Способ онлайн-анализа нарушений режимов электроснабжения Микрогрид Российский патент 2024 года по МПК G01R31/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для анализа повреждений и релейной защиты разветвленной электрической сети переменного тока.

Уровень техники

Микрогрид – разветвленная электрическая сеть переменного тока с переключением точек включения источников и потребителей энергии.

Онлайн-анализ нарушений режимов электроснабжения Микрогрид подразумевает определение места повреждения участка разветвленной электрической сети в автоматическом режиме с минимальным затраченным временем путем измерения физических величин параметров режима защищаемых участков сети и их обработки в устройствах обработки данных с последующим отключением поврежденного участка.

Известны комплексы релейной защиты разветвленной распределительной сети переменного тока, например, промышленной частоты 50 Гц, в разных точках которой включены источники и потребители электрической энергии. Такие сети могут выполняться как трехфазные с изолированной или компенсированной нейтралью, как трехфазные с глухозаземленной нейтралью или нейтралью, заземленной через резистор, а также могут быть выполнены как однофазные. Все варианты построения таких сетей оснащаются комплексами устройств релейной защиты, которые реагируют на значения электрических величин токов и в нужных случаях обеспечивают выдачу команд на отключение тех силовых выключателей, которые обеспечивают отключение поврежденного участка разветвленной электрической сети. Различают устройства релейной защиты линий электропередачи, шин, трансформаторов, реакторов и других возможных элементов распределительных сетей.

При построении алгоритмов отдельных устройств релейной защиты используются процедуры реагирования на значения токов, напряжений, сдвигов фаз между двумя электрическими величинами, различных математических вычислительных и логических преобразований, включая реализацию выдержек времени при формировании команд на переключение силовых выключателей.

Имеются устройства релейной защиты, например, устройства дифференциальной защиты линии (Авторское свидетельство SU № 51611, МПК H02H 7/26, H02H 3/28, опубл. 31.08.1937), реагирующие на электрические величины с двух концов линий электропередачи путем использования каналов связи, например, электрических, высокочастотных, оптических, радиорелейных. При этом обеспечивается работа релейной защиты с каналом связи без выдержки времени по всей длине. Однако, не обеспечивается резервирование отключения повреждений при отказе релейной защиты или силового выключателя смежной линии электропередачи.

Наиболее близким к предложенному является способ, представленный в заявке CN 108548987 A, МПК G01R 31/08, опубл. 18.09.2018 «Метод определения местоположения неисправности в активной сети распределения электроэнергии на основе измерения фазы тока», заключающийся в создании модели активной сети распределения электроэнергии, содержащей распределенные источники питания, на основе данных от устройства синхронизированных векторных измерений (УСВИ).

Недостатком указанного способа является большое время, требующееся для создания модели и определения места возникновения неисправности.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является селективное отключение поврежденного участка разветвленной сети переменного тока с минимальным временем определения аварийного режима и места повреждения.

Техническим результатом является повышение быстродействия и упрощение способа.

Это достигается тем, что в способе релейной защиты разветвленной электрической сети переменного тока, заключающемся в определении места повреждения электрических линий электропередачи путем измерения уровня тока в местах установки органов пороговой оценки уровня тока по концам линий электропередачи и передачи сигналов в устройство обработки данных, органами пороговой оценки измеряют уровень тока в линии, определяют его нахождение в рамках диапазонов I<0,05I_ном, 0,05I_ном≤I≤0,1I_ном, I>0,1I_ном, фиксируют значение метки времени в момент перехода тока, протекающего по защищаемому элементу (линии), через ноль с помощью внутренних часов органов пороговой оценки, синхронизированных от спутниковой навигационной системы, передают зафиксированное значение метки времени, информацию об уровне тока и адрес места установки датчика тока соответствующего органа пороговой оценки в устройства обработки данных, в которых осуществляют сравнение с уставкой разности моментов переходов через ноль токов по обоим концам каждого из проводов каждой из фаз каждой из защищаемых линий электропередачи, сопоставляют данные об уровнях токов по концам каждой фазы каждой линии для формирования разрешения на передачу команды на отключение, и при превышении уставки и наличии разрешения передачи команды отключения отключают силовые выключатели поврежденной линии электропередачи.

Кроме того, перед формированием разрешения на передачу команды на отключение выключателя контролируют достоверность обрабатываемых данных контролем количества сработавших органов пороговой оценки уровня тока, установленных на каждом из концов защищаемой линии электропередачи, по два органа пороговой оценки уровня тока в каждом проводе каждой из фаз, причем на первом уровне контроля проверяют работу полярного индикатора органа пороговой оценки уровня тока, фиксирующего переход тока через ноль, на втором уровне контроля фиксируют протекание тока нормального или аварийного режима по электрической линии.

