 |
Разработка и исследование имитационной модели устройства определения места повреждений
|
|
|
|
Цель лабораторной работы – изучение особенностей реализации алгоритмов определения места повреждений (ОМП) в микропроцессорных устройствах.
План лабораторной работы
1. Создание имитационной модели алгоритмов определения прямой, обратной и нулевой последовательностей.
2. Создание имитационной модели электрической сети.
3. Создание имитационной модели алгоритма ОМП на ЛЭП: одностороннего или двухстороннего замера.
4. Исследование алгоритмов определения места повреждений на модели сети.
а)
б)
в)
Рисунок Л3.1 – Схемы исследуемой сети: а – варианты 1 – 5; б – варианты 6 – 10;
в – варианты 11 – 15
Таблица Л3.1 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры модели ЛЭП (варианты 1 – 5)
| № | Линия Л | |||||||
| U н, кВ | L, км | r 1(2), Ом/км | х 1(2), Ом/км | r 0, Ом/км | х 0, Ом/км | b 1(2) ∙10-6, См/км | b 0 ∙10-6, См/км | |
| 1 | 110 | 36 | 0,25 | 0,404 | 0,532 | 1,422 | 2,501 | 1,697 |
| 2 | 110 | 41 | 0,28 | 0,445 | 0,548 | 1,454 | 2,354 | 1,697 |
| 3 | 110 | 28 | 0,12 | 0,38 | 0,4 | 1,23 | 2,634 | 1,697 |
| 4 | 110 | 45 | 0,25 | 0,404 | 0,532 | 1,422 | 2,501 | 1,697 |
| 5 | 110 | 36 | 0,28 | 0,145 | 0,548 | 1,454 | 2,354 | 1,697 |
Таблица Л3.2 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры элементов сети (варианты 1 – 5)
| № | Система | Нагрузка | Вид КЗ | ||
| S (3) кз, МВА | X / R | P, МВт | cosφ | ||
| 1 | 3200 | 4 | 11 | 0,9 | АВ |
| 2 | 2900 | 7 | 15 | 0,9 | А0 |
| 3 | 3320 | 6 | 19 | 0,85 | ВС0 |
| 4 | 2750 | 6,5 | 12 | 0,86 | В0 |
| 5 | 3150 | 5,8 | 16 | 0,9 | АС |
Таблица Л3.3 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры модели ЛЭП (варианты 6 – 10)
| № | Линия Л | |||||||
| U н, кВ | L, км | r 1(2), Ом/км | х 1(2), Ом/км | r 0, Ом/км | х 0, Ом/км | b 1(2) ∙10-6, См/км | b 0 ∙10-6, См/км | |
| 6 | 110 | 26 | 0,241 | 0,41 | 0,53 | 1,43 | 2,5 | 1,697 |
| 7 | 110 | 33 | 0,27 | 0,46 | 0,55 | 1,45 | 2,36 | 1,697 |
| 8 | 110 | 38 | 0,12 | 0,38 | 0,41 | 1,25 | 2,633 | 1,697 |
| 9 | 110 | 27 | 0,232 | 0,404 | 0,53 | 1,422 | 2,503 | 1,697 |
| 10 | 110 | 32 | 0,275 | 0,145 | 0,544 | 1,454 | 2,355 | 1,697 |
|
|
|
Таблица Л3.4 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры элементов сети, включая двухобомоточный трансформатор с подключённой нагрузкой (варианты 6 – 10, см. также примечания)
| № | Система 1 | Система 2 | δ, эл. град | Трансформатор Т | Вид КЗ | ||||
| S (3) кз, МВА | X / R | S (3) кз, МВА | X / R | S, МВт | X Т, Ом | U НН, кВ | |||
| 6 | 3300 | 6,8 | 3200 | 5,0 | 30 | 6,3 | 220,4 | 6,6 | АС0 |
| 7 | 2800 | 6,6 | 2600 | 7,1 | 25 | 10 | 139 | 11 | В0 |
| 8 | 3420 | 7 | 3620 | 6,4 | 18 | 6,3 | 220,4 | 6,6 | АС |
| 9 | 2550 | 6,0 | 3550 | 5,3 | 35 | 16 | 86,7 | 11 | С0 |
| 10 | 3245 | 6,5 | 3145 | 7,0 | 40 | 10 | 139 | 11 | ВС |
Таблица Л3.5 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры модели ЛЭП (варианты 11 – 15)
| № | Линия Л | |||||||
| U н, кВ | L, км | r 1(2), Ом/км | х 1(2), Ом/км | r 0, Ом/км | х 0, Ом/км | b 1(2) ∙10-6, См/км | b 0 ∙10-6, См/км | |
