qgsjxmfs

4.2МОДЕЛЬ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

На рисунке 4.2 показана схема простой энергосистемы, включающей в себя источник 230 кВ, подключенный к трехфазному выключателю и RL нагрузке. Полное сопротивление источника характеризуется значением 10∟80°, а параметры нагрузки R=180.0 Ом и L=0.45 Гн. Параллельно нагрузке подключена цепь однофазного КЗ на землю. Схема на рисунке 4.2 создавалась в однолинейном режиме отображения из элементов библиотеки энергосистемы.

Представление в режиме однолинейной схемы (SLD)

а)

б)

Рисунок 4.2 - Схема с трансформатором тока в однолинейном (а) и трехфазном виде (б)

На схеме в редакторе Draft, показанной на рисунке 4.2, элемент ТТ не подключен ни к одному из других элементов. Это связано с тем, что модель ТТ не участвует в моделировании и используется только для обеспечения вторичных сигналов с целью взаимодействия с внешними устройствами защиты. Элементу ТТ требуется в качестве входной величины задать первичный ток, который указывается через наименование сигнала в параметрах ТТ. Главное меню параметров ТТ показано на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3

Первичный входной ток задается в окне как параметры SIGA, SIGB и SIGC. На схеме на рисунке 4.2 первичным током является ток через выключатель, обозначенный как IBA,

IBB и IBC.

В данном примере используются ТТ со следующими параметрами [2]:

коэффициент трансформации (Turns Ratio): 180 (900 A первичный, 5A вторичный);

сопротивление вторичной обмотки (Secondary Side Resistance): 0.253 Ом;

индуктивность вторичной обмотки (Secondary Side Inductance): 0.8e−3 Гн;

сопротивление нагрузки (Burden Series Resistance): 20.0 Ом;

индуктивность нагрузки (Burden Series Inductance): 35e−3 Гн.

Была выбрана высокоомная нагрузка, чтобы насыщение могло наступить при низких значениях тока. Ток нагрузки задается по уравнению 4.1.

Следовательно, если ток нагрузки небольшой, цепь намагничивания потребляет больше тока.

Обычно данные ТТ предоставляет производитель. Параметры насыщения традиционно задаются вольтамперной характеристикой Vrms от Irms. Вследствие указанного при небольших значениях тока во вторичной обмотке ТТ в лабораторных условиях можно определить точки вольтамперной характеристики. Поэтому параметры ТТ, как правило, имеются в распоряжении и используются в данном уроке.

Также характеристику насыщения ТТ можно вводить через значения B−H или через физические данные сердечника. В рассматриваемом случае для задания характеристики насыщения необходимо указывать длину пути и площадь поперечного сечения сердечника. Определение длины пути и площади поперечного сечения кольцевого сердечника показано на рисунке. Длина пути – окружность сердечника.

Виток первичной обмотки

Нагрузка

Площадь поперечного сечения

Для ввода характеристики насыщения ТТ в значениях Vrms и Irms необходимо в меню параметров ТТ перейти на вкладку параметров ВАХ сердечника "V1, I1…V10, I10" и ввести данные в таблицу.

Ширина петли гистерезиса задается во вкладке P−LOSS DATA на уровне 10%.

Значения насыщения ТТ [2] приведены для пяти точек. Для задания модели ТТ в RTDS требуется указание десяти точек данных. Дополнительные значения, необходимые для модели ТТ в RTDS, были экстраполированы из имеющейся кривой Vrms−Irms. Действующие значения напряжения и тока преобразованы в значения B и H с использованием уравнений 4.2 и 4.3, соответственно.

где, n – количество точек данных насыщения;

H[0] = 0.0 и H[1] = Irms* √2;

[ ] , Ln расчитан из значений Vrms и Irms.

Расчеты, используемые для определения H по имеющимся значениям Irms, довольно сложные. Более подробно об этом написано в [1].

Другой вариант предусматривает введение физических данных сердечника. Необходимы два параметра: начальная относительная магнитная проницаемость сердечника и магнитная индукция насыщения. Индукцию B определяют с использованием эмпирического уравнения намагничивания (4.4):

(4.4)

Постоянные b и c можно вычислить по уравнению 4.5. Магнитную проницаемость сердечника можно вычислить, взяв производную от уравнения Фрелиха:

(4.5)

Начальная относительная магнитная проницаемость сердечника известна и возникает, когда B=0, когда наклон кривой B−H максимальный. Подстановка B = 0 в уравнение 4.5 дает уравнения 4.6 и 4.7, которые определяют постоянные b и c эмпирического уравнения намагничивания.

