Разработка и исследование подхода к обработке сигналов цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения
В.Д. Лебедев, Д.Г. Григорьев
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 2, сс. 32—48
Скачать PDF
Состояние вопроса. В развитии вторичных систем станций и подстанций, включающих релейную защиту, автоматику, управление, учет электроэнергии, в последнее время произошли качественные изменения, вызванные внедрением цифровых технологий. Внедрение цифровых технологий поддерживается программами инновационного развития, такими как, например, «Цифровая трансформация 2030». Суть внедрения цифровых технологий связана с применением цифровых каналов передачи данных по единым стандартам. Активно внедряются проекты цифровых подстанций с передачей цифровой информации на всех уровнях, начиная с первичного оборудования, включая передачу информации как от измерительных трансформаторов тока и напряжения, так и от коммутационных аппаратов. В настоящее время активно развиваются и начинают внедряться цифровые измерительные трансформаторы, в которых информация об измеренных токах и напряжениях представляется в цифровом коде. Новые подходы к измерениям первичных токов и напряжений и передаче информации ставят новые задачи и открывают перспективы усовершенствования методов обработки сигналов, применяемых для релейной защиты. В связи с этим актуальной задачей является разработка и исследование подходов к цифровой обработке сигналов цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения.
Материалы и методы. Для решения задач, поставленных в рамках данного исследования, использованы аналитические и численные методы решения с применением программных продуктов MathCAD и языка программирования Python для генерации сигналов и вывода их на графики. В целях обоснования достоверности проведена верификация результатов, полученных разными методами.
Результаты. Сформулирован подход к цифровой обработке сигналов, полученных с помощью датчиков тока цифрового измерительного трансформатора. Проведено исследование подхода определения синхронизированных значений вектора тока посредством обработки информации, полученной от первичных преобразователей тока. Осуществлен анализ характеристик алгоритма получения вектора и построены зависимости погрешностей от влияния искажающих факторов. Предложенный подход является развитием существующего подхода получения вектора за счет получения информации от датчиков тока, работающих на разных физических принципах. Показаны преимущества предложенного метода.
Выводы. Предложенный алгоритм цифровой обработки сигнала является более технически затратным, так как содержит как минимум два метрологически калиброванных измерительных канала вместо одного, однако позволяет при прочих равных условиях повысить точность и быстродействие алгоритмов цифровой обработки, взятых в качестве прототипа. Полученные результаты могут быть использованы для формирования алгоритмов измерительных органов релейной защиты.
1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 549 с.
2. Horowitz S.H., Phadke A.G. Power systems relaying. – 3rd ed. – West Sussex, England: John Wiley & Sons Inc, Ltd, 2008.
3. Honorato T.R., Silva K.M. Half-Cycle DFT-Based Phasor Estimation Algorithm for Numerical Digital Relaying // 2018 Workshop on Communication Networks and Power Systems (WCNPS). – Brasília, Brazil, 2018. – Р. 1–4. DOI: 10.1109/WCNPS.2018.8604396.
4. Phadke A.G., Thorp J.S. Computer Relaying for Power Systems. – 2 ed. – JohnWiley & Sons Inc, West Sussex, UK, 2009.
5. Chen Ching-Shan, Liu Chih-Wen, Jiang J.-A. Application of combined adaptive Fourier filtering technique and fault detector to fast distance protection // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2006, April. – Vol. 21, no. 2. – P. 619–626. DOI: 10.1109/TPWRD.2005.858808.J
6. Rosolowski E., Izykowski E., Kasztenny B. New half-cycle adaptive phasor estimator immune to the decaying DC component for digital protective relaying // Proceedings of the 32nd Annual North American Power Symposium. – Waterloo, Canada, 2000.
7. Revyakin V.A., Pletnev S.V., Klimova T.G. Using the Fourier Transform of the Half-Cycle to Enhance the Application of the PMU // 2020 3rd International Youth Scientific and Technical Conference on Relay Protection and Automation (RPA). – M., 2020. – Р. 1–14. DOI: 10.1109/RPA51116.2020.9301744.
8. Аношин А.О., Головин А.В. Протоколы связи в электроэнергетике. Предпосылки для создания стандарта МЭК 61850 // Новости ЭлектроТехники. – 2012. – № 3(75).
