CC BY
16
УДК 621.311:621.331 Крюков Андрей Васильевич,
д. т. н., профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения,
e-mail: and_kryukov@mail.ru Вторушин Дмитрий Петрович, аспирант, Иркутский государственный технический университет,
e-mail: vtorushind_p@bk.ru
ОНЛАЙН-МОДЕЛИ СИСТЕМ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
A. V. Kryukov, D.P. Vtorushin
SUPPLYING ELECTRIC SYSTEM ON-LINE MODEL OF ALTERNATING CURRENT RAILWAY
Аннотация. Предложена модель системы внешнего электроснабжения железной дороги переменного тока, построенная на основе использования векторных измерений, получаемых с помощью устройств PMU WAMS. Работа выполнена в рамках плана научных исследований по направлению «Интеллектуальные сети (Smart Grid) для эффективной энергетической системы будущего». Договор № 11.G34.31.0044 от 27.10.2011.
Ключевые слова: системы внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока, онлайн-модели.
Abstract. External railway electric system model is proposed. This model is based on phasor measurements by PMU WAMS.
Keywords: external railway electric system, on-line model.
Введение
Система тягового электроснабжения (СТЭ) железной дороги переменного тока может быть отнесена к классу сложных, так как она состоит из
большого числа элементов EL = U {E^ ^j разных
r=1
типов Е^ ^ и обладает разнородными связями между ними. Кроме того, СТЭ неразрывно связана с двумя не менее сложными динамическими объектами: питающей электроэнергетической системой (ЭЭС) и железнодорожной магистралью (ЖДМ). Часть ЭЭС, непосредственно примыкающая к опорным тяговым подстанциям (ТП), которую можно рассматривать как систему внешнего электроснабжения (СВЭ), определяет модули и фазы напряжений иг (,) в точках общего присоединения ЭЭС и СТЭ, от которых зависит вектор
Х(,) режимных параметров СТЭ. Этот вектор также зависит от материального потока перевозимых по ЖДМ грузов М(,), рис. 1.
Рис. 1. Управление режимами СТЭ: СУ - система управления; и(,) - вектор управлений; Y(,) - вектор выходных параметров
Кроме того, необходимо отметить зависимость между процессами М(,) и иг (,). В общем виде можно записать
А, [х(,), иг (,), М(,), и(,)] = 0, (1)
где А - динамический оператор, структура которого изменяется во времени, что связано с наличием тяговых нагрузок, перемещающихся в пространстве. Ввиду недостаточной информационной обеспеченности практическое использование модели (1) на современном этапе не представляется возможным, и потому прибегают к ее редукции путем перехода к набору статических моделей следующего вида
¥к(Хк, ЪТк,Мк, и) = 0. (2)
На основании изложенного можно сделать вывод о том, что вопросы оперативного управле-
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
ш
ния режимами СТЭ должны решаться с учетом характеристик ЭЭС, непрерывно меняющихся во времени.
Постановка и методика решения задачи
В традиционных методах моделирования СТЭ учет СВЭ осуществляется на основе простейших эквивалентных моделей в виде однофазных реактансов короткого замыкания и может приводить к существенным погрешностям [1]. Наиболее значительные погрешности имеют место при малых мощностях короткого замыкания на шинах 110-220 кВ тяговых подстанций.
Полный учет питающей сети затруднен, особенно в задачах оперативного управления режимами СТЭ. Это связано с тем, что в ситуационных центрах ОАО «РЖД», осуществляющих управление СТЭ, доступна информация только о линиях электропередачи, непосредственно примыкающих к шинам высокого напряжения ТП. Поэтому особую актуальность приобретает задача получения упрощенных эквивалентных моделей СВЭ для целей управления режимами СТЭ [2]. Актуальность этой задачи возрастает вследствие того, что в настоящее время осуществляется переход электроэнергетики РФ на новую технологическую платформу, в основу которой положена концепция интеллектуальных электрических сетей (smart grid) [3]. Информационную базу технологий smart grid предполагается строить на основе систем векторных измерений PMU WAMS [4], рис. 2. Синхронизация измерений осуществляется через спутники глобальных систем позиционирования ГЛОНАСС или GPS. С помощью устройств PMU
возможно получить синхронизированные измерения модулей и фаз напряжений в точках примыкания опорных ТП к СВЭ, рис. 2. На этой основе могут быть реализованы эффективные алгоритмы получения эквивалентных моделей СВЭ. В настоящей статье предлагается алгоритм построения эквивалентной онлайн-модели СВЭ, схема которой показана на рис. 3.
Алгоритм включает следующие основные блоки:
•формирование модели СТЭ в виде уравнений установившегося режима (УУР) в фазных координатах по методике, предложенной в работе [1]; при этом для элементов СТЭ (участков контактной сети трансформаторов ТП), а также примыкающих к ТП линий электропередачи (ЛЭП1...ЛЭП4 на рис. 2) используются модели в виде решетчатых схем замещения из ЯЬС-элементов, соединенных по схемам полных графов; учет СВЭ осуществляется путем задания в точках подключения ОП балансирующих узлов (рис. 4) с комплексами напряжений ик = икеРк
получаемых путем измерений устройств РМи;
•получение данных от устройств РМи по каналам телемеханики и подстановка значений
ик = ике](Рк в сформированную онлайн-модель;
•расчет режима путем решения УУР в фазных координатах с использованием методов, предложенных в работе [1].
k ^ k"-помощью
Рис. 2. Информационное обеспечение задачи получения онлайн-модели:
ОП - опорные ТП; ТТ,
^ Начало ^
t
Формирование оп Нпв модели
Получение данных из системы PMU WAMS
I
Подстановка данных
Uk'Vk'
k = l...n в on-line модель
Рис. 3. Блок-схема алгоритма: ^ - заданное время моделирования; ик, рк - модули и фазы напряжений
на шинах высокого напряжения ТП
Результаты моделирования и их обсуждение
Моделирование осуществлялось применительно к исходной схеме, представленной на рис. 5, с помощью программного комплекса (ПК) «Fazonord-Качество», разработанного в ИрГУПСе
[5].