(4.6)

(4.7)

где: μ0 = 4π * 10−7 - магнитная постоянная;

μi - относительная магнитная проницаемость;

Bsat - магнитная индукция насыщения.

Преобразованные значения B и H используются в качестве входных для уравнения 4.8, которое определяет характеристику насыщения.

(4.8)

Метод аппроксимации кривых используется для решения уравнения 4.8. Можно выбрать один из двух методов аппроксимации кривых: метод наименьших квадратов (least square) и линейной аппроксимации (fixed linear slope). Выбор метода аппроксимации кривых осуществляется во вкладке MAIN DATA. Как правило, используется метод

наименьших квадратов, но в некоторых случаях, когда этот алгоритм не работает, используется алгоритм линейной аппроксимации.

При моделировании интерес представляют такие сигналы, как ток нагрузки, магнитный поток и ток намагничивания. Чтобы контролировать эти значения в RunTime, необходимо в редакторе Draft для элемента трансформатора тока задать имена сигналов. Для ввода имен сигналов необходимо выполнить следующее:

выбрать вкладку Monitoring в меню параметров ТТ;

перейти к параметру Monitor Magnetizing Flux;

выбрать B(Wb/m2) из выпадающего меню;

перейти к параметру Monitor Magnetizing Current;

выбрать Imag(A) из выпадающего меню;

выбрать вкладку Signal Names в меню параметров ТТ;

задать названия сигналов для тока нагрузки, потока и тока намагничивания.

4.3ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ ВТОРИЧНЫХ ТОКОВ НА АНАЛОГОВЫХ ВЫХОДАХ RTDS

В рассматриваемом случае может осуществляться тестирование устройств релейной защиты. Для этого вторичные токи ТТ (ток нагрузки) должны использоваться в качестве входных токов внешних устройств. В этом примере не будет осуществляться физическое подключение к релейной защите, но на рисунке 4.4 показан пример формирования тока вторичной обмотки ТТ на аналоговом выходе RTDS.

Необходимо, чтобы ток вторичной обмотки ТТ был направлен на плату GTAO. Плата GTAO является периферийной и имеет двенадцать прецизионных каналов аналогового вывода. Ток вторичной обмотки ТТ является входным для элемента GTAO. Элемент импорта/экспорта применяется для экспорта сигналов IBURA, IBURB и IBURC из энергосистемы и импорта сигналов в блок управления. Имена сигналов тока нагрузки присваиваются в меню Signal Names элемента ТТ.

Рисунок 4.4 - Подключение к GTAO сигналов от ТТ

Ток вторичной обмотки ТТ может использоваться в качестве входного сигнала для любого элемента аналогового выхода. Обычно для релейной защиты используется модуль GTAO, который имеет аналоговые выходы с 16-битными ЦАП. Во время КЗ токи могут многократно превышать токи рабочего режима. Модули GTAO с 16 битным ЦАП обеспечивают формирование сигналов в динамическом диапазоне, достаточном для точной передачи нормальных и аварийных токов.

Рисунок 4.7 - Схема управления выключателем и КЗ

Схема управления создается следующим образом:

выбором вкладки библиотеки элементов управления (Controls);

копированием и размещением элементов в элементе иерархической структуры.

В библиотеке элементов управления Controls все элементы сгруппированы по их функциям. Детектор перехода через нулевой (zero crossing detector) уровень находится в группе обработки сигналов (Signal Processing), логический элемент "И" (AND) и R-S триггер

(Set/ReSet non clocked) – в группе логических элементов (Logic Functions), формирователь импульса (Pulse Generator) – в группе Signal Generators.

Ток первичной обмотки ТТ используется в качестве входного для элемента обнаружения перехода через ноль. Для подключения сигнала IBA к схеме управления применяется элемент импорта/экспорта в виде кружочка из библиотеки элементов управления.

Элемент "кнопка управления" (Button) используется для запуска заданной последовательности событий управления элементами КЗ и выключателя. Сигнал об обнаружении перехода через ноль и сигнал нажатия кнопки поступают на элемент И. При моделировании в RunTime, если ток первичной обмотки трансформатора IBA переходит через ноль, а кнопка PB1 окажется нажатой, то сигнал на выходе элемента И примет логическую 1. Этот сигнал поступает на R-S триггер, который переключится и будет удерживать сигнал Q в логической 1 до тех пор, пока не поступит сигнал сброса от кнопки Reset. Сигнал с Q выхода триггера поступает на два формирователя одиночных импульсов, один из которых используется для управления элементом КЗ, а другой – для управления выключателем.

