СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ (ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ) ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ Российский патент 2018 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях и системах для контроля нормальных и аварийных режимов.

Известен способ определения параметров режима (токов и напряжений) прямой и обратной последовательностей, который предусматривает сложение параметра одной фазы с сдвинутыми на 120° и -120° параметрами двух других фаз. (Аналог. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах - М.: Энергия, 1970. - 520 с.). Недостаток данного способа заключается в том, что параметры фаз должны быть комплексными значениями, а не мгновенными. При наличии в токах апериодических составляющих вычисление токов прямой и обратной последовательностей осуществляется с погрешностью тем большей, чем больше апериодическая составляющая в момент измерения.

Известен способ выборки мгновенных значений напряжений и токов промышленной частоты, реализуемый через четверть периода. (Прототип: «О выборе интервала дискретизации вводимых в ЭВМ аналоговых параметров для программируемых защит», авторы: Королюк Ю.Ф., Грешнов Е.Б. «Электронное моделирование», 1985, №5, Киев). Комплексы вычисленных параметров режима определяются как сумма текущего значения (действительная часть комплекса) и его производная (мнимая часть комплекса). Для напряжений вычисленные текущее значение и его производная определяются как

где i(t), u(t), i'(t), u'(t) - мгновенные значения измеряемых токов, напряжений и их производных в момент времени t; i_выч(t), u_выч(t), i'_выч(t), u'_выч(t) - вычисленные значения токов и их производных в момент времени t; Т - период частоты сети.

Недостаток способа заключается в большом интервале дискретизации, что приводит к замедлению работы релейной защиты и соответственно узким наборам решаемых задач.

В уравнениях (1) интервал дискретизации (интервал времени между измерениями мгновенных значений токов и напряжений) равен четверти периода частоты сети.

Это позволяет определять параметры режима на частоте сети с запаздыванием в половину периода. Определение параметров режима сети приведенными уравнениями исключают четные гармоники. Для вычисления токов и напряжений с меньшими интервалами дискретизации следует применять следующие уравнения:

Мгновенные значения токов и напряжений прямой и обратной последовательностей определяются как

где ia, ib, ic, ua, ub, uc - токи и напряжения фаз А, В, С, ω=2⋅π⋅f - угловая частота.

Используя мгновенные значения токов и напряжений прямой и обратной последовательностей, нетрудно получить комплексные по аналогии с первой и второй вышеприведенных формул.

Рассмотрим применение предложенного способа в вычислении токов, если фазные токи равны

где Т_с - постоянная времени защищаемого элемента электрической сети.

На чертеже приведены зависимости от времени токов фазы А без нулевой составляющей, но с апериодической (1) при однофазном коротком замыкании на линии 110 кВ, разности токов фаз В и С (2), уменьшенной в √3 раз и отстающей от тока фазы А на четверть периода частоты сети, токи прямой (3) и обратной (4) последовательностей, вычисленные для момента времени 0,02 с после возникновения короткого замыкания. Токи измерены в начале линии длиной 150 км при коротком замыкании на расстоянии 130 км. Как видно, апериодическая составляющая практически исключена полностью.

Остаточная апериодическая составляющая в вычисленных токах прямой и обратной последовательностей составляет 18% при постоянной времени сети Т, равной 0,005 с, и около 5% при постоянной Т, равной 0,05 с, в момент возникновения короткого замыкания. Величина апериодической составляющей в вычисленных токах снижается до 3% и 1% соответственно через половину периода частоты сети и до сотых долей процента через период. Исследования показали, что максимальная погрешность, вносимая апериодической составляющей через период частоты сети, не превышает 0,03%.

Достоинством способа перед аналогом является фильтрация апериодических составляющих в токах короткого замыкания. Причем, чем больше постоянная сети в апериодической составляющей тока короткого замыкания, тем большая степень фильтрации апериодических составляющих. Числитель в формуле, определяющей текущее значение тока, есть разность средней выборки и суммы двух крайних значений. Чем больше постоянная времени, тем меньше эта разность. Аналогично уменьшено значение апериодической составляющей в вычисленной производной тока. Это позволяет использовать алгоритмы защит, основанных на анализе изменения параметров основной частоты.

Значения интервала дискретизации и соответственно синуса и косинуса углов интервала дискретизации, выраженных в радианах, принимаются постоянными, не зависящими от изменения частоты. Влияние изменения частоты исключается, если использовать способ отсчета мгновенных значений напряжений и токов согласно изобретению №2625172.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение фильтрации апериодических составляющих. Согласно способу токи и напряжения прямой последовательностей определяют как половину суммы параметра одной фазы без нулевой составляющей с уменьшенной в √3 раз разностью параметров двух других фаз, сдвинутых во времени на четверть периода частоты сети за вышеуказанной фазой. А токи и напряжения обратной последовательности определяются как половина разности этих величин. 1 ил.

Способ определения мгновенных значений параметров (токов и напряжений) прямой и обратной последовательностей, основанный на выборке мгновенных значений фазных токов и напряжений, отличающийся тем, что с целью фильтрации апериодических составляющих в параметрах режима (токах и напряжениях) и увеличения набора решаемых релейной защитой задач параметр прямой последовательности определяют как половину суммы параметра одной фазы без нулевой составляющей с уменьшенной в √3 раз разностью параметров двух других фаз, сдвинутых во времени за вышеуказанной фазой на четверть периода частоты сети, а параметр обратной последовательности как половину разности этих величин.