9. Гречухин В.Н., Лебедев В.Д., Гречухин М.А. Стратегия и технические решения по обеспечению цифровыми ТТ и ТН метрологии и надежности систем РЗА и учета электроэнергии на подстанциях 110–220 кВ // Релейная защита и автоматизация. – 2012. – № 3(8). – С. 58–63. – EDN PCDXGP
10. Horak J., Hrabliuk J. Current Transformer Errors and Transformer Inrush as Measured by Magnetic, Optical and Other Unconventional CTs, 2016. – URL: http://idc-online.com/technical_references/pdfs/electrical_engineering/C... Transformer_Inrush.pdf
11. Гречухин В.Н. Электронные трансформаторы тока и напряжения. Состояние, перспективы развития и внедрения на ОРУ 110–750 кB станций и подстанций энергосистем // Вестник ИГЭУ. – 2006. – Вып. 4. – С. 35–42. – EDN HFLWBF.
12. Гречухин В.Н., Лебедев В.Д. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения на базе стандартного трансформатора напряжения // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2010. – № SD. – С. 98–99.
13. Лебедев В.Д., Филатова Г.А., Нестерихин А.Е. Измерительные преобразователи тока для цифровых устройств релейной защиты и автоматики // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., Екатеринбург, 03–07 июля 2013 года. – Екатеринбург: Российский национальный комитет СИГРЭ, 2013. – С. 167–173. – EDN IBAGSO.
14. Specific features of digital current and voltage transformers for relay protection, automation and commercial electric power metering / V.D. Lebedev, A.A. Yablokov, G.A. Filatova, N.V. Lebedeva // 2018 International Youth Scientific and Technical Conference Relay Protection and Automation, RPA 2018. – 2018. – С. 8537187.
15. Пат. на полезную модель № 174357 U1 Российская Федерация, МПК G01R 19/00, G01R 27/08. Цифровой трансформатор тока и напряжения / В.Д. Лебедев, А.А. Яблоков, Д.А. Лебедев и др.; № 2017112540; заявл. 12.04.2017; опубл. 11.10.2017 заявитель Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение «Цифровые измерительные трансформаторы». – EDN PIYXRF.
16. Релейная защита «мертвой» зоны распределительных устройств объектов электроэнергетики / А.В. Жуков, В.С. Воробьев, А.И. Расщепляев и др. // Релейная защита и автоматика энергосистем: сб. докл. XXII конф., Москва, 27–29 мая 2014 года. – М., 2014. – С. 14–20. – EDN ABNVND.
17. Modeling of measuring current and voltage transformers in dynamic modes / V. Lebedev, V. Shuin, A. Yablokov, G. Filatova // Proceedings of International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). – Tomsk, 2014.
18. Filatova G., Lebedev V., Shuin V. Study of possibility of digital voltage transformers usage in fault location determination // Proceedings of the 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). – Chelyabinsk, 2016. – Р. 1–4.
19. Kojovich L.A., Bishop M.M. Modern relay protection using current sensors based on Rogowski coil // Proceedings of the International Conference on Actual Trends in Development of Power System Protection and Automation. – Moscow, 2009. – Р. 39–48.
20. Kuvshinov G.G. Modern directions of the development of the measuring current converters for relay protection and automatics. – Vladivostok, 2012. – Р. 316.
21. Кожович Л. Катушки Роговского – реальная альтернатива традиционным ТТ. – URL: http://digitalsubstation.com/blog/2017/05/24/katushki-rogovskogo-realnaya-alternativa-traditsionnym-tt/
22. Kojovic L.A. PCB Rogowski Coils–High Precision Low Power Sensors, Materials of CIGRE Session. 2004. http://www. transform.ru/articles/pdf/SIGRE/a3-102.pdf
23. Kojovic L. Rogowski coils suit relay protection and measurement. IEEE Computer Applications // Power. – 1997. – Vol. 10, no. 3. – Р. 47–52.
24. Лебедев В.Д., Яблоков А.А., Нестерихин А.Е. Исследование погрешностей измерения тока поясом Роговского на основе математического и физического моделирования // Вестник ИГЭУ. – 2013. – Вып. 6. – С. 30–34. – EDN RRYZSN.
25. Теория и практика применения цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения / В.Д. Лебедев, Н.В. Кузьмина, Д.Г. Григорьев и др. // Релейщик. – 2023. – № 1(45). – С. 42–49. – EDN TLKQBG.
26. Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В., Кац И.М. Автоматическое управление электроэнергетическими системами в нормальных и аварийных режимах: учеб. пособие. Ч. 2 / Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Том. политех. ун-та, 2013. – 124 с.