АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ

Смирнова Романа Валериевича

Тема: "Моделирование режимов работы локальных объектов электрических систем"

Научный руководитель: к.т.н. Павлюков Валерий Александрович

Специальность:"Электрические станции"

"ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ"

Научно-техническая проблема
Недостаточный уровень имеющихся технических средств изпользуемых при пректировании различного типа электрических объектов, построенного на устаревших технологиях программирования.

Обоснование и актуальность
Под локальными объектами электрических систем мы понимаем различного рода электрические станции (ТЭС, ВЭС, ТЭЦ), распределительные сети крупных промышленных предприятий, системы электроснабжения городов и населенных пунктов и крупные сетевые подстанции. Локальные объекты могут работать в нескольких режимах. К ним относятся нормальный режим, режим короткого замыкания, перегрузка. Токи и напряжения во время работы оборудования в данных режимах, необходимы для выбора оборудования, а также уставок релейной защиты и автоматике. Данная модель может смоделировать данные режимы работы оборудования и наглядно представить результаты работы на экране дисплея.

Рисунок 1 - Локальные объекты электрических систем

Наиболее важной задачей при использовании ЭВМ является создание модели локального объекта ЭЭС и всей системы. Эта модель должна динамически изменяться, чтобы отразить изменение условий работы оборудования энергосистемы, их характеристик, а также топологию сети.

Целью работы является создание программного комплекса, интегрирующего в себе графический редактор схемы, блок автоматического создания топологии схемы на основании изображения сети, а также ряд блоков реализующих сервисные функции и блоки расчёта различных режимов работы локального объекта ЭЭС. Для достижения цели были определены и решены следующие задачи:
- разработка алгоритма работы графического редактора для составления электрических схем различной степени сложности;
- усовершенствование метода и разработка алгоритма автоматического составления топологической картины схемы на основе её данных из графического редактора;
- разработка интерфейса пользователя, обеспечивающего максимально простую работу с редактором даже малоподготовленных пользователей;
- расчёт установившихся режимов и токов симметричных коротких замыканий;
- адаптации инструментария, позволяющего учесть оценку режимов по информации имеющейся в базе знаний без изменения программного кода и включение в разрабатываемый комплекс.

Особенности расчета токов короткого замыкания
1.Общие положения
Расчет токов короткого замыкания относится к функциональным задачам и является составной частью таких технологических задач как проектирование и анализ работы устройств релейной защиты и автоматики, заземляющих устройств, выбора схемы соединений и оборудования локального объекта электроэнергетической системы при проектировании и оценка термической и динамической стойкости оборудования при эксплуатации электрических сетей. Требования к методике расчета токов короткого замыкания при решении технологических задач для проектирования и для эксплуатации электрических сетей отличаются. Общим для задач проектирования является ограниченность и погрешности исходной информации для выполнения расчетов. Как известно, информационное обеспечение в значительной мере определяет математическую модель процесса или объекта управления. Чем сложнее математическая модель, тем она чувствительнее к погрешностям информации. Усложнение модели ведет к необходимости использования более эффективное технологии ведения информации. При эксплуатации электрических систем методики решения функциональных задач, входящих в технологические задачи, усложняются. Особенности методик выполнения функциональных задач отражаются в нормативных документах, ГОСТах на выполнение технологических задач. Развитие энергосистем, систем управления ими сопровождается развитием нормативно-справочных документов и методик анализа. Создание программного обеспечения жестко под конкретные технологические задачи приводит не только к снижению его эффективности его использования и ограниченности применения, но и к необходимости постоянной коррекции. Существующее программное обеспечение по расчету токов короткого замыкания в большее мере отражает особенности решения задач проектирования, что значительно снижает области применения не только программ, но и реализованных методик и алгоритмов. Обобщение требования к развитию программного обеспечения для расчета токов короткого замыкания связано с выполнением анализа особенностей расчета как с точки зрения класса технологической задачи, так и требований к ведению информации.