Формирователь одиночного импульса, управляющий элементом КЗ, срабатывает по положительному фронту и формирует импульс 0−>1 продолжительностью 0.1 с. Ширина

импульса может быть переменной или фиксированной. При выборе переменной ширины импульса продолжительность повреждения может изменяться в RunTime посредством ползунка. Сигнал управления КЗ называется FLT. Сигналы управления обозначаются на схеме Draft при помощи элемента маркировки провода. Любой сигнал управления, идентифицируемый элементом маркировки провода, можно проконтролировать в RunTime. Элемент КЗ срабатывает по сигналу управления FLT. Чтобы назначить управляющий сигнал для элемента КЗ, необходимо сделать следующее:

выбрать вкладку управления КЗ на землю по фазе А (A Phase−Ground Fault Branch Data) в меню элемента КЗ;

перейти к параметру с именем Asig - наименование сигнала управляющего КЗ (Signal Name to control fault);

вести имя сигнала управления повреждением FLT в столбце значений (Value);

перейти к параметру Abit – бит, соответствующий протеканию КЗ (Active bit number in Asig to trigger fault);

ввести значение логической 1.

Таким образом, контроль повреждения в фазе А будет осуществляться по единичному состоянию (#1) сигнала FLT. Аналогично для фаз B и C элемента КЗ должно быть задано срабатывание по сигналу FLT. Во время моделирования, каждый раз когда сигнал FLT примет значение 1, будет формироваться трехфазное КЗ на землю.

Сигнал с Q выхода R-S триггера также поступает на схему управления выключателем. Первым в схеме является формирователь импульса, который настроен на срабатывание по положительному фронту и формирует импульс 0−>1 фиксированной длительностью 0.035 с. Таким образом, формируется задержка на отключение выключателя. Следующий формирователь импульса настроен на срабатывание по отрицательному фронту и формирует импульс 1−>0 продолжительностью 0.15 с. Ширина импульсов второго формирователя импульсов может быть задана фиксированной или переменной. В нашем случае выбрана переменная ширина импульсов, чтобы время срабатывания выключателя можно было менять в RunTime при помощи ползунка. Сигнал выключателя задан как SWD1A посредством элемента маркировки провода. Элемент выключателя энергосистемы должен назначаться на срабатывание по сигналу управления SWD1A. Чтобы присвоить сигнал управления для элемента выключателя энергосистемы, необходимо сделать следующее:

выбрать вкладку параметров включателя по фазе А (A Phase Breaker Data) в меню параметров выключателя;

перейти к параметру Asig - наименование сигнала управляющего выключателем (Signal Name to control breaker);

ввести имя сигнала управления выключателем SWD1A;

перейти к параметру Abit - бит, соответствующий активному состоянию выключателя

(Active bit number in Asig to control breaker);

ввести значение 1.

Таким образом, управление фазой А выключателя будет осуществляться по биту #1 сигнала SWD1A. Аналогично для фаз B и C выключателя должно быть задано срабатывание по сигналу SWD1A и биту. Во время моделирования, когда сигнал управления сбрасывается (логический 0), происходит отключение трехфазного выключателя.

На рисунке 4.8 приведен график сигналов управления FLT и SWD1A.

Рисунок 4.8 - Сигналы управления элементами КЗ и выключателем

4.5ЗАПУСК МОДЕЛИРОВАНИЯ

Сразу после того, как введены все данные схемы и скомпилирован исследуемый случай, можно начинать моделирование.

Исследуемый случай моделирования загрузите в RunTime, выбрав в главном меню File−>Open или кликнув по значку на панели инструментов.

При моделировании представляют интерес сигналы тока нагрузки, потока и тока намагничивания. Три сигнала можно нанести на один график, но удобно, когда каждая кривая имеет свою ось абсцисс. Чтобы создать график с тремя кривыми, необходимо:

выбрать значок создания графика на панели инструментов RunTime;

Кроме того, вызвать окно Add Plot можно, используя меню Create в главном меню RunTime. Меню Create также доступно по клику правой кнопкой "мыши" на фоне стра-

ницы RunTime.

выбрать стрелку вверх для увеличения числа кривых до 3;

выбрать график под номером 1;

выбрать сигнал потока ТТ (FLUXA), чтобы добавить на кривую 1 (Graph #1);

выбрать график 2 (Graph #2);

выбрать сигнал тока намагничивания ТТ (IMAGA), чтобы добавить на кривую 2;

выбрать график 3 (Graph #3);

выбрать сигнал тока нагрузки ТТ (IBURA), чтобы добавить на кривую 3;

выбрать кнопку Add Plot внизу окна.

Петлю гистерезиса B−H можно наблюдать в RunTime с использованием средства постро-