Дизајн на систем за детекција на информации за грешки во релештата заштита на подстанциите
I. Вовед
Во последните години, со непрекинатото проширување на масата на електричната мрежа, трансформаторните станции, како критични јазли во електричниот систем, играат важна улога во осигурувањето на надежноста на целата електрична мрежа преку нивната безбедна и стабилна работа. Релевантната заштита служи како прв линија на одбрана за безбедната работа на трансформаторните станции. Точноста и брзината на релевантната заштита се директно поврзани со стабилноста на електричниот систем. Затоа, ефективното детектирање на информации за грешки на системот за релевантна заштита на трансформаторната станција, своевремено идентификување и решавање на потенцијални грешки, имаат големо значење за заштитата на безбедната работа на електричниот систем.
Традиционалните методи за детектирање на грешки на релевантната заштита веќе се засноваат на рачни инспекции и регуларно одржување. Овие методи не само што се времесни и трудозатратни, туку и не можат да постигнат реално време следење. Како резултат, често минуваат први сигнали за грешки. Со непрекинатото развој на информатичките технологии, особено напредокот во компјутерските технологии и технологиите за комуникација, современи системи за детектирање на информации за грешки на релевантната заштита на трансформаторните станции почнуваат да прифаќаат автоматизирани методи. Нивната работа базира на реално време собирање на податоци, овие системи можат да постигнат реално време следење на статусот на релевантната заштита и брзо локализирање на грешки.
Затоа, овој труд предлага систем за детектирање на информации за грешки на релевантната заштита на трансформаторните станции базиран на современи информатички технологии и детално објаснува неговата хардверска структура, дизајн на софтвер и експериментални резултати.
II. Дизајн на хардверската структура на системот
(1) Главен компјутер
Дизајнот на главниот компјутер директно влијае на перформансите на целокупниот систем. Нејзината хардверска структура користи микроконтролерот C8051F040 како основен процесор. Микроконтролерот C8051F040 е високо-перформантен и нископотрошен микроконтролер кој интегрира обилни периферни ресурси, вклучувајќи аналого-цифрене I/O порти, тимер/бројачи, UART, SPI и I2C интерфејси за комуникација, итн. Овие карактеристики прават C8051F040 многу прифатлив како основен процесор на главниот компјутер, способен да задоволи барањата за високоскоростна обработка на податоци и комплексна контролна логика.
За да се осигура капацитетот за реално време следење на системот, во дизајнот на главниот компјутер се користи високо-перформансна јединица за следење. Оваа јединица типично вклучува високоскоростен ADC (Аналого-Цифрен Конвертер), DAC (Циферно-Аналоген Конвертер), како и цепови за следење на напон и стрuja. Таа може да собере и конвертира електрични параметри во реално време, додавајќи точни податоци за дијагностика на грешки.
Само, главниот компјутер треба да комуницира со нижниот компјутер и отдалечениот центар за следење. Во дизајнот се вградени различни интерфејси за комуникација, како RS-232, RS-485 и Етернет. Овие интерфејси осигуруваат брза пренос на податоци и можност за отдалечен контрол.
За да се обезбеди операторите со следење и контрола на системот, главниот компјутер е опремен со интерфејс за човек-машинско интеракција, обично состојаше од LCD екран и тастатура. Операторите можат да користат овие интерфејси за да гледаат статусот на системот во реално време.
(2) Сензор за детекција на изолација
За да се задоволат барањата за обнова на DC системите во старите електрани и трансформаторни станции, работните сили се дизајнираа високо-прецизен одделен сензор за детекција на изолација. Користејќи напредни електронски технологии и материјали, овој сензор има висока осетливост, стабилност и долг век на живеење, и може да функционира стабилно и во тешки околини.
Високата прецизност е клучен показател на перформансите на сензорот за детекција на изолација. Со користење на напредни алгоритми за детекција и електронски компоненти, тој може точно да детектира мали промени во изолацијата, осигурувајќи точноста и временската актуелност на информации за грешки.
Обновувајќи и обновувајќи термалните изолациони уреди на DC системите во старите електрани и трансформаторни станции и користејќи високо-прецизни одделни сензори за детекција на изолација, може значително да се подобри безбедноста на системот. Овие сензори имаат капацитет за високо-прецизна детекција и можат своевремено да детектираат грешки во изолацијата, темелјно предотвршувајќи јавувањето на некои инциденти .
(3) Модул за рано опozорување
За да се подобри точноста и брзината на раните опозорувања, овој модул обично интегрира двојна механизма за активно рано опозорување и пасивно рано опозорување.
