Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Современные электроэнергетические системы (ЭЭС) представляют собой сложные, многосвязные, пространственно разнесенные иерархические объекты, функционирующие в условиях переменности их структуры, параметров и режимов работы при многочисленных внешних и внутренних возмущениях как систематического, так и случайного характера. Это определяет сложность задач управления ими.

В обеспечение надежности на уровне оперативного управления ЭЭС входят следующие задачи [1]: анализ возможных аварийных ситуаций в системе, оценка текущего режима, корректировка схем и режимов системы по условиям надежности, восстановление работы ЭЭС после системных аварий, расчет показателей и обеспечение требуемого уровня безопасности работы системы, расчет включенной составляющей оперативного резерва мощности, определение оптимальных перетоков мощности по линиям электропередачи (ЛЭП) и проверка допустимости разрешения ремонтных заявок. В соответствии с задачами этого уровня управления наибольшее внимание уделяется телеизмерениям (ТИТ) в системообразующих, питающих и транзитных ЛЭП.

На нижестоящем иерархическом уровне (предприятия электрических или распределительных сетей) к перечисленным задачам необходимо добавить контроль нагрузки трансформаторов и поддерживать нормированное напряжение в низковольтной сети потребителя, что обуславливает необходимость получения телеизмерений с обмоток низкого напряжения трансформаторов.

Измерения электрических величин: модулей напряжений и токов, активных и реактивных мощностей - неизбежно содержат ошибки. Ошибки, включающие в себя погрешности измерительных трансформаторов, измерительных, аналого-цифровых преобразователей и наводимых импульсов в линиях связи между измерительными цепями, возникают по всему тракту передачи измерительной информации.

При аварийных режимах в линиях электропередач и первичных обмотках силовых трансформаторов возможен режим предельной нагрузки, поэтому измерительные трансформаторы тока подбираются с завышенным коэффициентом трансформации. В нормальном режиме это приводит к снятию показаний в начале шкалы и увеличению погрешности измерений как трансформаторов тока, так и остальных измерительных устройств. Из-за ограниченности снятия напряжения с основных узлов и основообразующих высоковольтных линий затруднено техническое обслуживание и поверка измерительных трансформаторов.

В случае снятия измерений с обмоток низкой и средней сторон трансформатора измеряемые величины находятся на уровне среднего и выше среднего значения относительно предельной величины. При этом облегчаются условия технического обслуживания измерительных трансформаторов, так как имеется возможность производить коммутацию секционных шин на низких сторонах силовых трансформаторов.

В качестве исходных данных уравнений узловых напряжений (УУН) в форме баланса мощностей при расчете установившегося режима используются активные и реактивные мощности нагрузок и генераторов. В связи с этим для получения результата расчета, близкого к существующему режиму электрической сети, необходимо большое внимание уделять достоверности вышеуказанных параметров. Достоверность этих параметров имеет важное значение и при выходе электроэнергетической системы из аварийного или ремонтного режима.

В последнее время наблюдается тенденция к развитию децентрализованной структуры устройств контролируемых пунктов (КП). Это означает выполнение устройств КП в виде набора территориально распределенных контроллеров с подключением входных измерительных цепей непосредственно к измерительным трансформаторам тока (ТТ) и трансформаторам напряжения (ТН). Таким образом, с каждой ячейки снимается информация о следующих параметрах: напряжения (U), тока (I), активной (P) и реактивной (Q) мощностям, частоты (F), активной (W_P) и реактивной (W_Q) энергиям, что позволяет использовать эти контроллеры для снятия показаний в целях технического или коммерческого учета. Кроме этого, информация передается с метками времени, а также производится осциллографирование сигнала в случае выхода параметра за уставку. Возможность установки контроллеров непосредственно в ячейках распределительных устройств позволяет добиться существенной экономии кабеля при монтаже вторичных цепей.

Для проверки правильности монтажа вторичных цепей и отдельных измерительных составляющих контроллера для параметров U, I, P, Q одной ячейки справедливо контрольное уравнение:

.                                     (1)

В случае правильного монтажа измерительного контроллера и выхода за предел невязки  невозможно определить, какой из параметров имеет грубую ошибку, поэтому необходимо ввести избыточный параметр. Им может быть измеренный или рассчитанный при статистическом анализе параметр . Тогда контрольные уравнения для определения грубой ошибки будут иметь следующий вид:

 (исключение I);

 (исключение U);

    (исключение P);

(исключение Q).