2.Релейная защита и автоматика
Расчёты токов замыкания для целей релейной защиты имеют ряд особенностей:
-использование упрощённых математических моделей и схем замещения элементов электрической сети. Как правило, расчёт ведётся по реактивной схеме замещения, не учитывается или учитывается приближённо влияние ветвей нагрузок, не учитывается наличие угла между э.д.с. (следовательно, не учитывается ток нагрузки по транзитным линиям). Перечисленные упрощения отражаются на точности получаемых результатов, но сами методы выбора уставок защит обычно учитывают возможность некоторой ошибки при определении токов замыканий за счёт введения ряда коэффициентов;
-рассчитываются величины, соответствующие начальному моменту короткого замыкания. Это объясняется использованием на станциях и в высоковольтных сетях быстродействующих защит. Токовые защиты, используемые в распределительных сетях, находятся вдали от источников. В таких сетях изменение тока во времени незначительно;
-расчёты потокораспределения при несимметричных замыканиях выполняется на основе схем замещения отдельных последовательностей при упрощенном описании взаимных магнитных связей между элементами.
При эксплуатации электрических систем требуется анализ работы устройств релейной защиты и автоматики в реальных аварийных ситуациях. Для эффективного анализа необходимо выполнение расчётов токов короткого замыкания с учётом влияния таких факторов как конфигурация сети, особенности нагрузки, адекватное отражение распределения токов по схемам соответствующих последовательностей, а так же апериодической и периодической составляющих токов. Существующее программное обеспечение по расчёту токов короткого замыкания не позволяет оперативно учесть указанные особенности моделирования при решении задач эксплуатации. Проведение частичного анализа связано с выполнением трудоёмкого этапа подготовки модели и исходных данных, выполняемого вручную или с помощью других программ.

3.Термическая и динамическая стойкость оборудования
При создании математической модели используется эквивалентирование отдельных фрагментов локального объекта. Это в первую очередь относится к источникам питания, которые объединяются по таким критериям, как тип и удалённость от точки короткого замыкания. Проверка оборудования по термической стойкости требует расчета теплового импульса. При определении этого импульса при наличии разнотипных источников питания требуется раздельный учёт их влияния на значение показателя. Расчёт несимметричных коротких замыканий выполняется по упрощённым методикам. При решении технологических задач эксплуатации необходимо учитывать перед выполнением расчёта токов короткого замыкания допустимость выполнения коммутационных операций по созданию схем соединений исследуемого режима, состояния оборудования, особенности математической модели для отражения интересующих факторов.

Разработка програмного обеспечения
1.Объектно-оринтированное программирование
Программа реализованна на объектно-оринтированном языке програмирования C++. Для ввода, редактирования, компилирования и сборки изпользованно приложение Visual C++ 6.0. Использованна также библиотека MFC(Microsoft Foudation Class). Программа использует одно из главных преимушеств языка C++ - его ориентацию на объект.
Суть объектно-оринтированного програмирования состоит в том, чтобы с данными и процедурами, которые выполняют действия над этими данными, как с единым объектом, т.е. самодостаточным элементом, который в чем-то идентичен таким же объектам, но в то же время отличается от них определенными уникальными свойствами.
Программа полностью поддерживает принципы объектно-оринтированного программирования, включая три кита, на которых оно стоит: инкапсуляцию, наследования и полиморфизм.