Активното рано опозорување се однесува на активната детекција на електрични параметри од страна на системот. Сепак, кога параметрите се одклонуваат од нормалната област, сигнал за рано опозорување ќе биде моментално активиран. Активното рано опозорување обично зависи од високо-перформансни сензори и уреди за собирање на податоци. Овие уреди можат да следат клучни параметри како што се стрuja, напон и фреквенција во реално време и да анализираат соодветните податоци преку вградени алгоритми за да се одреди дали постојат потенцијални ризици од грешки. Пасивното рано опозорување, сепак, вклучува анализирање на соодветни електрични параметри и испраќање на сигнал за рано опозорување после што системот прими екстерни сигнали. На пример, кога уредот за релевантна заштита во трансформаторната станција функционира, модулот за пасивно рано опозорување ќе биде моментално активиран за да се анализира причината за функционирањето и да се одреди дали се потребни дополнителни мерки за обработка, како што е прикажано на Слика 1.
Слика 1 Дизајн на хардверската структура
Во дизајнот на хардверската структура на модулот за рано опозорување, комбинирањето на активно рано опозорување и пасивно рано опозорување може значително да подобри капацитетот за рано опозорување и брзината на одговор на системот. Активното рано опозорување може да следи електрични параметри во реално време и брзо да идентификува потенцијални ризици од грешки; додека пасивното рано опозорување може моментално да реагира кога се случат специфични настани и да направи длабока анализа на причините за грешки.
За да се ефективно комбинираат овие две методи за рано опозорување, во дизајнот на хардверот треба да се разгледаат следниве клучни елементи:
Избор на сензори и уреди за собирање на податоци: Мора да се изберат високо-прецизни сензори и уреди за собирање на податоци за да се осигура точноста на податоците.
Капацитет за обработка и анализа на податоци: Модулот за рано опозорување треба да има моќни капацитети за обработка и анализа на податоци за да брзо идентификува аномални податоци и да направи судови за рано опозорување.
Интерфејси и протоколи за комуникација: Модулот треба да поддржува многу интерфејси и протоколи за комуникација за да овозможи размена на податоци со други системи или уреди.
Поверливост: Дизајнот на хардверот треба да осигура дека модулот може да функционира стабилно во екстремни околини и да прифати неопходни мерки за безбедност за да се спречат грешки и неавторизиран пристап .
III. Дизајн на софтверот на системот
(1) Симулација на карактеристики на грешки на оптера
Јадрото на системот за детекција на информации за грешки на релевантната заштита на трансформаторната станција се наоѓа во дизајнот на софтверската структура, особено во конструкцијата на статички и динамички модели на оптера. Овие модели се наменети да опишат активната и реактивна мощност на оптерата во текот на работа на системот, како и полесни промени на напонот и фреквенцијата, и обично се изразуваат преку полиномски модели. Статичкиот модел на оптерата обично се изразува како:
каде P и Q представуваат активна и реактивна мощност, соодветно, V е напонот, P0, Q0, V0се вредностите во референтното состојба, и n и m се карактеристични коефициенти на оптерата.
Динамичкиот модел на оптерата е релативно комплексен. Тој го зема во предвид динамичкиот одговор на оптерата на промени на напонот и фреквенцијата, вклучувајќи многу временски константи за симулација на брзината на одговор на оптерата на промени на напонот и фреквенцијата. Динамичкиот модел на оптерата може да се изрази како серија на диференцијални равенки кои опишуваат брзината на промена на мощноста на оптерата во текот на времето.
Во дизајнот на софтверската структура, овие модели се интегрирани во системот за детекција на информации за грешки на релевантната заштита за да следат и анализираат статусот на работа на трансформаторната станција во реално време. Системот собира реални податоци, вклучувајќи стрuja, напон, мощност, итн., и ги користи овие модели за пресметки за научно идентификување на потенцијални грешки .
(2) Собирање на информации за грешки
За да се осигура надежноста на уредите за релевантна заштита, дизајнот на системот за детекција на информации за грешки е особено важен, особено делот за собирање на информации за грешки. Овој дел обично е поделен на три модули: собирање на информации за стабилно состојба, собирање на информации за транзиентни состојби и управување со датотеки за состојба.
