Способ бесперебойного электропитания потребителей
Владельцы патента RU 2739373:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Использование: в области электроэнергетики, при реализации электроснабжения объектов с автоматизированными системами управления. Технический результат - повышение эффективности защиты потребителей от кибератак с сохранением высокого качества их защиты от повреждений в сети электроснабжения. Согласно способу у потребителей устанавливают устройства РЗ, которые реагируют на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров, в сети электроснабжения непрерывно измеряют рабочие электрические параметры и анализируют переходные процессы по их вейвлет-преобразованию, а в случае возникновения повреждений в сети пуск устройств РЗ и аварийное отключение соответствующих потребителей осуществляют при выходе значений вейвлет-функции за заданные пределы. Анализ переходных процессов в сети электроснабжения осуществляют по непрерывному вейвлет-преобразованию Морле, при этом при возникновении в сети несинусоидальных режимов и искажений формы синусоиды тока вследствие действия систем управления напряжения, а также при появлении сигналов, сформированных злоумышленником, фиксируют значение вейвлет-функции ниже заданного порогового и предотвращают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, а при возникновении в сети повреждений фиксируют всплеск вейвлет-преобразования, после которого разрешают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, причем начало аварийной ситуации определяют одновременно для всех устройств РЗ по минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданного порогового значения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования при реализации электроснабжения объектов с автоматизированными системами управления.
Известен способ бесперебойного электропитания потребителей электроэнергетической системы, предусматривающий, помимо измерения абсолютных значений напряжения и тока, их динамический анализ и сравнение измеренных значений, т.е. более полный контроль энергорежима на защищаемом потребителе, позволяющий с помощью передаваемых по каналу связи результатов анализа к логическому органу уменьшить количество ложных срабатываний релейной защиты (РЗ) (RU 162321 U1, Н02Н 3/40, 10.06.2016).
Недостаток такого способа связан с несовершенством используемого динамического анализа переходных процессов и, как следствие, с возможными ошибками в работе логического органа.
Наиболее близким к предложенному является представленный в заявке CN 107482596 A, G01R 19/175, 15.02.2017 способ бесперебойного электропитания потребителей с использованием интеллектуальной сети электроснабжения, заключающийся в том, что у потребителей устанавливают устройства РЗ, реагирующие на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров, в сети электроснабжения непрерывно измеряют рабочие электрические параметры и анализируют переходные процессы по их вейвлет-преобразованию, а в случае возникновения повреждений в сети пуск устройств РЗ и аварийное отключение соответствующих потребителей осуществляют при выходе значений вейвлет-функции за заданные пределы.
Недостатком указанного способа является возникновение ошибок в обеспечении селективности устройств РЗ.
Задачей изобретения является бесперебойное питание потребителей.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности защиты потребителей от кибератак с сохранением высокого качества их защиты от повреждений в сети электроснабжения.
Это достигается тем, что в известном способе бесперебойного электропитания потребителей, заключающемся в том, что у потребителей устанавливают устройства РЗ, которые реагируют на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров, в сети электроснабжения непрерывно измеряют рабочие электрические параметры и анализируют переходные процессы по их вейвлет-преобразованию, а в случае возникновения повреждений в сети пуск устройств РЗ и аварийное отключение соответствующих потребителей осуществляют при выходе значений вейвлет-функции за заданные пределы, - анализ переходных процессов в сети электроснабжения осуществляют по непрерывному вейвлет-преобразованию Морле, при этом при возникновении в сети несинусоидальных режимов и искажений формы синусоиды тока вследствие действия систем управления напряжения, а также при появлении сигналов, сформированных злоумышленником, фиксируют значение вейвлет-функции ниже заданного порогового и предотвращают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, а при возникновении в сети повреждений фиксируют всплеск вейвлет-преобразования, после которого разрешают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, причем начало аварийной ситуации определяют одновременно для всех устройств РЗ по минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданного порогового значения.
Дополнительно непрерывное вейвлет-преобразование осуществляют в соответствии с выражением:
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба,
при этом материнский вейвлет Морле определяют как
где fц - центральная частота вейвлета;
fп - ширина полосы пропускания,
а в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования:
Кроме того, для определения модуля коэффициентов вейвлет-преобразования Морле формируют буфер мгновенных значений тока и напряжения во временном окне от 1 до 3 мс.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена архитектура комплекса релейной защиты и автоматики (РЗА) цифровой подстанции, поясняющая заявляемый способ, на фиг. 2,а приведены осциллограммы напряжений на шинах низкого напряжения при несинусоидальном режиме, на фиг. 2,б - определение максимума модуля коэффициентов вейвлет-преобразования для данного режима. На фиг. 3,а изображены осциллограммы напряжений на шинах высокого напряжения при междуфазном КЗ, а на фиг. 3,б - определение максимума модуля коэффициентов вейвлет-преобразования измеренных значений напряжений при рассматриваемом междуфазном КЗ. На фиг. 4,а представлены осциллограммы токов, протекающих по линии электропередач также при междуфазном КЗ, а на фиг. 4,б - определение максимума модуля коэффициентов вейвлет-преобразования токов при данном КЗ.
