Тезисы докладов. 5 региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Электроэнергетика

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Рис. 2. Осциллограмма изменения напряжения 3-й гармоники на выводах U3выв и в нейтра-

ли U3n при ОЗЗ в нейтрали

Постановка задачи – БТГ реагирует на переходный процесс изме-

нения U3В. На устойчивость его функционирования существенное влия-

ние могут оказывать электромагнитные переходные процессы при дуго-

вых прерывистых ОЗЗ.

Цель работы – исследование динамической устойчивости функци-

онирования 100 %-й защиты от ОЗЗ в обмотке статора типа БРЭ1301.02

генераторов в переходных режимах ОЗЗ.

Методы исследований – математическое моделирование на ЭВМ с

использованием пакетов прикладных программ SIMULINK и Power Sys-

tem Blockset системы моделирования MATLAB.

Задачи исследований:

1. Разработка математической модели защиты типа БРЭ1301.02.

2. Исследование динамических режимов работы защиты типа

БРЭ1301.02 на математической модели при дуговых прерывистых ОЗЗ.

Достоверность получаемых на основе вычислительных эксперимен-

тов результатов обеспечивается адекватностью математических моделей

исследуемому объекту. До испытаний модели защиты БРЭ 1301.02 по

методике, изложенной в «Техническом описании и инструкции по экс-

плуатации БРЭ 1301.02» была проведена проверка настройка и наладка

узлов модели блока 3-й гармоники. Параметры настройки всех функцио-

нальных узлов после проверки и наладки модели соответствовали требо-

ваниям инструкции.

ЭНЕРГИЯ-2010

Функционально-структурная схемы защиты БРЭ 1301.02. Блок

исполнения БРЭ 1301.02 представляет собой защиту типа ЗЗГ-12 и пред-

назначен для применения на генераторах, нейтраль обмотки статора ко-

торых изолирована. Блок защиты, основанный на использовании третьей

гармоники напряжения (БТГ), выполнен в виде реле, реагирующего на

скорость и величину изменения третьей гармоники напряжения U



(«реле

производной»). Назначением реле является выполнение защиты генера-

тора при замыканиях в части обмотки статора, примыкающей к нейтра-

ли, включая нейтраль (40 %). Функционально-структурная схема защиты

приведена на рис. 3.

БТГБОС

БО

БВ

БРЭ 1301.02

Рис. 3. Схема подключения и структурная схема защиты БРЭ 1301.02

Блок защиты включает в себя:

- блок основной составляющей (БОС);

- блок третьей гармоники (БТГ):

- орган блокировки по основной составляющей напряжения обрат-

ной последовательности (БО);

- выходной орган (БВ);

На рис. 4 представлена функционально-структурная схема блока 3-й

гармоники защиты БРЭ-1301.02: ЛП – линейный преобразователь (вход-

ной трансформатор); ПФ – полосовые фильтры; С – сглаживатель; ИО –

измерительный орган; ПО – пусковой орган; П − блок перемножения.

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Рис. 4. Функционально-структурная схема блока третьей гармоники защиты типа БРЭ 1301.01:

ЛП – линейный преобразователь (входной трансформатор); ПФ – полосовые фильтры; С – сгла-

живатель; ИО – измерительный орган; ПО – пусковой орган; ЛЧ − логическая часть

Математическое моделирование. Наиболее удобными для моде-

лирования основных функциональных узлов БТГ способами являются:

1. Вывод передаточной функции «вход-выход»:

...

()

( ) .

()

...

a p a p a

Uвых р

Uвх р

b p b p b



  



  

(1)

2. Составление системы алгебро-дифференциальных уравнений со-

стояния, реализуемой в модели структурной схемой из интеграторов,

сумматоров и линейных преобразователей.

Второй из вышеперечисленных способов представляется более

удобным, поскольку при настройке узлов необходимо изменять парамет-

ры некоторых элементов, что приводит к изменению практически всех

коэффициентов в передаточной функции и только одного-двух в уравне-

ниях состояния.

Моделирование функциональных узлов блока 3-й гармоники велась

следующим образом:

1. Каждый реактивный элемент (емкость) описывается уравнени-

ем



2. Для каждого узла записывается уравнение по первому закону

Кирхгофа.

3. Для выбранных контуров приводятся уравнения по второму зако-

ну Кирхгофа.

4. В соответствии с записанными уравнениями составляется схема с

помощью прикладной программы Simulink пакета MATLAB.

Математическая модель фильтра третьей гармоники. Принципи-

альная электрическая схема полосового фильтра ПФ1 приведена на рис. 5.

ЭНЕРГИЯ-2010

ВХ

ВЫХ

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема полосового фильтра ПФ1

Уравнения, необходимые для математического описания схемы по-

лосового фильтра ПФ1, можно записать следующим образом:

dt C



;

(2)

dt C



;

(3)

1 2 4 5

ВХ

i i i i i    

;

(4)

2 3 4

0i i i  

;

(5)

1 2 3

u u i R  

;

(6)

( 5 6) 0

u i R R  

;

(7)

а C б

u u u  

;

(8)

б ВХ ВХ

u u u





;

(9)

( 3 4) 0

u i R R  

;

(10)

( 2 142) 0

ВХ

а ВХ

u u i R R   

;

(11)

б ВЫХ

u i R u  

(12)

Структурная схема модели для решения системы уравнений (1) –

(11) приведена на рис. 6, где:



;

(13)





;

(14)





;

(15)

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем



;

(16)



;

(17)



(18)

Из рис. 6 можно видеть, что данная форма и записи и представления

математических моделей функциональных узлов и элементов БТГ позво-

ляет просто изменять параметры отдельных элементов принципиальной

электрической схемы, что необходимо для настройки модели и оптими-

зации ее параметров.