| 11 | 110 | 36 | 0,27 | 0,46 | 0,55 | 1,45 | 2,36 | 1,697 |
| 12 | 110 | 23 | 0,241 | 0,41 | 0,53 | 1,43 | 2,51 | 1,697 |
| 13 | 110 | 28 | 0,12 | 0,38 | 0,41 | 1,25 | 2,633 | 1,697 |
| 14 | 110 | 37 | 0,275 | 0,145 | 0,544 | 1,454 | 2,355 | 1,697 |
| 15 | 110 | 36 | 0,232 | 0,404 | 0,53 | 1,422 | 2,503 | 1,697 |
Таблица Л3.6 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы: параметры элементов сети (варианты 11 – 15)
| № | Система 1 | Система 2 | δ, эл. град | Вид КЗ | ||
| S (3) кз, МВА | X / R | S (3) кз, МВА | X / R | |||
| 11 | 3300 | 6,8 | 3200 | 5,0 | 20 | В0 |
| 12 | 2800 | 6,6 | 2600 | 7,1 | 35 | С0 |
| 13 | 3420 | 7 | 3620 | 6,4 | 19 | АС0 |
| 14 | 2550 | 6,0 | 3550 | 5,3 | 53 | ВС0 |
| 15 | 3245 | 6,5 | 3145 | 7,0 | 45 | ВА |
Удельная емкость линии прямой (обратной) и нулевой последовательностей определяется по формуле:
 .
| (Л3.1) |
Примечания к вариантам 5 –10
Для трансформаторов примите: U вн = 115 кВ, соединение обмоток Y - D (11) (нейтраль заземлена). Трансформатор представьте блоком Three Phase Transformer (Two Windings) – трехфазный двухобмоточный трансформатор. Параметры задайте в относительных единицах (p.u.) Примите, что L 1= L 2= Х т/2∙2∙ π∙ f, а сопротивление ветви намагничивания Rm =500 (p.u.), Lm =500 (p.u.). Активным сопротивлением обмоток пренебречь.
Задайте нагрузку, подключаемую к силовому трансформатору, P н=5 МВт (для вариантов 6, 8), P н=7 МВт (для вариантов 7 и 9), P н=10 МВт (для варианта 9), с osφ = 0,9 для всех вариантов.
|
|
|
Примечание к вариантам 5 –15.
Для линий с двухсторонним питанием δ – угол между векторами ЭДС систем.
Ход выполнения лабораторной работы
1. Создание имитационной модели алгоритмов определения прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Напряжение прямой, обратной и нулевой последовательностей определяется по формулам:
 ,
| (Л3.2) |
 ,
| (Л3.3) |
 .
| (Л3.4) |
Имитационная модель для вычисления напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей при вычислении векторов напряжения при помощи БПФ приведена на рисунке Л3.2.
Рисунок Л3.2 – Имитационная модель алгоритма вычисления прямой, обратной и нулевой последовательностей
Созданную имитационную модель необходимо проверить путем подачи на входы синусоид с разными фазовыми сдвигами:
1) jА=0о; jВ=120о; jС=240о;
2) jА=0о; jВ=240о; jС=120о;
3) jА=0о; jВ=0о; jС=0о.
2. Создание имитационной модели электрической сети.
Создайте в Simulink простейшую модель сети, содержащую эквивалентную систему; ЛЭП с односторонним (варианты 1 – 5) или двухсторонним питанием (варианты 6 – 15), с ответвлением (варианты 6 – 10) или без него; идеальные первичные преобразователи; блок имитации повреждения.
Модель ЛЭП представьте линией с распределенными параметрами (distributed parameter line). Параметры системы задаются по мощности КЗ.
3. Создание имитационной модели алгоритма ОМП на ЛЭП.
В лабораторной исследуются различные виды ОМП на ЛЭП – односторонний и двухсторонний несинхронизированный замер.
