ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОФАЗОРА СИСТЕМЫ МАНИТОРИНГА В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

DETERMINATION OF SYNCHROPHASOR PARAMETERS OF MONITORING SYSTEM IN TRANSITION MODES

Julia Lokacheva

student, Baltic State Technical University Voenmekh,

Russia, St. Petersburg

Evgeniya Degtyareva

student, Baltic State Technical University Voenmekh,

Russia, St. Petersburg

Alexey Sudin

student, Baltic State Technical University Voenmekh,

Russia, St. Petersburg

Natalya Petushkevich

student, Baltic State Technical University Voenmekh,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена нахождению синхрофазоров на выходе схемы PMU, определению основных параметров, от которых зависит качество подаваемой электроэнергии в сеть.

ABSTRACT

The article is devoted to finding synchrophasors at the output of the PMU circuit, determining the main parameters on which the quality of the supplied electricity to the network depends.

Ключевые слова: фазор; синхрофазор; PMU; ROCOF; частота; фильтр; спектр.

Keywords: phasor; synchrophasor; PMU; ROCOF; frequency; filter; spectrum.

Выключая домашний электроприбор или останавливая работу производственного оборудования, мы редко задумываемся о том, как на это отреагирует энергосистема, как отразится на функционировании того или иного электрогенератора отказ от какого-то количества вырабатываемой им энергии. Баланс энергосистемы – забота сетевого оператора [1]. Эта забота непростая. Например, в России сотни электрогенерирующих устройств, связаны в общую систему. Множество маховых мощностей, вырабатывающих электричество, между которыми существует электромеханическая связь. Они тесно взаимосвязаны, и состояние одного энергообъекта может оказать воздействие на работу другого. В постоянном режиме производится съем рабочих параметров. На рисунке 1 приведен пример архитектуры системы WAMS. Архитектура WAMS состоит из следующих основных элементов:

• PMU - Модуль измерения синхрофазоров.

• Инфраструктура сети обмена данными по TCP/IP и/или UDP/IP.

• PDC - Концентратор данных синхрофазоров [2, c. 215].

Рисунок 1. Обзор архитектуры WAMS

Система WAMS настроена на получение данных синхрофазоров от нескольких устройств PMU.

Из-за сложной генерации сети и нагрузок, крайне важно, чтобы электрические условия передающих и распределительных сетей непрерывно наблюдались через передовые технологии датчиков – PMU.

Базовая модель обработки сигнала одной фазы в PMU представлена на рис.2.

Рисунок 2. Базовая модель обработки сигнала в PMU для выделения фазора

СОЕВ – система обеспечения единого времени; Блок АОС – блок аналоговой обработки сигнала; ФНЧЦ – фильтр нижних частот цифровой.

Работа схемы:

На вход поступает сигнал частотой 51 Гц, рис.3. Этот сигнал вещественный. Формула записи входного сигнала:

s = A*sin(2*pi*f*t)                                                                  (1)

А – амплитуда входного сигнала; f – частота входного сигнала, в нашем случае f = 51 Гц; t – длительность сигнала.

Рисунок 3. Представление входного сигнала в частотной области

После прохождения АЦП, входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. Работа этого устройства заключается в предоставлении численных входов для системы управления.

Далее с квадратурного генератора поступает комплексный сигнал. Комплексный сигнал представляется следующей формулой:

А – амплитуда комплексного сигнала; f – частота, в нашем случае f=50Гц;

t – длительность комплексного сигнала.

В частотной области комплексный сигнал представляется в следующем виде (рис. 4):

Рисунок 4. Представление комплексного сигнала в частотной области

После умножения входного сигнала на комплексный в частотной области будем иметь следующее (рис.5):

Рисунок 5. Сигнал в частотной области после умножения на комплексный сигнал

Далее с помощью ФНЧЦ выделяем ту гармонику, которая нам более интересна, рис. 6:

Рисунок 6. Выделение с помощью ФНЧЦ той гармоники, которая представляет больший интерес

Фильтр помогает избавиться от влияний (алайзинга) от гармоники, находящейся на частоте -101 Гц. В зависимости от того, какой фильтр мы выберем, будет зависеть, как хорошо мы избавимся от шумов, созданных этой гармоникой. На выходе схемы можно наблюдать комплексный сигнал в виде синхрофазора [3, c. 152].

Чтобы определить точность измерений, энергетикам интересны 4 параметра: фаза, модуль вектора, частота и скорость измерения частоты. Фаза вычисляется по формуле (3):

a, b – координаты точки;  - неотрицательное вещественное число;  - учитывает четверть комплексной плоскости. Расчет модуля вектора производится по формуле 4.

Частота рассчитывается как первая производная от фазы (формула 5):

Скорость изменения частоты (ROCOF - rate of change of frequency), форм. 6:

Список литературы:

1. Кондрагунта Л., Моор Э.. Использование данных векторных измерений для улучшения оценки состояния энергосистем [Электронный ресурс] // URL: http://www.wams-conf.ru / (дата обращения: 03.05.2020) – 2018 г.
2. Almunif, A. Mixed integer linear programming and nonlinear programming for optimal PMU placement / A. Almunif, L. Fan // 2017 North American Power Symposium (NAPS). — 09.2017. — С. 1—6.
3.  Hong-Shan, Z. Sensitivity Constrained PMU Placement for Complete Observability of Power Systems / Z. Hong-Shan // 2015 IEEE/PES Transmission Distribution Conference Exposition: Asia and Pacific. — 08.2015. — С. 1—5.