RU2761971C1 - Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами - Google Patents

Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами Download PDF

Info

Publication number
RU2761971C1
RU2761971C1 RU2021114665A RU2021114665A RU2761971C1 RU 2761971 C1 RU2761971 C1 RU 2761971C1 RU 2021114665 A RU2021114665 A RU 2021114665A RU 2021114665 A RU2021114665 A RU 2021114665A RU 2761971 C1 RU2761971 C1 RU 2761971C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
pole
contacts
predictive
switch
Prior art date
Application number
RU2021114665A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Геннадьевич Иванов
Владислав Иванович Антонов
Original Assignee
Николай Геннадьевич Иванов
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 Николай Геннадьевич Иванов filed Critical Николай Геннадьевич Иванов
Priority to RU2021114665A priority Critical patent/RU2761971C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2761971C1 publication Critical patent/RU2761971C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/06—Details with automatic reconnection

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение уровня коммутационных перенапряжений в цикле трехфазного автоматического повторного включения. Согласно способу измерения фазных напряжений со стороны шин системы и со стороны ЛЭП преобразуют в одноименные цифровые сигналы, из которых затем формируют комплексные предиктивные сигналы напряжения шин и напряжения ЛЭП. Из них формируют предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя в форме комплексного сигнала. Формируют предиктивные сигналы огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя путем определения модулей соответствующих комплексных предиктивных сигналов напряжений и преобразуют их с помощью максиселектора в сигнал опорной огибающей. На заданном отрезке времени с помощью мини-селектора находят момент наступления минимума предиктивного сигнала опорной огибающей и принимают его за опорный момент включения выключателя. В окрестности опорного момента включения выключателя выявляют ближайшие два момента изменения знака мнимой составляющей комплексного предиктивного сигнала напряжения на контактах каждого полюса выключателя. Принимают их за моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя через нуль, и выбирают момент повторного включения полюса выключателя вблизи одного из них. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к автоматике электрических систем.
Известен способ трехфазного автоматического повторного включения (АПВ) ЛЭП с шунтирующими реакторами, согласно которому с целью снижения уровня перенапряжений повторное включение всех фаз ЛЭП осуществляется одновременно через заданное время после отключения (SU502437A1, опубл. 05.02.1976), выбирая бестоковую паузу такой, чтобы включение фаз происходило вблизи минимума огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя. Способ основан на предположении, что моменты наступления минимумов огибающих, полученных расчетным путем, неизменны относительно момента отключения выключателя. Однако на практике расположение минимумов огибающих напряжения не совпадают с расчетными моментами минимумов из-за отличия процессов в электрической сети от расчетных. Поэтому условия повторного включение ЛЭП во многих случаях далеки от оптимальных, что неизменно приводит к недопустимо высоким уровням перенапряжений в сети.
Этого недостатка лишены способы автоматического повторного включения ЛЭП с шунтирующими реакторами, согласно которым повторное включение осуществляют в момент наступления минимума огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя, предсказанный на основе измерений напряжения со стороны шин и со стороны ЛЭП в паузе цикла АПВ (SU612330A1, опубл. 25.06.1978; SU803070A1, опубл. 07.02.1981; RU2518480С2, опубл. 10.06.2014). Но возможности этих способов по снижению перенапряжений при повторном включении ЛЭП ограничены по двум принципиальным основаниям. Во-первых, момент включения фаз, выбираемый способами в момент наступления минимума огибающих всех фаз, может сойтись с моментом, когда значение напряжения на контактах одного или нескольких полюсов выключателя окажется в точке максимального значения, т.е. совпадет с величиной самой огибающей этого полюса (фазы). Перенапряжения в результате такого включения все еще будут иметь высокий уровень. Во-вторых, все перечисленные способы основаны на предположении, что огибающие напряжений на контактах всех полюсов достигают своего минимума практически одновременно, что не соответствует действительности, и поэтому рассматриваемые способы не могут эффективно смягчить коммутационные перенапряжения, особенно в режимах, когда трехфазному АПВ предшествует несимметричное короткое замыкание.
Эффективность снижения перенапряжений значительно повышена в способе трехфазного АПВ, в котором включение полюсов выключателя осуществляют разновременно, причем моменты включения каждого полюса выбираются вблизи момента перехода кривой напряжения на контактах полюса через нуль (Pilz, G. An Algorithm for Three-Pole Controlled Auto-Reclose of Shunt Compensated Transmission Lines With a Optimization for The Second and Third Pole / G. Pilz [et al.] // CIGRE A3-115 Session. – 2004). Согласно способу, фазные напряжения со стороны шин системы и со стороны ЛЭП преобразуют в одноименные цифровые сигналы путем измерения в равномерно фиксированные моменты времени и на основе упомянутых цифровых сигналов на заданном отрезке времени формируют предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя. Точки перехода упомянутого предиктивного сигнала напряжения через нуль принимают за моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя. Среди предсказанных моментов перехода через нуль определяют момент, в котором абсолютное значение производной напряжения на контактах одного из полюсов выключателя достигает минимального значения на заданном отрезке времени и будет меньше абсолютных значений производных напряжения на контактах остальных полюсов выключателя, и принимают его за опорный момент включения выключателя. Вблизи опорного момента включения выключателя выбирают момент включения третьего полюса выключателя и задают моменты включения двух других полюсов вблизи моментов перехода через нуль кривых напряжений на контактах своих полюсов, расположенных на временной оси слева от момента включения третьего полюса выключателя. Момент включения каждого полюса выключателя вблизи момента перехода через нуль кривой своего напряжения выбирают с учетом характеристик выключателя: скорости снижения диэлектрической прочности межконтактного промежутка (RDDS – Rate of Decay of Dielectric Strength) и величины разброса времени действия выключателя. Чтобы обеспечить включение ЛЭП в предсказанные моменты, команду включения выключателя формируют с опережением, равным ожидаемому времени действия выключателя с учетом его электромеханических характеристик.
Контроль уровня производной в точках перехода через нуль напряжений на контактах полюсов выключателя позволяет локализовать часть заданного отрезка времени, на которой уровень огибающей напряжения на контактах третьего полюса минимален. Таким образом, способу удается снизить интенсивность перенапряжений при включении третьего полюса выключателя, нивелируя влияние коммутации предыдущих полюсов выключателя на условия коммутации последующих. Однако эффективность способа значительно снижается из-за разброса времени действия выключателя, поскольку при выборе моментов включения первого и второго полюсов выключателя не учитываются величины огибающих напряжений на их контактах и выбранные моменты могут располагаться вблизи максимумов соответствующих огибающих (Иванов, Н.Г. Оптимальная стратегия трёхфазного интеллектуального АПВ / Н.Г. Иванов [и др.] // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: материалы XII Всерос. науч.-техн. конф. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2020. С. 429-434; Ivanov N. An Optimal Strategy for Three-Phase Intelligent Auto-Reclosing of Power Lines with Shunt Reactors / N. Ivanov [et al.] // 2020 Ural Smart Energy Conference (USEC), Ekaterinburg, 2020, pp. 31-34). В результате коммутация первого и второго полюсов будут сопровождаться интенсивным электромагнитным переходным процессом, и ограничение коммутационных перенапряжений будет недостаточно эффективным.
Этот способ является наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и принят за прототип.
Техническим результатом изобретения является снижение уровня коммутационных перенапряжений в цикле трехфазного автоматического повторного включения ЛЭП с шунтирующими реакторами.
С этой целью в известном способе, согласно которому фазные напряжения со стороны шин системы и фазные напряжения со стороны ЛЭП преобразуют в одноименные цифровые сигналы путем измерения в равномерно фиксированные моменты времени, на основе упомянутых цифровых сигналов на заданном отрезке времени формируют предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя, по которому предсказывают моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя через нуль, выбирают опорный момент включения выключателя и задают момент повторного включения полюса выключателя вблизи одного из предсказанных моментов перехода кривой напряжения на контактах полюса через нуль, расположенных в окрестности опорного момента включения, при этом команду повторного включения каждого полюса выключателя формируют относительно выбранного момента включения полюса с опережением, равным ожидаемому времени действия выключателя с учетом его электромеханических характеристик, вводят новые операции. Суть этих операций заключается в следующем. Упомянутый предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя в новом способе формируют в форме комплексного сигнала путем вычитания комплексного предиктивного сигнала напряжения шин из комплексного предиктивного сигнала напряжения ЛЭП одноименной фазы. Причем комплексные предиктивные сигналы напряжения шин и напряжения ЛЭП получают путем преобразования цифровых сигналов напряжения шин и напряжения ЛЭП в два этапа – сначала цифровые сигналы преобразуют фильтром ортогональных составляющих в совокупность цифровых сигналов комплексных амплитуд его компонентов, каждый из которых затем подводят к соответствующему входу фильтра­предсказателя. Фильтр-предсказатель выполняют в виде сумматора, выход которого является выходом фильтра, а входы соединены со входами фильтра через соответствующие усилители. Комплексные коэффициенты усиления усилителей изменяют во времени по экспоненциальному закону с аргументом, пропорциональным значению комплексной частоты компоненты, действующей на входе усилителя. Далее формируют предиктивные сигналы огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя путем определения модулей соответствующих комплексных предиктивных сигналов напряжений и преобразуют их с помощью максиселектора в сигнал опорной огибающей. Затем на заданном отрезке времени с помощью миниселектора находят момент наступления минимума предиктивного сигнала опорной огибающей и принимают его за опорный момент включения выключателя. После этого в окрестности опорного момента включения выключателя выявляют ближайшие два момента изменения знака мнимой составляющей комплексного предиктивного сигнала напряжения на контактах каждого полюса выключателя, принимают их за моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя через нуль, и выбирают момент повторного включения полюса выключателя в окрестности одного из них, образующего вместе с другими аналогичными моментами перехода кривой напряжения на контактах других полюсов через нуль последовательность с наименьшим временным интервалом.
Новые операции обеспечивают снижение уровня коммутационных перенапряжений в цикле трехфазного автоматического повторного включения ЛЭП с шунтирующими реакторами благодаря включению каждого полюса выключателя вблизи переходов кривой напряжения на его контактах через нуль строго в области минимума огибающей.
В другой реализации способа комплексную частоту составляющих цифрового сигнала определяют фильтром ортогональных составляющих методом адаптивного структурного анализа (Антонов, В.И. Адаптивный структурный анализ электрических сигналов: теория и ее приложения в интеллектуальной электроэнергетике / В.И. Антонов – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2018).
На фиг. 1 изображена однолинейная схема электропередачи, в которой осуществляется трехфазное АПВ: PS – питающая система; L – ЛЭП; R1, R2 – шунтирующие реакторы; Q1 – выключатель, выполняющий повторное включение линии; Q2 – выключатель удаленного конца ЛЭП (во время АПВ отключен);
Figure 00000001
– напряжение со стороны шин системы;
Figure 00000002
– напряжение со стороны ЛЭП;
Figure 00000003
– напряжение на контактах выключателя.
Фиг. 2 поясняет принцип выбора моментов включения фаз ЛЭП по предлагаемому способу и прототипу. Приняты следующие обозначения:
Figure 00000004
,
Figure 00000005
и
Figure 00000006
– кривые предиктивных сигналов напряжений на контактах полюсов выключателя (в предлагаемом способе эти кривые совпадают с кривыми мнимых составляющих комплексных предиктивных сигналов напряжений на контактах полюсов выключателя);
Figure 00000007
,
Figure 00000008
и
Figure 00000009
– предиктивные сигналы огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя;
Figure 00000010
– предиктивный сигнал опорной огибающей. На кривых
Figure 00000004
,
Figure 00000005
и
Figure 00000006
отмечены точки перехода через нуль, вблизи которых осуществляется повторное включение ЛЭП по прототипу (точки A1, B1 и C1) и по предлагаемому способу (точки A2, B2 и C2). Фоном выделены области опорного момента включения выключателя: в прототипе – T1 (на фиг. 2г располагается в окрестности глобального минимума огибающей напряжения на контактах) одного из полюсов, в рассматриваемом примере – полюса фазы C) и в предлагаемом способе – T2 (на фиг. 2д располагается в окрестности минимума предиктивного сигнала опорной огибающей
Figure 00000011
).
Фиг. 3а и 3б иллюстрируют влияние последовательного включения полюсов выключателя Q1 на ошибку предсказания кривых напряжений на контактах его полюсов. На фиг. 3а кривые напряжений на контактах полюсов
Figure 00000012
Figure 00000013
и
Figure 00000014
до включения выключателя показаны сплошными линиями, а кривые предиктивных сигналов напряжений на контактах полюсов выключателей
Figure 00000004
,
Figure 00000005
и
Figure 00000006
, продолженных после включения полюса фазы В без учета влияния на них коммутации других полюсов – штриховыми линиями. На фиг. 3б приведены кривые ошибок предсказания напряжений на контактах полюсов фазы А (кривая
Figure 00000015
) и фазы C (кривая
Figure 00000016
) при включении полюсов в последовательности B–A–C.
На фиг. 4 показаны кривые кумулятивных значений максимальных напряжений на линии, возникающих при трехфазном АПВ ЛЭП с шунтирующими реакторами (номинальное напряжение ЛЭП 500 кВ, длина 432 км). Кривые 1 и 2 – кумуляты максимальных напряжений в цикле трехфазного АПВ по прототипу и по предлагаемому способу соответственно при идеальной работе выключателя Q1 (при отсутствии разброса по времени действия полюсов); кривые 1′ и 2′ – кумуляты при включении по прототипу и по предлагаемому способу соответственно с учетом разброса по времени действия полюсов выключателя Q1 в пределах 1 мс. Кривая 3 – кумулята максимальных напряжений в цикле трехфазного АПВ при включении ЛЭП в момент максимального значения напряжения на контактах полюсов выключателя Q1 (соответствует наихудшему случаю трехфазного АПВ – без применения средств управления моментом включения ЛЭП с целью снижения перенапряжений).
На фиг. 5 показана структурная схема, реализующая предлагаемый способ. Схема включает в себя: блоки формирования огибающей фазы 8-(А, В, С), каждый из которых содержит по два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 4-1 и 4-2 и блока формирования предиктивного сигнала 5-1 и 5-2, вычитатель 6 и формирователь предиктивного сигнала огибающей 7; каждый из блоков формирования предиктивного сигнала 5-1 и 5-2 состоит из фильтра ортогональных составляющих 5-11 и фильтра-предсказателя 5-12; максиселектор 9; миниселектор 10; нуль-индикаторы 11-(А, B, C); таймеры 12-(А, В, C), формирующие команду включения соответствующих полюсов Q1-(А, В, С) выключателя в заданный момент времени. На фигуре приняты следующие обозначения: PS – энергосистема; R1-(A, B, С), R2-(A, B, С) – шунтирующие реакторы фаз; L – ЛЭП; TV-L и TV-PS – измерительные трансформаторы напряжения.
На фиг. 6а приведена структурная схема фильтра ортогональных составляющих 5-11. В его блоке формирования сигналов комплексных частот 5-111 определяются комплексные частоты 5-13 компонентов входного сигнала, а в блоке формирования сигналов комплексных амплитуд 5-112 формируются сигналы комплексных амплитуд компонентов 5-14. Работа блоков фильтра ортогональных составляющих основана на методах адаптивного структурного анализа.
На фиг. 6б показана структурная схема одной из реализаций фильтра ортогональных составляющих 5-11. На рисунке приняты следующие обозначения: 5-1111 – адаптивный фильтр; 5-1112 – блок настройки адаптивного фильтра; 5-1113 и 5-1115 – первый и второй вычислители; 5-1114 – селектор физически реализуемых корней.
На фиг. 7 показана структурная схема фильтра-предсказателя 5-12, содержащего сумматор 5-125, усилители 5-123 и 5-124 и блоки 5-121 и 5-122 управления коэффициентами усиления усилителей.
Поясним суть изобретения на примере электропередачи, представленной на фиг. 1.
ЛЭП L с шунтирующими реакторами R1 и R2 вместе образуют высокодобротную электрическую систему. Поэтому в паузе цикла трехфазного АПВ в ЛЭП действуют медленно затухающие свободные колебания, вызванные разрядом распределенной емкости ЛЭП через шунтирующие реакторы (RU2518480С2, опубл. 10.06.2014; SU616682, опубл. 09.06.1978).
При повторном включении «заряженной» ЛЭП в ней возникают перенапряжения, уровень которых напрямую зависит от величины напряжения на контактах каждого полюса выключателя
Figure 00000017
(
Figure 00000018
– обозначение фазы) и от величины огибающей этого напряжения в момент коммутации. Для максимального смягчения перенапряжений при АПВ ЛЭП необходимо одновременное выполнение двух условий: во-первых, коммутация фазы ЛЭП должна происходить в момент, когда напряжение на контактах равно нулю, т.е. в моменты перехода кривой напряжения на контактах соответствующего полюса выключателя через нуль, а во-вторых, момент коммутации должен располагаться в окрестности минимума огибающей этого напряжения. Первое условие обеспечивает снижение фронта волны напряжения, возникающей в ЛЭП при коммутации, а второе условие ограничивает амплитуду этой волны при несовпадении момента включения с моментом перехода кривой напряжения через нуль (Н.Г. Иванов. Теоретические основы интеллектуального АПВ протяженных ЛЭП с шунтирующими реакторами / Иванов Н.Г., Антонов В.И. [и др.] // Электротехника, 2019, №8, с. 15-21).
В случаях, когда режиму трехфазного АПВ предшествует несимметричный режим линии (например, несимметричное короткое замыкание), разряд распределенной емкости происходит одновременно в схемах прямой, обратной и нулевой последовательностей. Поскольку характеристические параметры схем последовательностей различны – параметры схем прямой и обратной последовательности, будучи одинаковыми, отличаются от параметров схемы нулевой последовательности, главным образом, из-за разницы в распределенной емкости линии, – то комплексные частоты составляющих свободных процессов в этих схемах так же отличаются: частота свободной составляющей нулевой последовательности обычно выше частоты составляющей в схеме прямой последовательности на 4 – 13 % (Беляков Н.Н. Способ ограничения перенапряжений при повторных включениях линий электропередач / Н.Н. Беляков, В.С. Рашкес // Электричество, №2, 1975. С. 22-28). Из-за несимметричности напряжения со стороны ЛЭП минимумы огибающих напряжения на контактах полюсов выключателя наступают не одновременно, причем временной интервал между ними может достигать сотен миллисекунд. Это означает, что одномоментное включение всех фаз ЛЭП приведет к значительным перенапряжениям, главным образом потому, что некоторые фазы будут включены не в окрестности минимума огибающей. Отсюда следует, что полюса выключателя должны быть включены разномоментно вблизи моментов перехода кривых напряжений на контактах своих полюсов, предпочтительно расположенных в окрестности минимумов своих огибающих.
В прототипе с целью снижения коммутационных перенапряжений моменты включения полюсов выключателя выбираются таким образом, чтобы они были расположены близко друг к другу и по возможности в окрестности минимумов огибающих. Поскольку совпадение минимумов всех огибающих невозможно, то порядок включения полюсов выбирают таким образом, чтобы включаемый последним в очереди полюс коммутировал фазу с наименьшим минимумом огибающей. С этой целью на заданном отрезке времени выбирают полюс с огибающей напряжения с наименьшим минимумом среди огибающих напряжений контактов всех полюсов и принимают точку его минимума за опорный момент включения выключателя (точка T1 на кривой огибающей напряжения на контактах полюса фазы C на фиг. 2г). Момент перехода кривой напряжения выбранного полюса через нуль, ближайший к опорному моменту включения выключателя, принимают за момент включения третьего по очереди полюса (точка С1 на фиг. 2в). Моменты включения двух других полюсов выбирают вблизи моментов перехода через нуль кривых напряжений на контактах соответствующих полюсов, расположенных слева на временной оси от момента включения третьей фазы (точки A1 и B1, фиг. 2а и 2б). Уровень каждой огибающей оценивается косвенно по абсолютному значению производной напряжения в моменты перехода кривой через нуль.
При последовательном включении полюсов ЛЭП включение каждого полюса сопровождается переходными процессами в электрической сети, которые искажают форму кривых напряжений на контактах еще не включенных полюсов линии (фиг. 3а). В связи с этим моменты перехода через нуль кривых напряжений на контактах этих полюсов, выбранные в качестве моментов повторного включения, смещаются во времени, и включение второго и третьего полюса будет происходить уже не в области перехода напряжения через нуль, а при ненулевых значениях их напряжений. Мгновенное значение напряжения на контактах второго и третьего полюса выключателя в предсказанный момент включения будет определяться влиянием свободного процесса от включения предыдущих полюсов (
Figure 00000015
и
Figure 00000016
на фиг. 3б), растущим пропорционально величине их огибающих и интервалу времени между моментами коммутаций фаз.
В прототипе для снижения влияния переходных процессов стремятся, во-первых, сократить интервал между включениями полюсов за счет выбора моментов включения полюсов ЛЭП как можно ближе друг к другу, а во-вторых, ограничить величину огибающей напряжения на полюсе, включаемом третьим по очереди, располагая моменты включения всех полюсов в области минимума огибающей третьей фазы. Выбор полюса с наименьшим минимумом огибающей для включения третьим в очереди объясняется попыткой облегчить условия его коммутации, поскольку именно он испытывает на себе наибольшее негативное влияние переходных процессов от коммутации предыдущих полюсов ЛЭП.
Однако отклонение моментов перехода через нуль кривых напряжений на контактах выключателя от моментов включения соответствующих фаз ЛЭП вызывается не только переходными процессами при поочередном включении полюсов, но и неизбежным разбросом времени действия полюсов выключателя. Максимальные коммутационные перенапряжения в таких условиях будут в полюсе с наибольшим уровнем огибающей. В прототипе минимизируется уровень огибающей лишь для третьего полюса, а уровни огибающих в первом и втором полюсе не принимаются во внимание при выборе моментов включения. Поэтому моменты включения первого и/или второго полюса могут располагаться вблизи максимума их огибающих (например, момент А1 на фиг. 2а), вследствие чего значения напряжений на контактах этих полюсов выключателя в моменты коммутаций могут быть значительными и ограничение коммутационных перенапряжений будет недостаточно эффективным.
Основное отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в выборе в качестве опорного момента включения выключателя момента наступления минимума опорной огибающей. Опорная огибающая формируется максиселектором путем выбора в каждый момент времени максимального из всех огибающих напряжений на контактах полюсов всех фаз. Работу предлагаемого способа поясним на основе структурной схемы, приведенной на фиг. 5.
Техническое совершенство предлагаемого способа достигается в результате выполнения следующих операций:
1. Сначала фазные напряжения со стороны шин системы
Figure 00000019

(
Figure 00000020
– обозначение фазы) и фазные напряжения со стороны ЛЭП
Figure 00000021
преобразуют в одноименные цифровые сигналы
Figure 00000022
и
Figure 00000023
путем измерения в равномерно фиксированные моменты времени
Figure 00000024
аналогово-цифровыми преобразователями 4-1 и 4-2. Здесь
Figure 00000025
– порядковый номер измерения,
Figure 00000026
– интервал между измерениями.
2. Затем фильтром ортогональных составляющих 5-11 преобразуют цифровой сигнал каждого фазного напряжения ЛЭП
Figure 00000027
и фазного напряжения шин
Figure 00000022
в совокупность сигналов комплексных амплитуд соответствующих компонентов и в совокупность сигналов комплексных частот.
В общем случае фильтр ортогональных составляющих состоит из блока формирования сигналов комплексных частот 5-111 и блока формирования сигналов комплексных амплитуд 5-112 (фиг. 6а). Первый из них предназначен для формирования сигналов комплексных частот
Figure 00000028
компонентов входного сигнала (сигналы 5-13), а второй – для преобразования входного сигнала в совокупность комплексных сигналов компонентов
Figure 00000029
(сигналы 5-14).
Поскольку однотипный фильтр ортогональных составляющих используется как для обработки сигналов фазных напряжений ЛЭП, так и сигналов фазных напряжений шин, то для придания универсальности описанию принципа работы фильтра в тексте и на фиг. 6а и 6б используется единый индекс x для обозначения принадлежности параметра к тому или иному из напряжений и параметр M c для обозначения числа компонентов входного сигнала, действующего на входе фильтра ортогональных составляющих. При обработке сигналов напряжения шины индекс
Figure 00000030
, а при обработке сигналов напряжения ЛЭП –
Figure 00000031
.
К моменту повторного включения напряжение ЛЭП
Figure 00000032
может содержать, в зависимости от начальных условий, различное число компонент свободного процесса: одну компоненту, если в момент отключения в напряжении ЛЭП отсутствовала составляющая нулевой последовательности, и две – если в напряжении ЛЭП составляющая нулевой последовательности была. Поэтому на выходе блока формирования сигналов комплексных частот 5-111 формируют один или два сигнала+
Figure 00000033
где
Figure 00000034
и
Figure 00000035
– коэффициент затухания и циклическая частота компоненты напряжения фазы ЛЭП с порядковым номером
Figure 00000036
,
Figure 00000037
– мнимая единица.
Сигналы напряжения шин системы в паузе цикла АПВ содержат только принужденную составляющую с частотой сети. Поэтому на выходе блока формирования сигналов комплексных частот формируется один сигнал
Figure 00000038
где
Figure 00000039
– циклическая частота напряжения шин.
Сигналы комплексных амплитуд напряжений формируют в блоке формирования сигналов комплексных амплитуд 5-112 (рис. 6а), например, методом компонентного анализа (Антонов, В.И. Адаптивный структурный анализ электрических сигналов: теория и ее приложения в интеллектуальной электроэнергетике / В.И. Антонов – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2018). В этом случае входной сигнал
Figure 00000040
преобразуют в совокупность комплексных амплитуд
Figure 00000041
в соответствии с системой линейных уравнений:
Figure 00000042
где
Figure 00000043
– комплексная частота σ-й компоненты сигнала x, а функция conj{} осуществляет комплексное сопряжение. Такой способ формирования сигналов комплексных амплитуд может использоваться как при обработке сигнала напряжения ЛЭП (
Figure 00000031
,
Figure 00000044
или
Figure 00000045
), так и при обработке сигнала напряжения шин системы (
Figure 00000046
,
Figure 00000044
).
Поскольку напряжение шин системы представляет собой гармонику
Figure 00000047
, то сигнал его комплексной амплитуды получают в блоке формирования сигнала комплексной амплитуды 5-112 без составления системы уравнений (1). Для этого применяют известный фильтр Фурье, формирующий выходной сигнал в соответствии с выражением:
Figure 00000048
где
Figure 00000049
– число отсчетов на периоде основной гармоники.
При реализации способа в цифровом устройстве фильтр ортогональных составляющих или его элементы могут быть реализованы с использованием вычислительных устройств (например, микропроцессоров или ПЛИС — программируемых логических интегральных схем).
3. Далее при помощи фильтра-предсказателя 5-12 (фиг. 5) из совокупности сигналов комплексных амплитуд
Figure 00000050
компонентов напряжений шин и ЛЭП (сигналы 5-14 на фиг. 6а, 6б и 7) формируют соответствующие комплексные предиктивные сигналы напряжений
Figure 00000051
где i – расстояние до будущего отсчета, отсчитываемое в дискретном времени с шагом
Figure 00000052
от текущего отсчета k. Фильтр-предсказатель 5-12 (фиг. 7) выполняется в виде сумматора 5-125, выход которого является выходом фильтра, а входы сумматора соединены со входами фильтра через соответствующие усилители 5-123 и 5-124, комплексные коэффициенты усиления которых изменяют во времени при помощи блоков управления коэффициентами усиления 5-121 и 5-122 по экспоненциальному закону с аргументом, пропорциональным значению комплексной частоты
Figure 00000053
соответствующей компоненты цифрового сигнала напряжения
Figure 00000054
. Выход фильтра-предсказателя 5-12 формирует комплексный предиктивный сигнал напряжения согласно выражению
Figure 00000055
(2)
где
Figure 00000056
– значение комплексного коэффициента усиления σ-й компоненты, изменяемого во времени по экспоненциальному закону с аргументом, пропорциональным значению комплексной частоты
Figure 00000053
компоненты
Figure 00000057
Как и ранее, при обработке сигнала напряжения ЛЭП
Figure 00000031
,
Figure 00000044
или
Figure 00000058
а при обработке сигнала напряжения шин системы
Figure 00000046
и
Figure 00000044
.
4. Блоки формирования огибающей фазы 8-(А, В, С) создают два предиктивных сигнала (фиг. 5), на основе которых способ реализует свой алгоритм. Сначала формируют комплексный предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя
Figure 00000059
, а затем – предиктивный сигнал
Figure 00000060
огибающей напряжения на контактах.
Предиктивный сигнал напряжения на контактах
Figure 00000059
формируют как разность между комплексными предиктивными сигналами напряжения шин
Figure 00000061
и напряжения ЛЭП
Figure 00000062
с помощью вычитателя 6, а предиктивный сигнал
Figure 00000060
огибающей напряжения на контактах каждого полюса выключателя (
Figure 00000063
,
Figure 00000064
и
Figure 00000065
на фиг. 2д и 5) создают как абсолютное значение предиктивного комплексного сигнала
Figure 00000059
:
Figure 00000066
Напомним, что представленные на рис. 2а-2в кривые предиктивных сигналов напряжений на контактах полюсов выключателя
Figure 00000067
совпадают с кривыми мнимых составляющих комплексных предиктивных сигналов напряжений на контактах полюсов выключателя
Figure 00000059
.
5. После формирования предиктивных сигналов напряжений на полюсах выключателя и сигналов их огибающих работа способа выходит на заключительную стадию. Для выбора порядка включения плюсов выключателя создают предиктивный сигнал опорной огибающей
Figure 00000068
, выбирая в каждый k-й дискретный момент максимальный из отсчетов огибающих
Figure 00000060
(фиг. 2д) максиселектором 9 (фиг. 5).
Контакты полюсов выключателя должны быть замкнуты в окрестности минимума предиктивного сигнала опорной огибающей
Figure 00000069
(на фиг. 2д этот момент обозначен как T2), определяемого миниселектором 10 (фиг. 5). Нуль-индикаторами 11-(А, В, С) определяют по два ближайших к
Figure 00000070
момента перехода через нуль предиктивных кривых напряжений на контактах полюсов, и выбирают момент повторного включения фазы вблизи одного из них, образующего вместе с аналогичными моментами перехода кривой напряжения на контактах других полюсов через нуль последовательность с наименьшим временным интервалом (моменты А2, B2 и C2 на осциллограммах фиг. 2а–2в).
Таймеры (12-А, 12-B, 12-C на фиг. 5) формируют команды включения каждой фазы выключателя (сигналы OpA, OpB и OpC) относительно выбранного момента повторного включения фазы с опережением, равным ожидаемому времени действия выключателя
Figure 00000071
.
Рассмотрим возможные модификации и особенности выполнения некоторых его операций.
С целью повышения точности повторного включения необходимо при предсказании времени действия выключателя учитывать его электромеханические характеристики. Предсказание ожидаемого времени действия полюса выключателя
Figure 00000072
можно осуществлять с учетом нескольких параметров, например, в соответствии со следующим выражением:
Figure 00000073
где
Figure 00000074
– номинальное время действия выключателя;
Figure 00000075
– поправка, учитывающая влияние условий окружающей среды (температуры окружающей среды, давления рабочей жидкости или газа в приводе, или напряжения питания электромагнитов включения);
Figure 00000076
– поправка, учитывающая время действия полюса выключателя в цикле предшествующих операций, и компенсирующая влияние износа контактной системы и привода полюса выключателя в процессе эксплуатации;
Figure 00000077
– поправка, учитывающая влияние времени безоперационного простоя полюса выключателя.
В простейшем варианте поправку
Figure 00000075
, учитывающую условия окружающей среды, рассчитывают на основе измерений каждого из параметров окружающей среды независимо:
Figure 00000078
Здесь
Figure 00000079
,
Figure 00000080
и
Figure 00000081
– измеренные значения температуры окружающей среды выключателя, давления в приводе и напряжения оперативного тока соответственно. Зависимости
Figure 00000082
,
Figure 00000083
и
Figure 00000084
могут задаваться в форме таблиц или коэффициентов аппроксимирующего полинома.
Для компенсации влияния износа выключателя используют поправку, рассчитываемую на основе отклонения фактического времени действия выключателя
Figure 00000085
от ожидаемого
Figure 00000086
в нескольких предшествующих циклах коммутаций:
Figure 00000087
При учете времени простоя полюса выключателя поправку
Figure 00000088
рассчитывают по заранее заданной характеристике с учетом прошедшего времени с момента предыдущей коммутации
Figure 00000089
.
В следующей модификации способа предлагается определять комплексные частоты составляющих цифровых сигналов в фильтре ортогональных составляющих методом адаптивного структурного анализа (Антонов, В.И. Адаптивный структурный анализ электрических сигналов: теория и ее приложения в интеллектуальной электроэнергетике / В.И. Антонов – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2018). Поясним работу модификации способа на примере определения комплексных частот слагаемых фазного напряжения
Figure 00000090
при помощи блока формирования сигналов комплексных частот 5-111 (фиг. 6б). Здесь, как и прежде, при обработке напряжения линии индекс
Figure 00000091
, а напряжения шины системы –
Figure 00000092
;
Figure 00000020
– обозначение фазы.
Сначала настраивают адаптивный фильтр 5-1111 (фиг. 6б) на подавление входного сигнала
Figure 00000090
, минимизируя критерий, например, наименьших квадратов:
Figure 00000093
где
Figure 00000094
– выходной сигнал фильтра;
Figure 00000095
– произвольный ненулевой коэффициент (обычно
Figure 00000096
);
Figure 00000097
– значение сигнала напряжения, предсказываемоe его адаптивной структурной моделью:
Figure 00000098
где
Figure 00000099
– подлежащие определению коэффициенты модели;
M – порядок структурной модели (в нашем случае
Figure 00000100
). Настройка адаптивного фильтра 5-1111 заключается в подборе коэффициентов
Figure 00000099
адаптивной структурной модели. При реализации способа в цифровом устройстве коэффициенты
Figure 00000099
обычно определяют при помощи блока настройки фильтра 5-1112 (фиг. 6б), решающего систему линейных уравнений, составленной для k-го момента времени:
Figure 00000101
где N – число уравнений.
Затем по известным коэффициентам
Figure 00000102
адаптивной структурной модели формируют характеристический полином
Figure 00000103
корни
Figure 00000104
которого находят при помощи первого вычислителя 5-1113 (фиг. 6б), выполненного, например, на основе микропроцессора с соответствующим программным обеспечением. Кроме корней, согласованных с сигналом, множество корней
Figure 00000105
полинома
Figure 00000106
содержит и физически нереализуемые корни. Селекцию физически реализуемых корней осуществляют при помощи избирателя 5-1114, например, по критерию
Figure 00000107
и
Figure 00000108
где
Figure 00000109
– число физически реализуемых корней (
Figure 00000110
или 2).
Далее второй вычислитель 5-1115 определяет комплексные частоты слагаемых сигнала исходя из физически реализуемых корней
Figure 00000111
Таким образом, принятый в предлагаемом способе принцип выбора моментов включения позволяет минимизировать коммутационные перенапряжения даже в условиях, когда коммутация любой из фаз происходит не строго в моменты перехода кривых напряжений на контактах полюсов через нуль, например, из-за неизбежного разброса времени действия выключателя.

Claims (2)

1. Способ трехфазного автоматического повторного включения ЛЭП с шунтирующими реакторами, согласно которому фазные напряжения со стороны шин системы и фазные напряжения со стороны ЛЭП преобразуют в одноименные цифровые сигналы путем измерения в равномерно фиксированные моменты времени, на основе упомянутых цифровых сигналов на заданном отрезке времени формируют предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя, по которому предсказывают моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя через нуль, выбирают опорный момент включения выключателя и задают момент повторного включения полюса выключателя вблизи одного из предсказанных моментов перехода кривой напряжения на контактах полюса через нуль, расположенных в окрестности опорного момента включения, при этом команду повторного включения каждого полюса выключателя формируют относительно выбранного момента включения полюса с опережением, равным ожидаемому времени действия выключателя с учетом его электромеханических характеристик, отличающийся тем, что упомянутый предиктивный сигнал напряжения на контактах каждого полюса выключателя формируют в форме комплексного сигнала путем вычитания комплексного предиктивного сигнала напряжения шин из комплексного предиктивного сигнала напряжения ЛЭП одноименной фазы, причем комплексные предиктивные сигналы напряжения шин и напряжения ЛЭП получают путем преобразования цифровых сигналов напряжения шин и напряжения ЛЭП в два этапа – сначала цифровые сигналы преобразуют фильтром ортогональных составляющих в совокупность цифровых сигналов комплексных амплитуд его компонентов, каждый из которых затем подводят к соответствующему входу фильтра­предсказателя, выполненного в виде сумматора, выход которого является выходом фильтра, а входы соединены со входами фильтра через соответствующие усилители, комплексные коэффициенты усиления которых изменяют во времени по экспоненциальному закону с аргументом, пропорциональным значению комплексной частоты соответствующей компоненты; формируют предиктивные сигналы огибающих напряжений на контактах полюсов выключателя путем определения модулей соответствующих комплексных предиктивных сигналов напряжений и преобразуют их с помощью максиселектора в сигнал опорной огибающей; на заданном отрезке времени с помощью миниселектора находят момент наступления минимума предиктивного сигнала опорной огибающей и принимают его за опорный момент включения выключателя; в окрестности опорного момента включения выключателя выявляют ближайшие два момента изменения знака мнимой составляющей комплексного предиктивного сигнала напряжения на контактах каждого полюса выключателя, принимают их за моменты перехода кривой напряжения на контактах полюса выключателя через нуль, и выбирают момент повторного включения полюса выключателя вблизи одного из них, образующего вместе с другими аналогичными моментами перехода кривой напряжения на контактах других полюсов через нуль последовательность с наименьшим временным интервалом.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что комплексную частоту составляющих цифрового сигнала определяют в фильтре ортогональных составляющих методом адаптивного структурного анализа.
