CC BY
8
Гусев Р. А. Gusev К. А.
ведущий специалист, Служба автоматизированных систем диспетчерского управления, Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Иркутской области», г. Иркутск, Российская Федерация
Бухаров Д. С. Bukharov D. S.
кандидат технических наук, заместитель начальника службы - начальник отдела, Служба автоматизированных систем
диспетчерского управления, Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Иркутской области», г. Иркутск, Российская Федерация
УДК 004.021
DOI: 10.17122/1999-5458-2020-16-1-40-46
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И АНАЛИЗА РАБОТЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
Мониторинг и анализ расположения точек нагрузки относительно области срабатывания дистанционной защиты в режиме реального времени затруднителен. Для решения этих двух задач разрабатывается специализированное программное обеспечение, которое позволит представить необходимую информацию в графическом виде. Такое программное обеспечение позволит анализировать корректность работы дистанционной защиты и оценивать риски изменения режима работы энергосистемы.
Программное обеспечение для мониторинга и анализа работы дистанционной защиты разрабатывается на объектно-ориентированном языке программирования C#. На текущий момент выполнена интеграция с оперативно-информационным комплексом с целью приема актуальной телеметрической информации с энергетических объектов, на которых установлена дистанционная защита, и вычисления месторасположения точки нагрузки на комплексной плоскости активного и реактивного сопротивления.
Для каждой дистанционной защиты моделируется область срабатывания, которая может иметь простую (треугольник, четырехугольник, окружность, эллипс) и сложную геометрические формы. Реализован алгоритм фиксации приближения точки нагрузки к области срабатывания дистанционной защиты и выдачи предупреждения о необходимости принятия управляющих воздействий для предотвращения возможного срабатывания устройства. Фиксация приближения точки нагрузки к области срабатывания дистанционной защиты основана на вычислении области отстройки, которая изменяется в зависимости от текущего значения сопротивления.
Реализован алгоритм фиксации схожести изменения текущей нагрузки с нагрузкой в режиме, который привел к работе дистанционную защиту. Данный алгоритм основан на построении специальной области на комплексной плоскости. Эта область строится относительно пути, пройденного нагрузкой с момента фиксации приближения к области срабатывания до момента работы дистанционной защиты. Эта область характеризует собой эквидистанту. Схожесть фиксируется, когда текущая нагрузка попадает внутрь эквиди-станты и перемещается вдоль области к области срабатывания.
Программное обеспечение позволяет визуализировать поведение нагрузочной характеристики относительно области срабатывания дистанционной защиты в режиме реального
времени и проинформировать диспетчерский персонал о возможных последствиях при ведении нормального или аварийного режима.
Ключевые слова: программное обеспечение, мониторинг, анализ, моделирование, дистанционная защита, область срабатывания, предупредительная сигнализация, уставки, эквидистанта, сопротивление, точка нагрузки.
REVISITING THE DEVELOPMENT OF A SOFTWARE FOR MONITORING AND ANALYZING OF DISTANCE PROTECTION DEVICES
Monitoring and analyzing of a load location compared with operation region of the distance protection (DP) is problematic in real-time mode. This one claim to develop a specialized software, which can show all kinds of the information as graphical. This software need for analyzing of correctness of DP actions with historical and computed data and estimating of risks in operational changes of the electric power system.
The software is developed in object-oriented programming language C#. Data receiving of telemetering measurements is implemented by the dynamic library of the operative-information complex. Telemetering measurements from the every energy objects with DP is used for computing of the load point location in complex plane of active and reactive resistances.
The software is implemented by models of operation regions (OR) of the every DP type. The OR is entitled to simple (triangle, quadrangle, circle, and ellipse) and difficult geometric shapes. There is the algorithm for registration of closing a load point (LP) in the OR of the DP. For the every state of closing a LP in the OR of the DP the software raise a warning, that a dispatcher takes an action to prevention of DP tripping. The registration of closing a LP in the OR of the DP bases on computing of the offset region, which changes in real-time with the current value of the resistance.
There is the algorithm for registration of a conformity of the current load and the load, which caused the DP operation. This algorithm bases on plotting of the ad-hoc region on the complex plane. The ad-hoc region is equidistant of the trajectory that was plotted by the LP from the warning time to the DP action time. If the current load moves along the trajectory into the interior of equidistant, then the software registers the conformity.
The software make it possible to show graphically the load changing in real-time for the every DP devices and to warn dispatch office personnel about probable consequences in the control of normal and emergency operating conditions.