Кроме того, в разветвленной электрической сети переменного тока могут располагать множество устройств обработки данных в местах установки органов пороговой оценки уровня тока, причем отключают силовой выключатель, если количество команд на отключение от множества устройств обработки данных превышает половину от количества устройств обработки данных.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена архитектура хронометрической релейной защиты, на фиг. 2 приведен график, поясняющий принцип формирования сигналов для передачи в устройства обработки данных и формирования команд на отключение, а на фиг. 3 представлена таблица, в соответствии с которой формируется разрешение на передачу команды на отключение.

Осуществление изобретения

Схема архитектуры хронометрической релейной защиты содержит органы пороговой оценки уровня тока 1 с порогами 0.05I_ном и 0.1I_ном на каждой из трех фаз, сеть передачи данных 2 и устройства обработки данных и формирования команд 3. На каждом конце каждой из фаз и нулевого провода (при наличии) орган пороговой оценки уровня тока 1 соединен с сетью передачи данных 2, которая, в свою очередь, соединена посредством двусторонней связи с устройством обработки данных 3. Сеть передачи данных 2 посредством двусторонней связи также соединена с силовым выключателем.

В качестве органов пороговой оценки уровня тока могут применяться микропроцессорные измерительные преобразователи, выполненные с возможностью измерения тока, протекающего по защищаемому элементу, определения его нахождения в рамках диапазонов I<0,05I_ном, 0,05I_ном≤I≤0,1I_ном, I>0,1I_ном, а также фиксации момента перехода тока через ноль и адреса места установки датчика тока соответствующего органа пороговой оценки в кодоимпульсной форме.

В целях контроля достоверности обрабатываемых данных располагают по два органа пороговой оценки уровня тока 1 в каждом проводе каждой из фаз с каждой стороны для резервирования отказа одного из них.

Сеть передачи данных 2 может представлять собой резервированную оптическую сеть.

Устройства обработки данных 3 представляют собой центры принятия решений о формировании команды на разрешение отключения нужного силового выключателя или выключателей. В качестве них могут использоваться, например, программируемые логические контроллеры.

В разветвленной электрической сети переменного тока могут быть расположены множества устройств обработки данных 3 в местах установки органов пороговой оценки уровня тока 1.

Предложенный способ реализуют следующим образом.

Органы пороговой оценки уровня тока 1 датчиками измеряют уровень тока на каждом конце каждой из фаз и нулевого провода, при наличии, разветвленной электрической сети переменного тока, формируют цифровые сигналы, содержащие информацию об уровнях тока в каждой фазе, в моменты времени перехода тока через ноль с помощью данных от внутренних часов органов пороговой оценки, синхронизированных от спутниковой навигационной системы, формируют сигналы, содержащие метку времени, информацию об уровнях тока в проводнике и закодированный адрес места установки датчика тока соответствующего органа пороговой оценки уровня тока 1. Если уровень тока в месте установки датчика меньше 0.05I_ном, то формируется сигнал со значением «00». Если уровень тока в месте установки датчика больше 0.05I_ном, но меньше 0.1I_ном, то формируется сигнал со значением «01». Если уровень тока в месте установки датчика больше 0.1I_ном, то формируется сигнал со значением «11». Полученные сигналы передаются по сети передачи данных 2 во все устройства обработки данных 3. В устройствах обработки данных осуществляется сопоставление сигналов с обоих концов каждой из защищаемых фаз каждой защищаемой линии электропередачи. При выполнении условий на срабатывание: превышение уставки разностью моментов перехода через ноль токов по обоим концам рассматриваемой линии и наличия сигнала разрешения на передачу команды на отключение, формируемого по таблице, приведенной на фиг.3, команды отключения нужного силового выключателя или выключателей из устройств обработки данных передаются в исполнительное устройство на месте установки соответствующего выключателя или выключателей.

В нормальном режиме органы пороговой оценки уровня тока формируют цифровые сигналы, содержащие информацию об уровнях тока в каждой фазе. Поскольку протекает нормальный режим, то сигналы по концам защищаемых линий формируются и передаются в устройства обработки данных в одинаковые моменты времени со значением «11». В устройствах обработки данных осуществляется сопоставление сигналов с обоих концов каждой из защищаемых фаз каждой защищаемой линии электропередачи. В нормальном режиме моменты перехода тока через ноль совпадают, соответственно условие срабатывания выполнено не будет: не будет превышена уставка разности возникновения моментов перехода через ноль токов по обоим концам защищаемой линии. Сигнал на отключение передаваться не будет.

В случае аварийной ситуации и питании поврежденного элемента с двух сторон, переходы через ноль тока по концам защищаемого объекта не будут происходить одновременно. В устройства обработки данных в разные моменты времени будут приходить сигналы со значением «11». В этом случае условие срабатывания будет выполнено, и в устройствах обработки данных будут сформированы команды на отключение защищаемого элемента, которые будут переданы в исполнительные устройства по сети передачи данных.

