ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ

Вернуться в библиотеку

Регистраторы системы мониторинга переходных режимов ( СМПР ), их сравнительные характеристики и испытания на электродинамической

модели

А.С. ГЕРАСИМОВ, А.Х. ЕСИПОВИЧ А.Т. ДЕМЧУК, А.В. ЖУКОВ

ОАО «НИИПТ» ОАО «СО – ЦДУ ЕЭС»

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Энергосистема, регистратор, сертификация, испытания, модель

Новые микропроцессорные устройства и системы управления, регулирования, защиты, режимной и противоаварийной автоматики российского и зарубежного производства перед установкой на энергообъектах ЕЭС России как правило проходят проверку на функционирование – обязательную или добровольную сертификацию. Для проверки на функционирование микропроцессорных устройств агрегатного, станционного или системного уровня используется цифро-аналого-физический комплекс (ЦАФК) ОАО «НИИПТ», являющийся уникальным испытательным полигоном РАО «ЕЭС России».

В состав ЦАФК входит самая большая в мире электродинамическая модель, включающая физические модели всех силовых элементов энергосистемы (генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов, линий электропередачи переменного и постоянного тока, шунтирующих реакторов, статических тиристорных компенсаторов, асинхронных двигателей и др.). Эта модель оснащена аналоговыми и цифровыми устройствами регулирования и управления и системой цифровой регистрации эксперимента.

ЦАФК позволяет выполнить проверку промышленных или опытно-промышленных образцов устройств на обеспечение требований системной надежности ЕЭС России в условиях, максимально приближенных к условиям будущей эксплуатации, провести адаптацию устройств к схемно-режимным условиям работы российских энергосистем и разработать научно-технические рекомендации по их применению на энергообъектах при новом строительстве или реконструкции морально устаревшего оборудования.

Внедряющаяся в настоящее время в ЕЭС России система мониторинга переходных режимов (СМПР) предназначена для решения разнообразных задач, направленных на повышение системной надежности, в том числе и задач режимного и противоаварийного управления, что предъявляет повышенные требования как к отдельным элементам СМПР, так и к системе в целом. С учетом этого цифровые регистраторы SMART - WAMS («МИП-01») российской компании RTSoft , на базе которых создается СМПР, в 2005 году прошли проверку на функционирование на ЦАФК в условиях, воспроизводящих работу сложного многочастотного энергообъединения [1]. Эти испытания, проводившиеся в три этапа, позволили выявить ряд алгоритмических и программных недостатков регистраторов SMART - WAMS . По итогам заключительных испытаний после устранения всех недостатков было подтверждено, что регистраторы при всех рассмотренных схемно-режимных и аварийных ситуациях обеспечивают измерение параметров электрического режима (частота, активная и реактивная мощность, напряжение, относительный угол между векторами напряжений) с точностью, определяемой техническими требованиями, и функционально готовы к эксплуатации в ЕЭС России.

В большинстве крупных зарубежных энергообъединений имеется многолетний опыт эксплуатации систем, аналогичных СМПР. В этих системах для измерения режимных параметров используются цифровые регистраторы, разработанные различными компаниями, среди которых одними из наиболее известных являются компания ABB , выпускающая регистраторы RES -521 с функцией измерения угла и компания GE Multilin , выпускающая микропроцессорные терминалы N 60 с функцией синхронизированного измерения векторов PMU . Упомянутые цифровые регистраторы широко применяются в энергосистеме UCTE ( ABB ) и энергосистемах США ( GE ). Поэтому ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» приняло решение о проведении сравнительных испытаний отечественных регистраторов SMART - WAMS и регистраторов перечисленных зарубежных компаний на ЦАФК при моделировании разнообразных схемно-режимных ситуаций и технологических нарушений.

Целями испытаний являлись:

· оценка уровня отечественной разработки SMART - WAMS по сравнению с
известными зарубежными образцами;

· оценка возможности использования зарубежных цифровых регистраторов
как элементов СМПР для решения различных задач мониторинга и
управления.

Сравнительные испытания цифровых регистраторов были проведены на ЦАФК в октябре 2006 года. Для проведения испытаний была подготовлена тестовая схема сложного многочастотного энергообъединения, приведенная на рисунке 1.

Схема содержит 4 электрических станции (ГРЭС, ГЭС, АЭС и эквивалент энергосистемы), 6 генераторов и блочных трансформаторов, 7 линий электропередачи и 6 узлов нагрузки. Она обеспечивает возможность резкого изменения балансов активной и реактивной мощности за счет коммутаций генераторов, асинхронных двигателей нагрузки, емкостей), воспроизведение искажений формы напряжения за счет коммутации элемента силовой электроники (инвертора), трансформации структуры (преобразование кольцевой схемы в цепочечную). Схема имеет возможность работать синхронно с энергосистемой Ленэнерго или автономно, что позволяет воспроизвести две крайние ситуации, возникающие при изменении баланса мощности – быстрое восстановление частоты (при синхронной параллельной работе с энергосистемой Ленэнерго) и работу при пониженной или повышенной частоте после технологического нарушения.