Key words: software, monitoring, analyzing, modeling, distance protection, operation region, warning, setting, equidistant, resistance, load point.
Введение
В настоящее время осуществление оперативного мониторинга нахождения точек нагрузки (ТН) относительно области срабатывания (ОС) дистанционной защиты (ДЗ) затруднительно в виду отсутствия визуального отображения этой информации.
Осуществление контроля режима по величине перетоков мощностей и напряжению не позволяет диспетчеру в полной мере определить необходимые управляющие воздействия на силовое оборудование для предупреждения возможной аварийной ситуации.
Программное обеспечение (ПО), обеспечивающее прием необходимой телеметрической информации (ТМ), моделирование
работы ДЗ по заданным уставкам и визуализацию в реальном времени текущей ситуации на энергообъекте, позволят диспетчеру, оперативно оценить текущее положение нагрузочной характеристики и ее поведение, а также уменьшить время принятия решения на изменение режима работы энергосистемы.
Одним из ключевых инструментов при ведении режима для диспетчера является оперативно-информационный комплекс (ОИК), в который в режиме реального времени поступает ТМ (рисунок 1), необходимая для мониторинга.
Каждый параметр ТМ в ОИК подвергается достоверизации по описателю качества, времени поступления, физическим преде-
Оперативный
Информационный
Комплекс
■f---- Г---- x ! . mm f -------+------Jf£— _1
P^*- J - J ..
l.l-
Jpp
vSHSÏSISI^iJ:- - XiVlX-^?.
Табличные данные
ПО мониторинга ДЗ
Рисунок 1. ПО мониторинга ДЗ
лам, проверяется физическая доступность сервера телемеханики и устанавливается сессия с его ПО.
Так, например, при выходе (необходимого для мониторинга ДЗ) параметра ТМ за физические пределы (т.е. наблюдается выброс ТМ из-за сбоя системы телемеханики на энергообъекте) выполняется «замораживание» значения этого параметра до момента восстановления его достоверности. При «замораживании» ПО работает по последнему достоверному значению.
Математико-алгоритмическое обеспечение разрабатываемого ПО позволяет выполнять следующие функции:
— вычисление ТН на основе ТМ;
— фиксацию приближения точки нагрузки к области срабатывания ДЗ;
— фиксацию схожести изменения текущей нагрузки с нагрузкой в режиме, который привел к работе ДЗ;
— построение области отстройки от нагрузки;
— загрузку ретроспективных и расчетных данных из файлов;
— прием данных ТМ из ОИК (реализован посредством стандартной динамической библиотеки ОИК OICDAC.dll [1]);
— отображение информации в графическом виде (реализовано посредством графической библиотеки ZedGraph.dll [2]).
Вычисление ТН на основе ТМ из ОИК
— Для визуализации точки нагрузки TH(t) =/<P(t),C?(t),i/(t)> необходимы три параметра телеметрической информации из ОИК: напряжение U(t), активная P(t) и реактивная Q(t) мощности в текущий момент времени t, которые необходимы для вычисления активного R(t) и реактивного X(t) сопротивлений.
Согласно [3, 4], активная мощность P(t) и электрический ток I(t) вычисляются по формулам:
PCO = R{t)-i\t),m =
где S(t) = y/P2(t) + Q2(t) — полная мощность.
Выразив R(t) через I(t), получим формулу расчета активного сопротивления: R( х _ 3-P(tyu2(t) w P2(t)+Q2(t)'
Выполнив аналогичные преобразования, получим формулу расчета реактивного сопротивления:
т _ 3-<?(t)-t/2(t)
лк-1} pm+Q4ty
Расчетная точка TH(t) необходима для определения принадлежности TH(t) к области срабатывания ДЗ D.
Если в момент времени t' точка TH(t'~) Е D (рисунок 2), то выполняется работа ДЗ по отключению защищаемого силового оборудования.
•1......... -1---- ri X | # TH(t) _Î ■ ■
M i / .1 . / D 1
/ i \ _____4_\_
"t 1 1 ; 1 _ V _ ♦ 1 TU(t')
1 \ ::i \ i * 1 \/ ! У R
-i ■ " "Ч—i- ^ч^ \Работа ДЗ ■
■ ! .——L^.-,— —i—i—
Рисунок 2. Точка нагрузки относительно ОС ДЗ
Построение ОС ДЗ
Область Б может иметь простую (треугольник, четырехугольник, окружность,
Построение ОС Б выполняется на основе пяти уставок: величины полного сопротивления Z, угла максимальной чувствительности ф е [0;180] линии максимальных моментов (ЛММ), коэффициента смещения Де [-1;1] и полуосей эллипса а е (0;1], Ь е (0;1].
