Способ синхронизации по времени устройств рза с использованием параметров аварийного режима
Владельцы патента RU 2740360:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Использование: в области электроэнергетики для реализации бесперебойного электроснабжения потребителей. Технический результат - повышение надежности электроснабжения потребителей. В способе синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающемся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА, согласно изобретению переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для применения при реализации бесперебойного электроснабжения потребителей.
С внедрением систем РЗА с «шинами процесса» возникает необходимость в обеспечении точности синхронизации устройств по времени, в пределах 1 мкс, согласно требованиям МЭК 61850-5.
Известен способ, когда для синхронизации устройств РЗА на цифровой подстанции (ЦПС) с использованием выделенных каналов передачи данных совместно используются протоколы: IRIG-B /Inter Range Instrumentation Group/, предоставляющий информацию о времени и дате наряду с импульсами синхронизации и протокол 1 PPS (RU 2479904 C1, Н02Н 3/00, опубл. 20.04.2013).
Недостатком этого способа является необходимость прокладки дополнительных линий связи и наличие специализированных интерфейсных плат в микропроцессорных устройствах РЗА ЦПС для приема сигналов по протоколом IRIG-B и 1-PPS.
В последнее время получила распространение синхронизация измерений на ЦПС с использованием сети Ethernet, при осуществлении которой используются протоколы NTP и РТР / Precision Time Protocol / (RU 192293 U1, H02H 7/00, 11.09.2019). Применение протокола NTP на ЦПС обусловливает низкую точность - в пределах нескольких мс, поэтому для синхронизации измерений на ЦПС с применением сети Ethernet обычно предпочтение отдают протоколу РТР. Протокол РТР учитывает время передачи сигналов точного времени по сети Ethernet и позволяет автоматически вносить необходимые корректировки. Синхронизация устройств РЗА на ЦПС с использованием протокола РТР обеспечивает точность синхронизации в пределах 1 мкс.При этом необходимость в выделенных каналах передачи данных отпадает.
Недостатком этого способа является сложность протокола РТР, и связанные с этим риски его применения в электроэнергетике.
Наиболее близким к предложенному является способ синхронизации по времени устройств РЗА, объединенных линией связи, согласно которому на каждом из контролируемых объектов энергосистемы осуществляют измерение электрических параметров, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима, в частности тока, по преобразованию Фурье и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА (CN 102981103 A, G01R 31/08, Н02Н 7/26, 20.03.2013).
Недостатком указанного способа является недостоверное в ряде случаев выявление локальных особенностей сигналов при анализе переходных процессов.
Технической задачей изобретения является повышение точности синхронизации устройств РЗА.
Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей.
Это достигается тем, что в способе синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающемся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА,- переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.
Анализ переходных процессов в поврежденных и неповрежденных фазах объектов энергосистемы осуществляют во временном окне от 1 до 3 мс с частотой дискретизации 1 МГц, при этом непрерывное вейвлет-преобразование определяют в соответствии с выражением:
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета,
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
Материнский вейвлет определяют в соответствии с выражением:
где ƒц - центральная частота вейвлета,
ƒп - ширина полосы пропускания.
В качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования.
Для связи устройств РЗА используют сеть Ethernet, при этом при отсутствии в энергосистеме технологических нарушений синхронизацию устройств РЗА по времени осуществляют по протоколу NTP.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая структура сочленения электрической сети и устройств РЗА с указанием передаваемых для устройств РЗА синхронизирующих сигналов, а на фиг. 2, а, б показаны временные диаграммы, иллюстрирующие соответственно исследуемый при переходном процессе сигнал и его вейвлет-преобразование при определении максимума модуля коэффициентов вейвлет-преобразования напряжений на шинах высокого напряжения подстанции при междуфазном к.з.
Общая структура сочленения электрической сети и устройств РЗА (фиг. 1) содержит трансформаторы 1 и 2 тока (ТА), трансформаторы 3 и 4 напряжения (TV), узлы 5, 6, 7, 8 сопряжения (MU) с объектами, устройства 9, 10, 11, 12, 13 и 14 РЗА (IED - интеллектуальные электронные устройства), средства 15, 16 организации локальной вычислительной сети, ретранслятор 17 синхронизирующих импульсов, источник 18 синхронизирующих импульсов (GPS, ГЛОНАСС).