Место повреждения при двустороннем замере может быть определено по формулам:
–при КЗ на землю:
 ;
| (Л3.5) |
– при двухфазном замыкании:
 .
| (Л3.6) |
При этом в формулах Л3.5 – 3.6 используются модули токов и напряжений.
При одностороннем замере рассчитывается полное сопротивление до места КЗ:
–при КЗ на землю
 ;
| (Л3.7) |
–при междуфазном КЗ (ВС или BC0)
 ;
| (Л3.8) |
где Re, Im – действительная и мнимая составляющие электрических величин;
P =ejφл – вектор поворота на угол, равный углу сопротивления линии;
U ф, I ф – напряжение и ток поврежденной фазы,
|
|
|
k – коэффициент компенсации по току нулевой последовательности поврежденной линии: k = (Z0уд – Z1уд) / Z1уд,
km = Xmуд – X1уд – коэффициент компенсации по току нулевой последовательности параллельной линии,
Xm – сопротивление взаимоиндукции параллельных линий.
Искомое расстояние до места повреждения определяется по известному удельному сопротивлению ЛЭП.
Важно! При реализации алгоритма ОМП определение вида повреждения и выбор поврежденной фазы (фаз) должен производится программно (избирателем поврежденных фаз) или формула расчета расстояния реализуется только для указанного в задании вида КЗ (упрощенный вариант) – по согласованию с преподавателем.
Пример избирателя поврежденной фазы на основе использования аварийных составляющих приведен на рисунке Л3.3. Возможно также выполнение избирателя на основе симметричных составляющих.
Рисунок Л3.2 – Блок схема алгоритма избирателя поврежденной фазы на базе
аварийных составляющих
Сформируйте модель терминала ОМП.
Результат выполнения алгоритма (рассчитанное расстояние до места повреждения) выведите на дисплей (display).
4. Исследование алгоритмов определения места повреждений.
Необходимо выполнить исследование погрешности ОМП в зависимости от следующих факторов:
1. Расстояния (удаленности) места КЗ.
2. Сопротивления в месте повреждения.
3. Количества отчетов на период.
4. Параметров алгоритмов определения векторов.
5. Типа замыкания: однофазное и двухфазное КЗ на землю, междуфазное КЗ (при наличии алгоритма определения вида КЗ и избирателя поврежденной фазы).
Примечания
1. Вычислите погрешность ОМП при КЗ на шинах ПС 1; удаленности КЗ 20%, 40%, 60 %, 80% и 100% от длины линии Л. Результаты оформите в виде таблицы.
2. Вычислите погрешность ОМП при КЗ через переходное сопротивление 1 Ом, 10 Ом, 20 Ом, 50 Ом (для междуфазных КЗ); 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 1000 Ом для однофазных КЗ. Результаты оформите в виде таблицы.
3. Вычислите погрешность ОМП при числе отчетов за период: 20, 80, 96, 256, 288. Результаты оформите в виде таблицы.
4.
5. Смоделируйте КЗ различных типов и оцените правильность работы алгоритма ОМП (правильность определения вида КЗ; правильность выбора поврежденной фазы; правильность выбора расчетной формулы). Результаты оформите в виде таблицы.
|
|
|
Сделайте вывод по влиянию различных факторов на точность замера.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- цель и задание на лабораторную работу;
- имитационную модель алгоритмов определения прямой, обратной и нулевой последовательностей;
- результаты исследования работоспособности алгоритмов определения прямой, обратной и нулевой последовательностей;
- имитационную модель электрической сети;
- имитационную модель алгоритмов определения места повреждений;
- результаты исследований погрешностей определения места повреждений.
Результаты исследований должны быть представлены в виде таблиц и графиков с соответствующими выводами.
Перечень вопросов по лабораторной работе
1. Структура устройства ОМКЗ, выполняемого в данной лабораторной работе, назначение основных структурных элементов.
2. Классификация методов ОМКЗ.
3. Двусторонние методы ОМКЗ на основе фиксации составляющих обратной и нулевой последовательностей – особенности, достоинства и недостатки.
4. Расчёт составляющих нулевой и обратной последовательностей в дискретной форме.
5. Дистанционный принцип ОМКЗ – особенности, основные недостатки. Способы устранения недостатков.
6. Односторонний принцип ОМКЗ на основе фиксации ортогональных составляющих токов и напряжений.
7. ОМКЗ на основе дифференциального уравнения линии электропередачи.
Приложение А
(обязательное)
|
|
|