Для схематического отображения эллипса на плоскости вычисляются координаты «опорных» точек ОС:
Я0с = а ■ г ■ соз(а),
Хос = Ь ■ г ■ 5т(а), где а е [0;360], г - радиус ОС ДЗ.
эллипс) и сложную геометрические формы. В рамках настоящей статьи рассмотрим эллиптическую ОС (рисунок 3).
Для этих «опорных» точек выполняются аффинные преобразования [5]:
R*0C = Roc ■ cosOp) - *ос ■ sin(ф) + Rc,
Хос = Roc ' sin(a) + Xoc ■ cos(<p) + Xc, где (йс; Xc) - центр ОС с координатами
^ _ Rz+R о jç _ xz+xо С 2 ' с 2 '
В результате таких преобразований происходит перемещение в точку (7?с; Хс) и поворот системы координат на угол ф.
Rz и Х2 - координаты «фиксированной» точки (Rz-, Xz), лежащей на ЛММ, расположенной под углом к ф оси OR и проходящей
"V 1 1 | клмм : | -yf—~
/ \ г V
i / / лг \ -----
~Т Т • i 1 ] 4 / (RC-,XC)J
i \ 1 \ i * 7> ; 7 R
! (i?0;X0) 1 i . i . 1 ■ ■ ■
Рисунок 3. Фиксация приближения TH(t) к области D
ELEcTRicAL FAciLiTiES AND SYSTEMS
через точку (0;0). Координаты точки вычисляются как Rz = Z- cos <р, Xz = Z ■ sin (p.
R0 и X0 - координаты «смещающейся» по ЛММ точки (Т?0; Х0), вычисляемые по формулам
R0 = |Д| ■ Z ■ cos{<р + 180 ■ р(Д»,
Х0 = |Д| ■ Z ■ sin(<p + 180 ■ р<Д»,
где р(Д) - бинарная пороговая функция (1, при Д< 0, Р<А> = (0, при Д> 0.
От величины коэффициента смещения Д зависит расположение точки (й0; -Xq) на ЛММ и размер ОС (рисунок 4).
Фиксация приближения ТН к ОС ДЗ
Необходимой частью мониторинга текущего положения TH(t) является своевременная сигнализация об утяжелении режима и
приближении к области Б. Если ТН(0 попадает в Б, то фиксируется работа ДЗ. Для предупреждения этой ситуации необходима сигнализация о факте приближения ТН(^ к области Б (рисунок 5).
Если ТН(^ попадает в область 1 (рисунок 5), то в разрабатываемом ПО выдается сообщение об утяжелении электроэнергетического режима. Если ТН(0 попадает в область 2, то выдается сообщение о необходимости принятия управляющих воздействий для предотвращения срабатывания ДЗ.
Для фиксации момента приближения ТНк области Б необходимо вычислить расстояние между ТН(^ и центром области Б — точкой Если это расстояние
меньше или равно г+ё (область 2 сигнализа-
Область 3
Точка нагрузки
Область 1
Требуется д * ; внимание
Область 2
Требуются действия
У
Область срабатывания ДЗ
Рисунок 5. Области сигнализации
ции), то фиксируется приближение ТН(^ к области Б.
Поскольку ОС имеет эллиптическую форму, то радиус г напрямую зависит от величины угла а. Величина 5 = ц- Ътн^ — радиус отстройки от нагрузки ТН(1), ц — коэффициент отстройки, Ътн^ — полное сопротивление в точке ТН().
Алгоритмически область 1 сигнализации фиксируется идентично области 2, отличие заключается лишь в наличии увеличивающего коэффициента для радиуса г.
Фиксация схожести изменения текущей нагрузки с нагрузкой в режиме, который привел к работе ДЗ
Фиксация приближения ТН к ОС ДЗ — основа для мониторинга ДЗ. Такой мониторинг предназначен для общего контроля нагрузочной характеристики и своевременного оповещения диспетчерского персонала о потенциальной работе ДЗ.
