9 Разработка микропроцессорных дистанционных защит

Современные компьютерные технологии дают возможность виртуального испытания устройств релейной защиты. Существующие на сегодняшний день программы позволяют создавать модели, которые могут отслеживать входные и выходные данные, а также промежуточные расчёты. Таким образом, можно контролировать работу устройств релейной защиты в режиме реального времени и проверять правильность их функционирования при различных режимах электрической сети.

9. 1 Описание модели

В данной работе представлена программная модель МП дистанционной защиты, при реализации которой была задействована программа Matlab (приложение Simulink).

Разработанная программа представляет собой математическую модель, имитирующую функции современных дистанционных защит от междуфазных коротких замыканий. Модель позволяет изучить особенности работы измерительных органов и логики защиты на конкретных примерах. С помощью данной модели можно производить расчёты защит и выставлять значения уставок, а также визуально контролировать прохождение сигнала по логическим схемам защит и прослеживать состояния сигнальных органов реле при ручном задании параметров и режима электрической сети. Кроме того, в модели возможно осциллографирование сигналов в любой цепи и на выходе блоков логических схем.

Таким образом, данная модель может использоваться для:

– обучения персонала

– практического применения

– научных целей

– виртуального испытания существующих устройств релейной защиты

9.2 Принцип действия модели

Функциональная схема дистанционной защиты представлена на чертеже 7, приложения Г. Модель включает в себя следующие устройства: формирователи ортогональных составляющих (ORT I, ORT U) органы сопротивления (KZ), блокировку неисправностей цепей переменного напряжения (FFS), блокировки при качаниях (PSD), сигнальные органы (HL).

9.2.1 Формирователи ортогональных составляющих

В состав модели ДЗ входят формирователи ортогональных составляющих тока и напряжения (модули ORT I и ORT U). Эти модули осуществляют преобразование входных сигналов для получения величин, используемых в алгоритмах измерительных органов ДЗ. Таким образом, они являются промежуточным звеном между измерительными трансформаторами и измерительными органами ДЗ. Формирователи ортогональных составляющих тока и напряжения имеют один принцип действия.

Рассмотрим формирователь ортогональных составляющих тока ORT I.

На вход данного модуля поступают дискретные сигналы, которые представляют собой величины, пропорциональные токам защищаемой линии электропередачи. В ДЗ от междуфазных КЗ входными сигналами являются величины, пропорциональные токам , , защищаемой линии. Закон изменения этих величин можно представить в следующем виде:

где I – ток, поступающий на вход модуля,

– амплитудное значение тока I.

Этот закон отражает изменение тока по величине. Однако измерительные органы сопротивления данной модели ДЗ оперируют с комплексными величинами. Поэтому для работы измерительных органов ДЗ необходимо комплексное значение тока, которое может быть получено из следующего закона:

где - закон изменения тока по фазе;

– закон изменения тока по величине.

Токи и представляют собой ортогональные составляющие, которые можно представить на комплексной плоскости (рисунок 9.1).

Таким образом, моделирование формирователей ортогональных составляющих производится путём представления мгновенных значений токов и напряжений в виде ортогональных составляющих. Все вычисления осуществляются в режиме реального времени. Причём в программе simulink предусмотрена возможность изменения частоты дискретизации сигнала, что позволяет изменить точность расчёта.

Рассмотрим реализацию формирователя ортогональных составляющих тока (ORT I) в программе simulink. На рисунке 9.2 приведена функциональная схема ORT I.

Вычисление амплитуды тока за полупериод производится в блоках Fcn1(нахождение максимального значения функции) и Fcn6 (деление). В блоке Fcn2 (деление) входной сигнал делится на амплитуду тока с выхода Fcn1, что позволяет вычислить . Для расчёта составляющей , показывающей изменение тока по фазе, необходимо найти .

Рисунок 9.1 – Ортогональные составляющие тока

Рисунок 9.2 – Функциональная схема формирователя ортогональных составляющих

Так как значение положительно в первом и втором квадранте, а значение – в первом и четвёртом, то вычисление производится по одной из двух ветвей, в зависимости от возрастания значений функции . Таким образом, если значения функции возрастают, то на выходе блока Fcn3(выявление возрастания функции) появляется логическая единица, которая поступает на переключатель (блок Switch). Переключатель остаётся в исходном положении, и расчёт производится в блоке Fcn4 (математическая функция) по формуле

.

Если значения функции убывают, то на выходе блока Fcn3 появляется логический ноль, переключатель Switch меняет положение и расчёт производится в блоке Fcn5 (математическая функция) по формуле

.

В блоке Fcn7 (умножение) полученное значение умножается на , что позволяет получить изменение тока по фазе.

Таким образом, на выходах модуля ORT I получаются ортогональные составляющие , , , , , , характеризующие изменение токов , , по величине и по фазе.