Схема архитектуры комплекса РЗА цифровой подстанции содержит измерительные органы 1, терминалы РЗА 2, сервер сбора данных 3, автоматизированное рабочее место 4 и маршрутизатор 5, образующие локальную вычислительную сеть, коммуникационную шину процесса 6, соединяющую измерительные органы 1 и терминалы РЗА 2, коммуникационную шину станции 7, соединяющую терминалы РЗА 2, сервер сбора данных 3, автоматизированное рабочее место 4 и маршрутизатор 5, удаленный центр управления 8, подключенный к локальной вычислительной сети подстанции посредством цифровых каналов связи.
Предложенный способ реализуют следующим образом.
Измерительными органами 1 измеряют рабочие электрические параметры в сети электроснабжения, определяют искажение формы синусоидального тока и напряжения на основании вейвлет-преобразования, сравнивают значения вейвлет-преобразования с пороговым значением. При значениях вейвлет-преобразований ниже пороговых значений свидетельствуют о протекании нормального режима работы энергосистемы и блокируют сигналы на отключение от терминалов РЗА 2. При превышении вейвлет-преобразованием порогового значения в электроэнергетической сети определяют аварийный режим и деблокируют сигналы от терминалов РЗА 2. Сервером сбора данных 3 собирают и хранят информацию о функционировании измерительных органов 1 и терминалов РЗА 2 для ее отображения на автоматизированном рабочем месте 4 и передачи в удаленный центр управления 8 по цифровому каналу связи посредством маршрутизаторов 5. Коммуникационную шину процесса 6 используют для обмена данными между измерительными органами 1 и терминалами РЗА 2. Коммуникационную шину станции 7 используют для обмена данными между терминалами РЗА 2, сервером сбора данных 3, автоматизированным рабочим местом 4 и маршрутизатором 5.
В качестве материнского вейвлета используют вейвлет Морле, позволяющий проводить качественный анализ переходного процесса и определять с заданной точностью момент возникновения аварийной ситуации.
Непрерывное вейвлет-преобразование осуществляют в соответствии с выражением:
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
Материнский вейвлет Морле определяют как
где fц - центральная частота вейвлета;
fп - ширина полосы пропускания.
В качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования:
Для определения модуля коэффициентов вейвлет-преобразования Морле формируют буфер мгновенных значений тока и напряжения во временном окне от 1 до 3 мс.
Алгоритм выбора начала аварийной ситуации заключается в определении минимального времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения |с| при превышении определенного порога (уставки) срабатывания. Фиксация момента возникновения аварийной ситуации происходит в каждом измерительном органе 1 одновременно.
Экспериментально установлено, что применение вейвлет-преобразования для выявления аварийного режима на примере подстанции 500/110/10 кВ для различных видов возмущений: коротких замыканий, набросов мощности, отключений линий, несинусоидальных режимов - обеспечивает бесперебойное питание потребителей и повышение эффективности защиты потребителей от кибератак. Для моделирования вышеперечисленных возмущений использовался программно-аппаратный комплекс моделирования энергосистем в реальном времени RTDS. Шаг расчета модели имел фиксированное значение 50 мкс.
При возникновении несинусоидальных режимов вследствие действия систем управления напряжением может происходить искажение формы синусоиды тока (фиг. 2, а), Момент изменения формы измеряемого сигнала однозначно определяется по результатам вычисления функции вейвлет-преобразования (фиг. 2, б). Периодический характер изменения функции вейвлет-преобразования и небольшое значение вейвлет-функции свидетельствуют об отсутствии требований для срабатывания пускового органа, вследствие чего осуществляется блокирование сигналов на отключение от РЗ. При возникновении короткого замыкания (фиг. 3, а и фиг. 4, а) происходит всплеск вейвлет-преобразования (фиг. 3, б и фиг 4, б), по факту которого срабатывает пусковой орган и происходит деблокирование сигналов от терминалов РЗ.
Использование предложенного способа обеспечивает повышенную эффективность защиты потребителей от кибератак с сохранением высокого качества их защиты от повреждений в сети электроснабжения.
1. Способ бесперебойного электропитания потребителей, заключающийся в том, что у потребителей устанавливают устройства РЗ, которые реагируют на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров, в сети электроснабжения непрерывно измеряют рабочие электрические параметры и анализируют переходные процессы по их вейвлет-преобразованию, а в случае возникновения повреждений в сети пуск устройств РЗ и аварийное отключение соответствующих потребителей осуществляют при выходе значений вейвлет-функции за заданные пределы, отличающийся тем, что анализ переходных процессов в сети электроснабжения осуществляют по непрерывному вейвлет-преобразованию Морле, при этом при возникновении в сети несинусоидальных режимов и искажений формы синусоиды тока вследствие действия систем управления напряжения, а также при появлении сигналов, сформированных злоумышленником, фиксируют значение вейвлет-функции ниже заданного порогового и предотвращают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, а при возникновении в сети повреждений фиксируют всплеск вейвлет-преобразования, после которого разрешают формирование сигналов на отключение от устройств РЗ, причем начало аварийной ситуации определяют одновременно для всех устройств РЗ по минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданного порогового значения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что непрерывное вейвлет-преобразование осуществляют в соответствии с выражением
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба,
при этом материнский вейвлет Морле определяют как
где fц - центральная частота вейвлета;
fп - ширина полосы пропускания,
а в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для определения модуля коэффициентов вейвлет-преобразования Морле формируют буфер мгновенных значений тока и напряжения во временном окне от 1 до 3 мс.