Испытания проводились по согласованной и утвержденной программе, которая включала проведение сравнительной оценки работы цифровых регистраторов (50 опытов):

· в установившихся режимах ;

· при утяжелениях исходных режимов в полной и ремонтных схемах
энергосистемы вплоть до достижения предела статической апериодической
или колебательной устойчивости с ее последующим нарушением;

· при нормативных возмущениях в энергосистеме, вызванных короткими
замыканиями различного вида и приводящих к отключению поврежденных
линий, их автоматическому повторному включению, а также возникновению
неполнофазных электрических режимов;

· при технологических нарушениях, связанных с аварийным отключением
генераторов или крупных узлов нагрузки и приводящих к возникновению
аварийных небалансов мощности;

· при возмущениях электрического режима, возникающих при пуске крупных
асинхронных двигателей;

· при значительных искажениях формы напряжения электрической сети,
возникающих в результате работы устройств на базе силовой электроники
(при всех нормативных и технологических нарушениях);

· в послеаварийных режимах при пониженной (повышенной) частоте.

Для фиксации параметров электрических режимов и электромеханических переходных процессов регистраторы были подключены к шинам высокого напряжения ГРЭС (узел 1) и ГЭС (узел 3). На вход каждого из регистраторов параллельно подавалось четыре токовых сигнала с трансформаторов тока ( I ном=1А), установленных на ВЛ 1–5 и двухцепной ВЛ 1–3 (суммарный ток двух цепий) соответственно, а также три сигнала с трансформаторов напряжения, ( U фазное=57.7 В), подключенных к шинам высокого напряжения ГРЭС (узел 1 ) и ГЭС (узел 3). Дополнительно эти сигналы подавались на входы быстродействующих аналоговых датчиков напряжения, активной мощности, частоты и угла, что обеспечило параллельную регистрацию результатов экспериментов с помощью системы цифрового осциллографирования ЦАФК.

Перед началом испытаний была проведена проверка правильности подключения всех приборов, выполненная путем фиксации параметров серии электрических режимов и сравнения показаний регистраторов с показаниями аналоговых датчиков ЦАФК.

Для проверки работоспособности GPS приемников и синхронности привязки измерений к PPS сигналам участвующих в эксперименте регистраторов в схему эксперимента был дополнительно включен подготовленный ОАО «НИИПТ» цифровой многоканальный осциллограф на базе промышленного контроллера с функцией привязки к мировому времени (антенна GPS ), с помощью которого в процессе испытаний производился контроль синхронизации приемников от всех использовавшихся антенн. Этот контроль показал, что в ходе всех экспериментов обеспечивалась устойчивая синхронизация по времени всех приемников сигналов GPS . Величина «разбежки» по времени между сигналами PPS от различных приемников составляла менее одного отсчета АЦП (40 мкс).

Анализ результатов испытаний показал, что:

· измерение параметров стационарных электрических режимов всеми регистраторами
осуществляется практически одинаково; запись активной мощности и частоты
регистратором GE выполняется с дискретностью 0.1% по мощности и 4 мГц по
частоте (рис. 2);

· при возмущениях показания регистраторов ABB и RTSoft практически совпадают.
При значительных скоростях изменения режимных параметров показания
регистратора GE начинают заметно отличаться от показаний других регистраторов,
в том числе и от показаний аналоговых датчиков ЦАФК (рис. 3);

· искажения формы кривой напряжения практически не влияют на точность измерений мощности и угла цифровыми регистраторами ABB и RTSoft , но вносят значительные искажения в работу регистратора GE (рис. 4).

Заключение

Результаты сравнительных испытаний позволяют сделать вывод о том, что цифровые регистраторы SMART - WAMS («МИП-01») компании RTSoft , являющиеся элементом СМПР ЕЭС/ОЭС, обеспечивают измерение электрических параметров режимов энергосистемы (относительных углов, частоты и активной мощности) на уровне, не уступающем рассмотренные зарубежные аналоги. С учетом задач, возлагаемых на СМПР ЕЭС/ОЭС, в качестве цифровых регистраторов в этой системе могут применяться также регистраторы RES -521 компании ABB . Возможность использования микропроцессорных терминалов N 60 компании GE Multilin для измерения относительных углов в составе СМПР ЕЭС/ОЭС должна быть подтверждена дополнительно путем проведения повторных испытаний на ЦАФК в объеме утвержденной программы. Рекомендации по применению цифровых регистраторов других отечественных и зарубежных компаний в энергосистемах ЕЭС России также должны быть сформированы по результатам их проверки на функционирование в объеме утвержденной программы.

Рис. 1 - Схема энергосистемы

Рис. 2. - Опыт 22. Отключение нагрузки на шинах ГРЭС (узел 1)

Рис. 3. - Опыт 47. Замыкание цепочечной схемы (включение линии 1-3)

Рис. 4. - Опыт 45. Двухфазное к.з. на линии 1-4 у шин ГРЭС (узел 1) с отключением
поврежденной цепи. К шинам ГРЭС подключен инвертор

Литература