с заданной точностью момента возникновения аварийной ситуации используется вейвлет-преобразование. По сравнению с преобразованием Фурье, вейвлет-преобразование способно с гораздо более высокой точностью определять локальные особенности сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков). В качестве материнского вейвлета используется вейвлет Морле.
Непрерывное вейвлет-преобразование определяется выражением:
Figure 00000004
где
Figure 00000005
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
Материнский вейвлет Морле определяется выражением:
Figure 00000006
где ƒц - центральная частота вейвлета;
ƒп - ширина полосы пропускания.
В качестве анализируемой функции пусковым органом используется функция модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования:
Figure 00000007
Для корректной работы алгоритма выбирается временное окно от 1 до 3 мс для формирования буфера мгновенных значений тока и напряжения и расчета модуля коэффициентов вейвлет-преобразования Морле.
Выбор начала аварийной ситуации заключается в определении минимального времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения |с| при превышении определенной уставки срабатывания (Фиг. 2, а, б). Фиксация момента возникновения аварийной ситуации происходит в каждом из устройств 5 и 6, 7 и 8 сопряжения одновременно.
По факту фиксации в устройствах 5 и 6, 7 и 8 сопряжения начала аварийной ситуации начинается периодическая отправка измерений с достаточной частотой передачи сигнала для функции РЗА. При этом синхронизация времени по источникам сигналов точного времени не требуется, так как измерения в каждом из устройств сопряжения синхронизируются по параметру аварийного режима.
Благодаря возможности выявления при анализе переходных процессов с помощью вельвет-преобразования Морле локальных особенностей сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков), в предложенном способе существенно повышается точность синхронизации устройств РЗА.

Claims (12)

1. Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающийся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА, отличающийся тем, что переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переходные процессы в поврежденных и неповрежденных фазах объектов энергосистемы анализируют во временном окне от 1 до 3 мс с частотой дискретизации 1 МГц, при этом непрерывное вейвлет-преобразование определяют в соответствии с выражением:
Figure 00000008
где
Figure 00000009
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что материнский вейвлет определяют в соответствии с выражением:
Figure 00000010
где ƒц - центральная частота вейвлета;
ƒп - ширина полосы пропускания.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что для связи устройств РЗА используют сеть Ethernet, при этом при отсутствии в энергосистеме технологических нарушений синхронизацию устройств РЗА по времени осуществляют по протоколу NTP.
RU2020121127A 2020-06-25 2020-06-25 Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима RU2740360C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121127A RU2740360C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121127A RU2740360C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740360C1 true RU2740360C1 (ru) 2021-01-13

Family

ID=74183855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121127A RU2740360C1 (ru) 2020-06-25 2020-06-25 Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740360C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656633B2 (en) * 2006-12-26 2010-02-02 Hamilton Sundstrand Corporation Asymmetric fault detection and protection with AC solid state power controllers
US20110058296A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Lutron Electronics Co., Inc. Method of Detecting a Fault Condition of a Load Control Device
CN102981103A (zh) * 2012-11-19 2013-03-20 山东理工大学 利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法
RU2479904C1 (ru) * 2012-02-08 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "АТЛАНТ" Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики
RU192293U1 (ru) * 2019-05-22 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Прософт-Системы" Устройство релейной защиты и автоматики

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656633B2 (en) * 2006-12-26 2010-02-02 Hamilton Sundstrand Corporation Asymmetric fault detection and protection with AC solid state power controllers
US20110058296A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Lutron Electronics Co., Inc. Method of Detecting a Fault Condition of a Load Control Device
RU2479904C1 (ru) * 2012-02-08 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "АТЛАНТ" Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики
CN102981103A (zh) * 2012-11-19 2013-03-20 山东理工大学 利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法
RU192293U1 (ru) * 2019-05-22 2019-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Прософт-Системы" Устройство релейной защиты и автоматики

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1606638B1 (en) Method of precisely determining the location of a fault on an electrical transmision system
US10228409B2 (en) Fault location using traveling waves
US10859611B2 (en) Measuring and mitigating channel delay in remote data acquisition
US8390298B2 (en) Method for determination of a setting value which indicates a ground impedance, and measurement device
EP2558874B1 (en) Fault wave arrival determination
US10598717B2 (en) Method, device and system for determining the fault location of a fault on a line of an electrical energy supply network
US11320475B2 (en) Testing system for traveling wave fault detectors
EP2728693A1 (en) Current differential protection
CN106796257A (zh) 使用欠范围、方向和行波元件的电力输送系统中的故障检测
US10802054B2 (en) High-fidelity voltage measurement using a capacitance-coupled voltage transformer
US11467200B2 (en) Method and device for identifying the location of a fault in an electrical power distribution network
US10345363B2 (en) High-fidelity voltage measurement using resistive divider in a capacitance-coupled voltage transformer
US20190120892A1 (en) Method, protective device and protective system for detecting a fault on a line of an electrical power supply system
JP7429339B2 (ja) 非同期測定を使用した、パラメータに依存しない進行波ベースの故障位置特定
EP3563163B1 (en) Travelling wave based method for locating a fault in a transmission line and device therefor
RU2740360C1 (ru) Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима
US20210249853A1 (en) Electrical protection system and a method thereof
CN110915169A (zh) 用于自动化系统的总线连接器和用于监视供电网的方法
US10613127B2 (en) Determining the frequency of an alternating signal
US11105832B2 (en) High-fidelity voltage measurement using a capacitance-coupled voltage transformer
EP0957559A2 (en) Method of synchronizing line differential protection device, and line differential protection device
Kusic et al. Measurement of power system phase differences by means of GPS timing
Ha et al. Traveling-wave-based Accurate Fault Location method adaptive for Evolving Faults and Switch-on Events
Huntley et al. Event Reconstruction Using Data from Protection and Disturbance Recording Intelligent Electronic Devices

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner