№ 4
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2015
УДК 621.316.925
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
© 2015 г. В.Ф. ЛАЧУГИН1, Д.И. ПАНФИЛОВ1, А.Л. КУЛИКОВ2, А.А. РЫВКИН1, М.Д. ОБАЛИН2
1 Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского (ОАО "ЭНИН"), Москва
2 Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева,
г. Нижний Новгород E-mail: lachugin@eninnet.ru
Рассматриваются подходы к созданию интеллектуальной релейной защиты с учетом трактовки термина "интеллектуальная релейная защита". Представлены критерии интеллектуализации, в частности, применение адаптивных алгоритмов. Анализируются пути развития интеллекта микропроцессорных устройств защиты за счет использования их способности к "самонастройке" для адаптации к изменениям режимов работы энергосистемы и повышения надежности распознавания повреждений, а также преимуществ передачи и синхронизация информации, в том числе при внедрении стандарта МЭК 61850. Даны рекомендации по применению математических методов обработки сигналов — вейвлет-преобразования и математической морфологии в процессе создании интеллектуальной релейной защиты. Применение волновых методов при разработке алгоритмов интеллектуальной релейной защиты обеспечивает независимость её функционирования от изменения режимов работы электрической сети.
Ключевые слова: интеллектуальная релейная защита, адаптивные алгоритмы, МЭК 61850, методы обработки сигналов.
DESIGN CONCEPT OF POWER SYSTEM INTELLIGENT RELAY PROTECTION
V.F. LACHUGIN1, D.I. PANFILOV1, A.L. KULIKOV2, A.A. RYVKIN1, M.D. OBALIN2
1 G.M. Krzhizhanovsky Power Engineering Institute (JSC "ENIN"), Moscow 2 Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod E-mail: lachugin@eninnet.ru
Approaches to the creation of intelligent protection relay with regard to the interpretation of the term "intelligent relay protection" are considering. Intellectualization criteria, in particular, the use of adaptive algorithms are presenting. The development of the microprocessor protection devices intelligence through the use of their ability to "self-tuning" to adapt to changes in modes of operation and increase the reliability of detection of short-circuit in power system, as well as benefits the information transfer and synchronization, the introduction of IEC 61850 is analysing. Recommendations on the application of mathematical methods of signal processing, in particular, wavelet transform and mathematical morphology in the process of creating intelligent relay protection are giving. The efficiency
of wave methods in the development of created protection device algorithms allows not to depend on changing the electric network operation modes for intelligent relay protection.
Key words: intelligent relay protection, adaptive algorithms, IEC 61850, signal processing methods.
ВВЕДЕНИЕ
Понятие "интеллектуальная релейная защита" появилось недавно. Рубеж 1990— 2000-х гг. считается началом интенсивных разработок релейной защиты и автоматики (в первую очередь противоаварийной автоматики) с элементами искусственного интеллекта [1]. Указанный термин использовался производителями для характеристики выпускаемых микропроцессорных устройств защиты. В частности, рекламный проспект фирмы Schneider Electric [2] был озаглавлен "Релейная защита — интеллектуальные электронные устройства Schneider Electric". В ряде публикаций, например [3], указано, что микропроцессорные устройства являются интеллектуальными системами, поскольку обладают возможностью дальнейшего совершенствования путем модернизации программного обеспечения и использования более перспективных алгоритмов защиты. Так, современные устройства для проверки релейной защиты типа РЕТОМ-61 характеризуются как интеллектуальные устройства с широким внутренним мониторингом.
Ряд авторов объединяет термины "интеллектуальная релейная защита" и "интеллектуальное реле", полагая, что они оба подразумевают наличие в микропроцессорном устройстве средств программного обеспечения, позволяющих расширить функциональные возможности устройства, в том числе с интегрированием функций защиты и автоматики. В [4] указывается, что "принцип действия устройства весьма прост: основной его частью является чип-микроконтроллер с устройством долговременной памяти и ряд вводов/выводов, включающих силовые контакты. Программа, находящаяся в чипе, закладывается человеком и контролирует все входы (на которые могут подаваться сигналы с датчиков, переключателей, кнопок) и выходы (собственно контакты на исполнительные механизмы). Согласно заложенному алгоритму, интеллектуальное реле может заменять практически любые по сложности системы автоматики".
На будущее релейной защиты, управления и мониторинга, по мнению [5], влияют такие факторы, как изменения в инфраструктуре энергосистем, разработки в области децентрализованных энергоресурсов, вставки постоянного тока высокого напряжения, сверхпроводящие ограничители тока короткого замыкания, интеграция шин процесса непосредственно в распределительное устройство. Учет указанных факторов требует введения дополнительных функций релейной защиты, автоматики (РЗА) и мониторинга, а также новых концептуальных решений, переходящих в дальнейшем к интеллектуальным и многофункциональным устройствам РЗА.
КРИТЕРИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Современным техническим решением должна стать эффективная связь с системой управления и между устройствами. Выборки значений при использовании шины процесса станут доступными по связи Ethernet для РЗА и определения показателей качества электроэнергии. Разрабатываемые устройства будут не только контролировать токи и напряжения переходного процесса с целью повышения селективности, но и должны обеспечивать связь между устройствами. Новая концепция автоматизированной системы управления переходными режимами в электроэнергетических систамах (ЭЭС) разрабатывается в России [6]. Она может быть применена при создании "интеллектуальной ЭЭС" и является новой формой интеллектуализации. Внимание должно уделяться дальнейшему развитию практических аспектов внедрения инфор-
мационной теории РЗА [7] и цифровой обработке электрических сигналов с концентрированным анализом развития принципов построения защит, выполненных на современной микропроцессорной базе, и систем управления интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ), которые постоянно совершенствуются с целью удовлетворения требованиям использования максимального количества информации о процессах, происходящих в энергосистеме. Будущее защиты определяется развитием интеллекта ИЭУ за счет использования способности этих устройств к обучению, повышению возможностей распознавания и адаптации к изменениям режимов работы энергосистемы.
Предлагается выделить четыре основных критерия интеллектуализации РЗ:
— степень адаптации алгоритмов к изменению режимов работы электрических сетей;
— применение сетевых технологий, обеспечивающих синхронизацию передаваемой информации в режиме реального времени;
— внедрение стандарта 1ЕС 61850 (МЭК 61850);
— использование современных методов обработки сигналов.
АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ
При разработке адаптивных алгоритмов в концепции развития интеллектуальных сетей внимание должно уделяться диагностике электрических сетей, которая способствует определению причины возникновения повреждений и их места расположения. К функциям диагностики следует отнести распознавание грозовых отключений и определение грозовых возмущений, не приводящих к коротким замыканиям (КЗ), но по своим параметрам близким к токам и напряжениям при КЗ, на основе использования данных регистраторов аварийных событий и контроля грозовых повреждений [8]. Один из вариантов построения системы диагностики для линий электропередачи (ЛЭП) может быть реализован с использованием активного зондирования ЛЭП [9]. Диагностика ЛЭП может включать и идентификацию видов повреждений, например, с использованием алгоритмов идентификации КЗ в централизованном многоступенчатом устройстве защиты сети 220 кВ [10], в которых осуществляется разделение сети на части, сочетающие распределенные и интегрированные структуры. Для идентификации повреждений используется трехуровневая система, содержащая интеллектуальное электронное устройство, процессорный блок и региональный центр принятых решений и действующая с применением межуровневых связей. Функции независимого принятия решений обеспечивают повышение надежности защиты при отказах системы связи.
Важно установление места повреждения в разветвленной распределительной сети с ответвлениями на конкретной ЛЭП. Эти требования распространяются и на алгоритмы измерения. Например, в [11] рассматривается адаптивное измерение сопротивления контура КЗ дистанционной защиты двухцепной ЛЭП на основе анализа обобщенной модели контура и граничных условий соответствующих КЗ. В [12] предложена разработка адаптивного алгоритма для определения места расположения повреждения в распределительной сети на основе матричного алгоритма. Предварительно фиксируется зона повреждения в распределительной сети, на основе анализа структуры которой и данных о токе повреждения с помощью матричных вычислений подтверждается достоверность выбранной зоны. С учетом различия токов КЗ в цепях сети формируется соответствующий критерий. При реализации указанных адаптивных процедур эффективно может быть использовано имитационное моделирование [13]. Способ адаптивного селективного определения поврежденной ЛЭП представлен в [14] для резонансно-заземленной электрической сети. В нем используется заданный диапазон частот и вейвлет-функции с характеристиками, в которых используются коэффициенты пропорциональности и переходные коэффициенты. Адаптивное селективное определение поврежденной ЛЭП осуществляется при сравнении амплитуды и полярности контролируемых сигналов и величин указанных коэффициентов.
Важным аспектом в создании адаптивных алгоритмов является концепция обучения релейных защит [15]. Учителями выступают имитационные модели объектов в двух множествах противостоящих ре
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.