В качестве измерительной информации в виде вектора
иг к ) = [и (¿к ) Р1 (*к ) и2 ) р2 )]Г использовались результаты имитационного моделирования по полной схеме, рис. 5.
Расчетная схема, отвечающая онлайн-модели, сформированная средствами ПК «Fazonord-Качество», приведена на рис. 6. Для учета погрешностей РМи к вектору и добавлял-
ся белый шум с интенсивностью, соответствующей точности измерений, гарантированной поставщиками этих устройств [4]. Расчеты по онлайн-модели выполнялись в пошаговом режиме.
При этом на к-м шаге в модель подставлялись соответствующие этому моменту времени значения комплексов напряжений в балансирующих узлах (с добавками, имитирующими погрешности устройств РМи), отвечающих шинам высокого напряжения опорных подстанций. Результаты моделирования представлены в табл. 1 и на рис. 7, 8 в виде погрешностей расчета режима по эквивалентной модели
Рис. 6. Расчетная схема
Шч \%
1 I
Оп Ипе м оде ль
15 17 13 21 23 25 27 Время, мин
Рис. 7. Погрешность определения напряжения на токоприемнике электровоза
Т а б л и ц а 1
Погрешности моделирования_
Параметр Инженерная модель Онлайн-модель
Среднее значение 4,82 1,46
Максимум 18,73 2,53
Рис. 8. Погрешности моделирования
/ч x(B)(/)- xf)(/) Sxj(t)= J '-100,
(B)
(t)
r(B)
где х\ ' - результаты расчета 7-го режимного параметра по исходной (базовой) схеме; х^Е) - результаты расчета 7-го режимного параметра по эквивалентной схеме.
Изменение параметров х во времени вызывалось вариацией тяговых нагрузок, создаваемых поездами, перемещающимися по участку моделируемой ЖДМ. Кроме того, на 20-й минуте вводилось существенное возмущение со стороны СВЭ в виде отключения источника G2. В целях оценки эффективности предлагаемой методики дополнительно выполнены расчеты режимов с использованием инженерной эквивалентной модели, основанной на использовании реактансов, определяемых мощностями короткого замыкания на шинах высокого напряжения опорных подстанций [2].
На основе результатов моделирования можно сделать следующие выводы.
1. Если режим СВЭ не претерпевает существенных изменений, обе методики построения эквивалентной модели СВЭ дают приемлемую для практических целей точность расчета режимов СТЭ. Максимальное значение погрешностей не превышает 2 %.
2. При возникновении возмущения со стороны внешней сети погрешность, получаемая на основе онлайн-модели, увеличивается до 2,5 %,
а погрешность инженерном методики возрастает до недопустимой величины, превышающей 18 %.
Заключение
1. Предложена методика построения модели системы внешнего электроснабжения железной дороги переменного тока, основанная на использовании информации, получаемой от устройств векторных измерений режимных параметров PMU WAMS.
2. Особенность методики состоит в ее адаптивности к резким режимным изменениям, происходящим во внешней сети. Так, например, при отключении мощной электростанции в питающей ЭЭС погрешность расчета режима СТЭ по эквивалентной модели составляет 2,5 %, что вполне приемлемо при решении задач управления режимами СТЭ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Сложнонесим-метричные режимы электрических систем. Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 2005. 273 с.
2. Крюков А. В., Вторушин Д. П. Структурно-параметрический синтез моделей электрических сетей, питающих тяговые подстанции // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : тр. науч.-практ. конф. Т. 2. Иркутск : ИрГУПС, 2012. С. 81-87.
3. Дорофеев В. В., Макаров А. А. Активно-адаптивная сеть - новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт. 2009. № 4. С. 29-34.
4. Мокеев А. В. Разработка и внедрение систем сбора телемеханической информации // Электрические станции. 2007. № 6. С. 60-61.
УДК 519.65
Данеев Роман Алексеевич,
аспирант, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. 89246010219, e-mail: daneev@mail.ru
РЕГРЕССИОННО-ТЕНЗОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЗАЩИТЫ ПЭВМ
R.A. Daneev
REGRESSION-TENSOR MODELING OF ELECTROMAGNETIC
PC PROTECTION
Аннотация. Построен робастно-адаптивный алгоритм оптимизации позиционных координат ПЭВМ в задаче обеспечения минимальной наблюдаемости интенсивности ее электромагнитного поля в заданных точках возможного несанкционированного сканирования излучения ПЭВМ. Аналитическая основа решения - регрессионное представление ковариантными тензора-
ми валентности, равной 3, интенсивности пеленгации электромагнитного поля ПЭВМ в зависимости от варьирования установочных координат вектора ее пространственно-угловой ориентации.
Ключевые слова: нелинейный регрессионно-тензорный анализ, робастно-адаптивный алгоритм, защита ПЭВМ.
