Методи аналізу процесів в електричних мережах, системах їх захисту й автоматики

Abstract

У роботі сформульовано і реалізовано системний підхід до аналізу процесів у електричних мережах, системах захисту й автоматики на основі формування їх математичних моделей у методі контурних координат за допомогою сукупності моделей базових елементів у вигляді розрахункових схем. Для реалізації узагальненої математичної моделі на основі теорії структурно–орієнтованих і структурних чисел запропоновано методи автоматичного формування, оптимізації і розв'язку системи контурних рівнянь без використання операцій над матрицями, застосування якого дає можливість формувати, оптимізувати, розвивати та деталізувати структури моделей у необхідній послідовності етапів досліджень. Удосконалено методи реалізації сформованих моделей у миттєвих контурних координатах, що значно підвищило ефективність обчислювальних процедур. Обґрунтовано та запропоновано необхідну сукупність математичних моделей базових елементів, які дозволяють відображати під час моделювання процеси в елементах як систем захисту й автоматики, так й електричних мереж з необхідною глибиною деталізації. Розроблені в дисертаційній роботі методи і на їх основі спеціалізована автоматизована система аналізу знайшли широке застосування в науково–дослідних роботах та навчальному процесі. В диссертации решена важная научно – техническая задача развития и усовершенствования методов анализа функционирования систем защиты и автоматики электрических сетей на основе математического моделирования, что позволяет повысить эффективность работы существующих и разработку новых устройств для обеспечения надежной работы электроэнергетической системы в целом. В работе сформулирован и реализован системный подход к анализу процессов в системах защиты, автоматики и электрических сетях на основе формирования их математических моделей в методе контурных координат с помощью совокупности моделей базовых элементов в виде расчетных схем. Такой подход по сравнению со стандартным – разработкой и формированием непосредственно в каждом конкретном случае математических моделей в виде системы уравнений, выбором и реализацией методов их решения, позволяет моделировать процессы в различных схемах на основании существующих и при потребности усовершенствованных расчетных схем для обеспечения необходимой адекватности. Кроме этого, при использовании для формирования математических моделей информации в виде векторов и матриц (таблиц) усложняется их комплексное использование для решения различных задач (возникает необходимость их согласования или переформирования, уплотнения для объемных моделей), автоматический контроль и поиск возможных ошибок, отсутствует наглядность и визуальный контроль правильности модели, усложняется воз-можность автоматизации процесса подготовки и изменения входной информации, и т.п. В связи с этим автором, для реализации обобщенной математической модели, на основе теории структурно – ориентированных чисел предложен метод автоматического формирования, оптимизации и решения системы контурных уравнений без операций с матрицами (в том числе и блочными или уплотненными), использование которого дает возможность формировать, оптимизировать, развивать и детализировать структуры моделей с различной последовательностью этапов исследований в зависимости от нужд исследователя. Кроме этого усовершенствованы методы реализации сформированных в мгновенных контурных координатах моделей, которые позволяют осуществлять анализ на небольших и сравнительно длинных интервалах протекания процессов, что значительно повысило эффективность вычислительных процедур. Определена и предложена необходимая совокупность математических моделей базовых элементов, которые позволяют отображать во время моделирования процессы как в системах защиты и автоматики, так и в электрических сетях с необходимой глубиной их детализации. На основе предложенных методов и специализированной автоматизированной системы анализа процессов в электрических сетях, системах их защиты и автомати-ки разработаны модели и проведен с их помощью анализ процессов: подстанции 750 кВ с учетом влияния на режим ее работы переключения отпаек обмоток продольного и поперечного регулирования автотрансформаторов, что позволило решить задачу анализа нормальных и аварийных режимов для настройки устройств их защиты, а также провести анализ перенапряжений для неполнофазных режимов линий электропередач 750 кВ и разработать рекомендации для их эксплуатации; дифференциальнофазных высокочастотных защит линий электропередач для различной элементной базы с учетом модели линии в фазных координатах, которые позволили исследовать как функциональные характеристики защит для различных режимов работы линии, так и процессы в цепях измерения и оперативного тока; систем управления статических тиристорных компенсаторов, которые впервые дали возможность исследовать влияние характеристик первичных датчиков координат режима и структур систем регулирования на эффективность работы этих объектов во время различных возмущений. Разработанные в диссертационной роботе методы и на их основе специализированная автоматизированная система анализа процессов в электрических сетях, системах их защиты и автоматики нашли широкое применение в научно–исследовательских работах и учебном процессе. This paper formulates and implements a systems approach to processes in electrical nets and in their protection and automation systems, based on their mathematical models created using the method of contour coordinates with aggregate models of the basic elements in the form of calculation schemes. The methods of automatic creation, optimization and interpretation of contour equations without using operations on matrices is offered for implementation of the generalized mathematical model basing on the theory of structure-oriented and structural numbers. This method enables it to form, improve, develop and detail the structure of the models in the required research steps sequence. The implementation methods of models formed in instantaneous contour coordinates are improved. This greatly increases the efficiency of computational procedures. In this thesis the required set of basic elements mathematical models which allow showing processes in the protection and automation systems elements and electrical nets elements with the required granularity during the modeling process is substantiated and suggested. Methods developed in this thesis and specialized automated analysis system based on these methods are widely used in research work and learning process.