Предложенный способ синхронизации устройств РЗА (сигналов измерительной информации), как уже указывалось, заключается в синхронизации времени по параметрам аварийного режима с применением вейвлет-преобразования Морле. Параметрами аварийного режима называются определенные электрические величины, измеренные в период различных видов аварийных возмущений.
Для синхронизации устройств РЗА на подстанции от трансформаторов 1 и 2 тока и трансформаторов 3 и 4 напряжения к устройствам 5, 6 и 7, 8 сопряжения с объектами подводятся токи и напряжения. Замеры токов и напряжений производятся со всех мест подключения измерительных трансформаторов. Для корректной работы алгоритма необходимо рассматривать токи в поврежденных и неповрежденных фазах с частотой дискретизации сигнала от 1 МГц.
В каждом из устройств 5 и 6, 7 и 8 сопряжения имеется пусковой орган, который срабатывает при наступлении технологического нарушения. В пусковом органе для проведения анализа переходного процесса и определения с заданной точностью момента возникновения аварийной ситуации используется вейвлет-преобразование. По сравнению с преобразованием Фурье, вейвлет-преобразование способно с гораздо более высокой точностью определять локальные особенности сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков). В качестве материнского вейвлета используется вейвлет Морле.
Непрерывное вейвлет-преобразование определяется выражением:
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
Материнский вейвлет Морле определяется выражением:
где ƒц - центральная частота вейвлета;
ƒп - ширина полосы пропускания.
В качестве анализируемой функции пусковым органом используется функция модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования:
Для корректной работы алгоритма выбирается временное окно от 1 до 3 мс для формирования буфера мгновенных значений тока и напряжения и расчета модуля коэффициентов вейвлет-преобразования Морле.
Выбор начала аварийной ситуации заключается в определении минимального времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения |с| при превышении определенной уставки срабатывания (Фиг. 2, а, б). Фиксация момента возникновения аварийной ситуации происходит в каждом из устройств 5 и 6, 7 и 8 сопряжения одновременно.
По факту фиксации в устройствах 5 и 6, 7 и 8 сопряжения начала аварийной ситуации начинается периодическая отправка измерений с достаточной частотой передачи сигнала для функции РЗА. При этом синхронизация времени по источникам сигналов точного времени не требуется, так как измерения в каждом из устройств сопряжения синхронизируются по параметру аварийного режима.
Благодаря возможности выявления при анализе переходных процессов с помощью вельвет-преобразования Морле локальных особенностей сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков), в предложенном способе существенно повышается точность синхронизации устройств РЗА.
1. Способ синхронизации по времени устройств РЗА с использованием параметров аварийного режима, заключающийся в том, что на каждом из контролируемых объектов энергосистемы измеряют электрические параметры, а при возникновении технологического нарушения в каком-либо из объектов производят спектральный анализ переходного процесса одного из параметров аварийного режима и при превышении им заданного порогового уровня выявляют начало аварийной ситуации, которое используют для синхронизации всех устройств РЗА, отличающийся тем, что переходные процессы при технологическом нарушении анализируют для каждой фазы тока и напряжения, а момент возникновения аварийной ситуации определяют с помощью вейвлет-преобразования с материнским вейвлетом Морле, при этом выбирают временное окно для формирования буфера мгновенных значений тока, в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования, о начале аварийной ситуации судят по одновременному для всех РЗА минимальному времени достижения максимума функции вейвлет-преобразования для каждой фазы тока и напряжения при превышении заданной уставки срабатывания, после начала аварийной ситуации периодически отправляют для всех устройств РЗА сигналы измерения с достаточной для их функционирования частотой передачи сигнала.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переходные процессы в поврежденных и неповрежденных фазах объектов энергосистемы анализируют во временном окне от 1 до 3 мс с частотой дискретизации 1 МГц, при этом непрерывное вейвлет-преобразование определяют в соответствии с выражением:
где 
- комплексно сопряженная функция материнского вейвлета;
τ - параметр сдвига;
s - параметр масштаба.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что материнский вейвлет определяют в соответствии с выражением:
где ƒц - центральная частота вейвлета;
ƒп - ширина полосы пропускания.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве анализируемой функции используют функцию модуля коэффициентов комплексного вейвлет-преобразования.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что для связи устройств РЗА используют сеть Ethernet, при этом при отсутствии в энергосистеме технологических нарушений синхронизацию устройств РЗА по времени осуществляют по протоколу NTP.