Рис. 6. Структурная схема модели для решения системы уравнений (2) – (12)

Принципиальная электрическая схема полосового фильтра ПФ2

приведена на рис. 7.

R12

R14

R15

R10

R11

R13

ВХ

ВЫХ

Рис. 7. Принципиальная электрическая схема полосового фильтра ПФ2

ЭНЕРГИЯ-2010

Принципиальная электрическая схема, система алгебро-

дифференциальных уравнений состояния и структурная схема модели

для решения системы уравнений полосового фильтра ПФ2 такие же, как

для полосового фильтра ПФ1. Расхождение заключается в использовании

других элементов цепи, обладающих иными параметрами. Таким обра-

зом, система алгебро-дифференциальных уравнений для ПФ2:

dt C



;

(19)

dt C



;

(20)

1 2 4 5

ВХ

i i i i i    

;

(21)

2 3 4

0i i i  

;

(22)

1 2 3

14 0

u u i R  

;

(23)

( 12 13) 0

u i R R  

;

(24)

а C б

u u u  

;

(25)

б ВХ ВХ

u u u





;

(26)

( 10 11) 0

u i R R  

;

(27)

ВХ

а ВХ

u u i R  

;

(28)

14 0

б ВЫХ

u i R u  

(29)

Коэффициенты для структурной схемы модели ПФ2:



;

(30)

12 13





;

(31)

10 11





;

(32)



;

(33)



;

(34)



(35)

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Математическая модель двухполупериодного выпрямителя.

Принципиальная электрическая схема двухполупериодного выпрямителя

приведена на рис. 8.

R19

R21

R20

R17

R18

ВХ

R16

R20

R19

R21

ВЫХ

ВХ2

С8

R16

Рис. 8. Принципиальная электрическая схема двухполупериодного выпрямителя

Система алгебро-дифференциальных уравнений для двухполупери-

одного выпрямителя:

dt C



;

(36)

8 19 20 21C R R R

i i i i  

;

(37)

8 21

СR

u i R

;

(38)



;

(39)



;

(40)

17 18

16 17 18

б ВХ

R R R







;

(41)

аб

uu

;

(42)

 

17 18

20 16 17 18

R ВХ

R R R R





  

;

(43)

ВХ a





;

(44)

2ВХ ВХ

uu

, если

ВХ

u 

;

(45)

ВХ

u 

, если

ВХ

u 

;

(46)

19 2

1 17 18

19 16 17 18

R ВХ ВХ

i u u

R R R R















;

(47)

20 8

ВЫХ R C

u i R u

(48)

ЭНЕРГИЯ-2010

Рис. 9. Структурная схема модели для решения системы уравнений (36) – (48)

Коэффициенты, используемые в структурной схеме модели двухпо-

лупериодного выпрямителя:



;

(49)

 

17 18

20 17 18

R R R







;

(50)



;

(51)

 

17 18

19 16 17 18

R R R R







;

(52)



;

(53)

20KR

(54)

Математическая модель сглаживателя. Принципиальная электри-

ческая схема сглаживателя приведена на рис. 10.

R46

R23

R47

R25

C12

ВХ

ВЫХ

R156

R22

С9

С10

R24

Рис. 10. Принципиальная электрическая схема сглаживателя

Секция 12. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем

Система алгебро-дифференциальных уравнений для сглаживателя:

dt C



;

(55)

dt C



;

(56)

3 1 5

i i i

;

(57)

3 4 6

i i i

;

(58)

u i R

;

(59)

10 2

( 156 24)

вх С б

u u i R R u   

;

(60)

a вых

u i R u

;

(61)

вх С а

u u i R u  

;

(62)

u i R

;

(63)

u i R

;

(64)

dt C



;

(65)

dt C



;

(66)

3 1 5

i i i

(67)

Рис. 11. Структурная схема модели для решения системы уравнений (55) – (67)

Коэффициенты, используемые в структурной схеме модели сгла-

живателя:

ЭНЕРГИЯ-2010



;

(68)

156 24 25

R R R





;

(69)

25KR

;

(70)



;

(71)

23KR

;

(72)



;

(73)



;

(74)



(75)

Математическая модель измерительного органа. Принципиаль-

ная электрическая схема измерительного органа приведена на рис. 12.

R55

R58

A15

R56

C52

ВХ

R55

ВЫХ

R58

C51

R56

R57

R54

д1

R60

R61

ВХ

R60

C54

R61

R136

R59

д2

Рис. 12. Принципиальная электрическая схема измерительного органа

Система алгебро-дифференциальных уравнений для измерительного

органа:

51 1

du dt i C

;

(76)

54 2

du dt i C

;

(77)

3 1 4

i i i

;

(78)

4 5 6

i i i

;

(79)

7 2 8

i i i

;

(80)