Предложенный алгоритм может определить грубую ошибку, возникающую в цифровом преобразователе, но, если взять подстанцию в целом, для сведения баланса необходимо учитывать погрешности ТТ и ТН, классы точности которых могут быть различными.

В качестве примера на рис.1 приведена подстанция с реальными параметрами телеизмерний (табл. 1) на базе вышеуказанных контроллеров.

Рисунок 1. Подстанция

Примечание. ВЛ - выключатели линий 110кВ. СВВ - секционный выключатель 110кв. ВВ - выключатель трансформатора по стороне 110кВ. ВС - выключатель трансформатора 35 кВ. ВН - выключатель трансформатора 10 кВ.

Таблица 1. Параметры телеизмерений

Для схемы (рис.1) определяются приведенные к высокой стороне мощности средних и низких обмоток силового трансформатора:

                  (2);

           (3)

где:  - потери активной мощности в средней, низкой и высокой обмотках трансформатора,

 - потери реактивной мощности в средней, низкой и высокой обмотках трансформатора,

;

;

;

;

;

,

где:  - активные и реактивные сопротивления средней, низкой и высокой обмоток  трансформатора,

- напряжение на высокой стороне трансформатора,

- потери активной мощности в режиме холостого хода,

- номинальная мощность трансформатора.

Мощности на высокой стороне трансформатора:

;

,

Далее определяются относительные погрешности телеизмерений для каждого присоединения. Для этого за абсолютную погрешность Δ принимается величина  из соотношения (1). Тогда относительная погрешность [2]:

,

где: Δ - абсолютная погрешность;

-действительное значение измеряемой величины.

Так как у нас имеются два косвенных значения измеряемых величин:  и , то в качестве действительного выберем наименьшее значение из них.

Умножив δ на 100, получается процентное значение погрешности и составляется табл. 2.

Таблица 2. Относительная погрешность показаний измерительных контроллеров

Как видно из табл.2, погрешность показаний тем больше, чем больше соотношение  предельного значения параметра к измеренной величине, за исключением параметра ВВ2, что говорит о неисправности этого преобразователя.

Исходя из вышеизложенного материала и имея класс точности измерительных ТТ и ТН (табл.3), можно определить среднеквадратические отклонения от измеряемых величин при нормальном законе распределения:

,

где:  - измеренное значение параметра;

 - класс точности трансформатора тока;

 - класс точности трансформатора напряжения.

Среднеквадратичное отклонение для напряжения 110 кВ первой и второй секции соответственно будет равно:

;  

 ,

где: Кк - класс точности измерительного контроллера.

На следующем шаге определим контрольные уравнения для полного баланса мощностей на подстанции:

Таблица 3. Класс точности ТТ, ТН  и среднеквадратичное отклонение от измеряемой величины присоединений.

       (4)

    (5)

           (6)

            (7)

           (8)

        (9)

                     (10)

                       (11)

,                  (12)

При решении задачи оценивания состояния можно применить апостериорный анализ с использованием контрольных уравнений [3], для чего необходимо минимизировать функцию:

                         (13)

при ограничениях: ,

где: - измеренные значения;

у - расчетные значения;

R_y - матрица весовых коэффициентов.

Тогда для вышеприведенного случая матрица будет иметь вид:

Матрица весовых коэффициентов:

При минимизации функции (13) получается результат (табл.4)полностью сбалансированного режима подстанции.

Таблица 4. Сравнительная таблица измеренных и расчетных параметров.

Подставив расчетные значения мощностей средней и низкой сторон трансформатора в уравнения (2) и (3) для определения приведенных мощностей и сравнив с расчетной мощностью высокой стороны, можно сделать вывод о правильности расчетов.

Таким образом, приведенный метод расчета позволяет произвести оценивание состояния отдельной подстанции с учетом погрешностей, вносимых измерительными трансформаторами тока и напряжения, а также остальными измерительными устройствами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике. Под общей редакцией Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. Москва 2000.
2. Задачи и примеры расчетов по электроизмерительной технике.
3. Р.М. Демидова-Панферова, В.Н. Малиновский, Ю.С. Солодов. М. Энергоатомиздат, 1990.
4. Обнаружение грубых ошибок телеизмерений в электроэнергетических системах. А.З. Гамм И.Н. Колосок Новосибирск "НАУКА" 2000.