В случае аварийной ситуации и одностороннего питания защищаемого элемента с датчика уровня тока с одной стороны придет сигнал «11», а с другой стороны «00». В этом случае по фиг.3 будет сформирован сигнал на разрешение срабатывания, кроме того, произойдет превышение уставки разности моментов перехода через ноль, и будут сформированы команда на отключение защищаемого элемента и переданы в исполнительные устройства.

В случае, если ток по обоим концам линии менее 0.05I_ном или 0.1I_ном, то по фиг.3 сигнал на разрешение передачи команды на отключение в устройствах обработки данных сформирован не будет.

Контроль достоверности обрабатываемых данных осуществляют контролем количества сработавших органов пороговой оценки уровня тока, установленных по два органа пороговой оценки уровня тока в каждом проводе каждой из фаз. На первом уровне контроля проверяют работу полярного индикатора органа пороговой оценки уровня тока, фиксирующего переход тока через ноль. На втором уровне контроля фиксируют протекание тока нормального или аварийного режима по электрической линии.

При расположении в разветвленной электрической сети переменного тока множества устройств обработки данных в местах установки органов пороговой оценки уровня тока отключают силовой выключатель, если количество команд на отключение от множества устройств обработки данных превышает половину от количества устройств обработки данных.

Повышение быстродействия и упрощение способа по сравнению с прототипом достигается за счет уменьшения количества проводимых измерений и исключения этапа построения модели сети для поиска места возникновения аварийной ситуации.

Использование изобретения позволяет более быстро и эффективно обнаружить повреждение в разветвленной электрической сети переменного тока с переключением точек включения источников и потребителей энергии (Микрогрид) с возможностью отключения поврежденного участка.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для анализа повреждений и релейной защиты разветвленной электрической сети переменного тока. Способ релейной защиты разветвленной электрической сети переменного тока заключается в том, что органами пороговой оценки измеряют уровень тока в линии, определяют его нахождение в рамках диапазонов I<0,05I_ном, 0,05I_ном≤I≤0,1I_ном, I>0,1I_ном, фиксируют значение метки времени в момент перехода тока, протекающего по защищаемому элементу, через ноль с помощью внутренних часов органов пороговой оценки, синхронизированных от спутниковой навигационной системы, передают зафиксированное значение метки времени, информацию об уровне тока и адрес места установки датчика тока соответствующего органа пороговой оценки в устройства обработки данных, в которых осуществляют сравнение с уставкой разности моментов переходов через ноль токов по обоим концам каждого из проводов каждой из фаз каждой из защищаемых линий электропередачи, сопоставляют данные об уровнях токов по концам каждой фазы каждой линии для формирования разрешения на передачу команды на отключение и при превышении уставки и наличии разрешения передачи команды на отключение отключают силовые выключатели поврежденной линии электропередачи. Техническим результатом является повышение быстродействия и упрощение реализации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ релейной защиты разветвленной электрической сети переменного тока, заключающийся в определении места повреждения электрических линий электропередачи путем измерения уровня тока в местах установки органов пороговой оценки уровня тока по концам линий электропередачи, передачи сигналов в устройство обработки данных, отличающийся тем, что органами пороговой оценки измеряют уровень тока в линии, определяют его нахождение в рамках диапазонов I<0,05I_ном, 0,05I_ном≤I≤0,1I_ном, I>0,1I_ном, фиксируют значение метки времени в момент перехода тока, протекающего по защищаемому элементу, через ноль с помощью внутренних часов органов пороговой оценки, синхронизированных от спутниковой навигационной системы, передают зафиксированное значение метки времени, информацию об уровне тока и адрес места установки датчика тока соответствующего органа пороговой оценки в устройства обработки данных, в которых осуществляют сравнение с уставкой разности моментов переходов через ноль токов по обоим концам каждого из проводов каждой из фаз каждой из защищаемых линий электропередачи, сопоставляют данные об уровнях токов по концам каждой фазы каждой линии для формирования разрешения на передачу команды на отключение и при превышении уставки и наличии разрешения передачи команды на отключение отключают силовые выключатели поврежденной линии электропередачи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед формированием разрешения на передачу команды на отключение выключателя контролируют достоверность обрабатываемых данных контролем количества сработавших органов пороговой оценки уровня тока, установленных на каждом из концов защищаемой линии электропередачи, по два органа пороговой оценки уровня тока в каждом проводе каждой из фаз, причем на первом уровне контроля проверяют работу полярного индикатора органа пороговой оценки уровня тока, фиксирующего переход тока через ноль, на втором уровне контроля фиксируют протекание тока нормального или аварийного режима по электрической линии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в разветвленной электрической сети переменного тока располагают множество устройств обработки данных в местах установки органов пороговой оценки уровня тока, причем отключают силовой выключатель, если количество команд на отключение от множества устройств обработки данных превышает половину от количества устройств обработки данных.