2.Иерархия классов в программе
Успешность любого проекта во многом зависит от того, насколько он продуман на стадии разработки. Т.е. если хорошо спректировать классы элементов и методы работы с ними, это во многом решит возможные проблемы на стадии написания кода и его отладки. В данном проекте предложена следу щая иерархия.
Базовый класс для всех классов прграммы ( и для классов MFC) являеться CObject. Он поддерживает сериализацию и диагностику объекта. От него наследуется два класса: CElement и CLine.
Класс CElement являеться базовым всех энергетических элементов ( кроме соеденительных). В этом классе объявлены и описанны все методы и переменные являющиеся общими для элементов. Некоторые методы объявлены как виртуальными (функции рисования, вызова окна свойств). Как правило эти методы уникальные для каждого элемента. С помощью виртуальных методов реализуется одно из самых мощных средств языка С++ - полиморфизм (многообразие форм). Все последующие элементы энергоситемы представлены в наследуемых от CElement классах. В реализации этих классов есть только переопределение виртуальных функций, описанных в базовом классе. Т.е. в файле реализации мы работаем только с указателем на объект CElement. А код программы уже сам выяснет с каким именно элементов мы оперируем и вызывает соответвующие методы. Так с помощью объектно-оринтированного подхода нам удалось значительно упростить написания кода, избавясь от довольного неудобного механизма приведения типов данных.
Посколько соеденительные объекты (линии, кабели) обладают несколько другими свойствами с точки зрения представления, то для них создан другой базовый класс - CLine.

Рисунок 2 - Иерархия классов в программе.

3.Графическое представление.
Любая современная программа должна иметь простой и удобный графический редактор. Основная задача этого редактора состоит в том чтобы наглядно преподнести информацию пользователю. Применительно к проекту это должен быть простой редактор электротехнических схем. Все энергооборудование представленно в виде блоков. С блоками можно выполнять различные манипуляции (вращать по часовой стрелке, перемещать, удалять, копировать, выделять). Некоторые элементы могут иметь несколько представлений в зависимости от состояния оборудования (коммутационные элементы). Для удобства блоки рисуются разным цветом в соответвии с классом напряжения.
Все эти задачи реализуються с помощью стандартных функций MFC, а именно функций класса контекста устройства (CDC)
В объявлении каждого класса энергооборудования определен виртуальный метод Draw. В качестве параметра он принимает указатель на контекст устройства. Именно он отвечает за корректное отображение элемента на экране дисплея.

Рисунок 3 - Пример рисования схемы

4 Использование базы данных.
Чтобы исключить постоянный ввод данных по энергооборудованию в программе предусматривается работа с внешней базой данных. Она представляет собой файл формата mdb, созданный в Access 2000. Состоит из набора таблиц по различным типам оборудования (генераторы, трансформаторы, и т.п.) В таблицах собраны все необходимые данные, которые могут понадобиться при работе с программой.
Когда пользователь добовляет новый элемент в схему, вызывается виртуальный метод GoModal. В этом методе с помощью технологии ADO устанавливается связь с БД и обращение к нужной таблице. Пользователю на экране отображается диалоговое окно со всеми типами данного оборудования. Для удобства применены всевозможные сортировки ( по мощности, по напряжению, и т.п.) Пользователь просматривает не только типы оборудования но и также все данные о нем. После указания нужного типа, все необходимые параметры копируются в объект, а связь с БД прерывается.

Рисунок 4- Диалоговое окно связи с БД

Литература
1. Короткие замыкания в энергоустановках / Государственный стандарт союза ССР, Москва 1987 г.
2. Заболотный И.П. Развитие теоретических основ и создание экспертных систем для режимов и электрооборудования локальных объектов электрической системы// Вісн. Східноукр.нац.ун-ту. 2002. - №4. - С. 129-137.
3. Либерти Джесс С++ за 21 день // "Вильямс" Киев 2001.
4. 5. Fukui C., Kawakami J. An expert system for fault section estimation using information from protective relays and circuit breakers/ IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.1 No.4, 1986.
6. Fujiwara R., Sakaguchi T., Kohno Y., et al. An intelligent load flow engine for power system planing/ IEEE Trans. on Power Systems, Vol.1, No.3, 1986.

Автобиография// Электоронная библиотека // Результаты поиска в Интернет // Перечень ссылок

Главная страница ДонНТУ// Сайт магистров ДонНТУ // Поисковая система ДонНТУ