При изменении режима работы энергосистемы могут быть предприняты действия, которые впоследствии приведут к работе ДЗ. Информация о таких действиях и их последствиях должна храниться и предоставляться диспетчеру в форме справочных данных.
Фиксация близости SТН к S выполняется, если более 40 % точек Sтн принадлежат области Э5 (исключение дребезга возле
На основе ретроспективных данных и принимаемой в ОИК ТМ возможно сопоставить текущее поведение ТН с ранее зафиксированными данными и проинформировать диспетчерский персонал о возможных последствиях при ведении нормального или аварийного режима.
Как указано выше, работа ДЗ выполняется при попадании нагрузки ТН($ в область срабатывания Б, до сближения с которой ТН( преодолевает некоторый «предаварийный путь» £.
Линия £ — ломанная, соединяющая последовательно точки ГЯ£ (1 = 1,п).ТНп £0 — точка нагрузки, при которой выполнилась работа ДЗ.
Оповещение о схожести выполняется тогда, когда фиксируется траектория изменения нагрузки ТНБтн близкая к известной £.
Близость Бтн к £ определяется по вхождению ТН(^ в область (рисунок 6), охватывающую траекторию £ ее эквидистантой [6] на расстоянии радиуса £п области отстройки
от %тнп = где Еп = Рш %тнп,
р - коэффициент отстройки от нагрузки,
тнп е^пй.
области и5) и направление движения ТН( соответствует направлению изменения траектории £.
Рисунок 6. Фиксация схожести изменения нагрузки
Electrical facilities and systems
Выводы
Программное обеспечение, визуализирующее поведение нагрузочной характеристики относительно области срабатывания ДЗ в режиме реального времени, является эффективным средством мониторинга при ведении режима работы энергосистемы.
Разрабатываемое ПО позволяет: наглядно представить текущее положение точки нагрузки для присоединений на основе ТМ; оценить риски изменения режима работы энергосистемы; заблаговременно зафиксировать схожесть изменения нагрузочной характеристики с нагрузкой в предаварийном
Список литературы
1. Оперативно-информационный комплекс СК-2007. Расширение функциональности. Пятигорск: АО «Монитор Электрик», 2018. Т. 9. 140 с.
2. Шпаргалка ZedGraph. URL: https:// jenyay.net/Programming/ZedGraph.
3. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатер-ников В.Е. Электротехника. М.: Энерго-атомиздат, 1987. 528 с.
4. Общая электротехника: учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Т. Блажкина. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 592 с.
5. Понарин ЯП. Аффинная и проективная геометрия. М.: МЦНМО, 2009. 288 с.
6. Арнольд В.И. Особенности каустик и волновых фронтов. М.: ФАЗИС, 1996. 334 с.
References
1. Operativno-informatsionnyy kompleks SK-2007. Rasshireniye funktsional'nosti [Operative-Information Complex СК-2007. Enhan-
режиме (при его наличии); оценить корректность работы ДЗ на основе ретроспективных данных; исследовать траекторию изменение нагрузочной характеристики; проанализировать текущую область срабатывания ДЗ и скорректировать уставки.
Ключевыми направлениями дальнейшей работы являются формирование справочника объектов мониторинга, реализация многопоточного вычислителя для мониторинга состояния ДЗ и автоматизация настройки области срабатывания ДЗ по расчетным точкам нагрузки в утяжеленном режиме.
cement]. Pyatigorsk, AO «Monitor Elektrik», 2018. Vol. 9. 140 p. [in Russian].
2. Shpargalka ZedGraph [Cheat Sheet ZedGraph]. URL: https://jenyay.net/Prog-ramming/ZedGraph. [in Russian].
3. Volynskiy B.A., Zeyn Ye.N., Shaterni-kov V.Ye. Elektrotekhnika [Electrical Engineering]. Moscow, Energoatomizdat, 1987. 528 p. [in Russian].
4. Obshchaya elektrotekhnika: ucheb. posobiye dlya vuzov [General Electrical Engineering: Manual for Universities]. Ed. by A.T. Blazhkina. Leningrad, Energoatomizdat, 1986. 592 p. [in Russian].
5. Ponarin Ya.P. Affinnaya iproyektivnaya geometriya [Affine and Projective Geometry]. Moscow, MTSNMO, 2009. 288 p. [in Russian].
6. Arnol'd V.I. Osobennosti kaustik i volnovykhfrontov [Singularities of Caustics and Wave Fronts]. Moscow, FAZIS, 1996. 334 p. [in Russian].