RU2021114665A 2021-05-24 2021-05-24 Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами RU2761971C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114665A RU2761971C1 (ru) 2021-05-24 2021-05-24 Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114665A RU2761971C1 (ru) 2021-05-24 2021-05-24 Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761971C1 true RU2761971C1 (ru) 2021-12-14

Family

ID=79175230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021114665A RU2761971C1 (ru) 2021-05-24 2021-05-24 Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761971C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU612330A1 (ru) * 1975-10-09 1978-06-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электроэнергетики Способ трехфазного автоматического повторного включени с контролем напр жени и улавливанием синхронизма линии электропередачи с шунтирующими реакторами
SU653665A1 (ru) * 1976-12-06 1979-03-25 Ордена Октябрьской Революции Всесоюзный Государственный Проектно-Изыскательский И Научно-Исследовательский Институт Энергетических Систем И Электрических Сетей "Энергосетьпроект" Способ синхронизированного автоматического трехфазного повторного включени
US4724391A (en) * 1984-02-14 1988-02-09 Bbc Brown, Boveri & Company Ltd. Method for determining the time of reclosing a circuit breaker and device for carrying out this method
RU2518480C2 (ru) * 2008-10-13 2014-06-10 Универсидаде Эстадуаль Де Кампинас - Юникамп Способ быстрого трехфазного повторного включения линий передач с компенсацией посредством шунтирующего реактора

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU612330A1 (ru) * 1975-10-09 1978-06-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электроэнергетики Способ трехфазного автоматического повторного включени с контролем напр жени и улавливанием синхронизма линии электропередачи с шунтирующими реакторами
SU653665A1 (ru) * 1976-12-06 1979-03-25 Ордена Октябрьской Революции Всесоюзный Государственный Проектно-Изыскательский И Научно-Исследовательский Институт Энергетических Систем И Электрических Сетей "Энергосетьпроект" Способ синхронизированного автоматического трехфазного повторного включени
US4724391A (en) * 1984-02-14 1988-02-09 Bbc Brown, Boveri & Company Ltd. Method for determining the time of reclosing a circuit breaker and device for carrying out this method
RU2518480C2 (ru) * 2008-10-13 2014-06-10 Универсидаде Эстадуаль Де Кампинас - Юникамп Способ быстрого трехфазного повторного включения линий передач с компенсацией посредством шунтирующего реактора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Review and experimental illustrations of electronic load controller used in standalone Micro-Hydro generating plants
Ezoji et al. Simulation of dynamic voltage restorer using hysteresis voltage control
Kalla et al. Adaptive harmonic cancellation scheme for voltage and frequency control of a single-phase two-winding SEIG
CN110149067A (zh) 逆变器系统的pi分区控制方法
Divakar et al. Genetic algorithm based tuning of nonfragile and robust PI controller for PSFB DC-DC converter
RU2761971C1 (ru) Способ трехфазного автоматического повторного включения лэп с шунтирующими реакторами
Fahmy et al. A four leg shunt active power filter predictive fuzzy logic controller for low-voltage unbalanced-load distribution networks
Kumar et al. DVR with sliding mode control to alleviate voltage sags on a distribution system for three phase short circuit fault
CN108206526B (zh) 一种电容器投切分区控制方法和装置
US10253742B2 (en) Motor starter
Kong et al. Modulated Model Predictive Control of Power Electronics Transformer Based on Isolated Modular Multilevel Converter
RU2697259C1 (ru) Устройство для пофазной компенсации реактивной мощности
RU2737047C1 (ru) Способ автоматического повторного включения ЛЭП с шунтирующими реакторами
RU187306U1 (ru) Устройство энергосбережения для 3-х фазной сети
Tarczewski et al. An application of flower pollination algorithm to auto-tuning of linear-quadratic regulator for dc-dc power converter
Acuña et al. Simple and robust multi-objective predictive control method for a single-phase three-level NPC converter based active power filter
Yu et al. Linear Extended State Observer Based Current Sensorless Control for DAB Converters to Improve Bus Voltage Transient Response
Wang et al. An improved sequential-model predictive control for an OZ-source inverter without weighting factors
US11830693B2 (en) Predicting zero-crossings for point-on-wave (POW) switching techniques
Zhong et al. A hybrid control scheme for the dual-active-bridge DC-DC converter with fast dynamic response and measurement noise suppression
Zhang et al. Relationship between finite control set model predictive control and direct current control for three-phase voltage source converters
CN113315348B (zh) 一种可控硅电源的驱动控制方法及可控硅电源
RU2586061C2 (ru) Способ и устройство управления адаптивной системой энергосбережения n-фазной сети
CN110535110B (zh) 特高压交流变压器选相分合闸控制方法及装置
US20230096110A1 (en) Systems and methods for providing open arc energy normalization