Модулот за собирање на информации за стабилно состојба е главно одговорен за собирање на електрични параметри на трансформаторната станција во текот на нормална работа, како што се напон, стрuja, мощност, итн. Овие податоци се основа за евалуација на статусот на работа на електричната мрежа и исто така важни за анализа и предвидување на грешки. Овој модул обично вклучува три под-модули: собирање на податоци, обработка на податоци и складирање на податоци. Под-модулот за собирање на податоци добива електрични параметри во реално време преку интерфејс со системот за следење на трансформаторната станција; под-модулот за обработка на податоци провежува првично анализа на собрани податоци, ги маха аномални вредности и форматира податоците; под-модулот за складирање на податоци ги складира обработените податоци во база на податоци за последователна анализа.
Модулот за собирање на информации за транзиентни состојби се фокусира на захваќање на транзиентни настани во електричната мрежа, како што се кратки замкнувања, отворени цепови и други грешки. Овие транзиентни настани често се придружуваат со остри промени на електрични параметри, па затоа се потребни уреди за собирање на податоци со висока брзина и прецизност. Овој модул обично вклучува три под-модули: високоскоростно собирање на податоци, идентификација на транзиентни настани и складирање на податоци за настани. Под-модулот за високоскоростно собирање на податоци може да запишува промени на електрични параметри со резолуција на микросекунди; под-модулот за идентификација на транзиентни настани суди дали се случила грешка и точно идентификува типот на грешката според предварително дефинирани алгоритми; под-модулот за складирање на податоци за настани ги складира идентифицираните информации за грешки во специфична база на податоци, што е благоприятно за длабока анализа од страна на персоналот.
Модулот за управување со датотеки за состојба е одговорен за управување и одржување на датотеките за состојба на уредите за релевантна заштита на трансформаторната станција, и ги записува клучни информации како што се детали за конфигурација, статус на работа и историски записи за грешки на уредите за заштита. Овој модул обично вклучува четири под-модули: генерирање на датотеки за состојба, ажурирање, пребарување и бекап. Под-модулот за генерирање генерира почетна датотека за состојба според актуелната конфигурација на уредите за заштита; под-модулот за ажурирање ажурира датотеката за состојба кога се менат параметрите или конфигурацијата на уредите; под-модулот за пребарување дозволува на корисниците да пребаруваат информации во датотеката за состојба; под-модулот за бекап редовно прави бекап на датотеката за состојба за да се ефективно избегне губење на податоци.
(3) Детекција на информации за грешки
Кога слојот за контрола на станцијата прими информации за тревога "Грешка во поврзувањето на мрежата A-линија" од релевантната заштита, системот треба моментално да започне процесот на детекција на информации за грешки за да се потврди дали оваа тревога е единствен извор, т.е. дали други уреди исто така издаеле слични тревоги . Во овој пример, ако други уреди не издаваат тревоги, системот ќе се фокусира на информации за "Грешка во поврзувањето на мрежата A-линија".
За да се процесираат и анализираат информации за грешки повеќе ефективно, системот дизајнира пет комбинации на виртуелни терминали и чекори на грешки, како што е прикажано во Табела 1.
Секој виртуелен терминал е одговорен за различни задачи, од следење на статусот на мрежното поврзување до доставување на решенија, формирајќи целостен процес на обработка на грешки. Преку горенаведениот дизајн на софтверската структура, системот за детекција на информации за грешки на релевантната заштита на трансформаторната станција може ефективно да детектира информации за грешки и да осигура безбедна работа на трансформаторната станција. Особено кога прими тревога за "Грешка во поврзувањето на мрежата A-линија", системот може брзо да реагира и да применува соодветни мерки за минимизирање на влијанието на грешката на електричниот систем .
IV. Експериментална верификација
(1) Структура на мрежната топологија
Дизајнот на структурата на мрежната топологија на системот за детекција на информации за грешки на релевантната заштита за трансформаторната станција од 500 кV која беше вработена во 2023 година строго следи основните принципи на висока надежност, висока достапност и лесна одржливост. Овој систем користи хиерархија и распределена мрежна архитектура, и неговите кораци за имплементација се добро организирани, вклучувајќи следниве врски.
Собирање на податоци: Преку сензори и уреди за собирање на податоци инсталирани на различни кључни јазли на трансформаторната станција, се собираат податоци за работа на уредите за релевантна заштита во реално време.
Пренос на податоци: Користејќи технологии за мрежна комуникација, собрани податоци се пренесуваат до центарот за обработка на податоци во точен и своевремен начин.
Анализа на податоци: Во центарот за обработка на податоци, се користат високо-перформански компјутери и професионални софтвери за анализа на податоци за да се идентификуваат аномални обрасци и потенцијални грешки.
Дијагностика на грешки: Кога се детектира аномалија, системот автоматски прави дијагностика на грешки за да се одреди типот и локацијата на грешката.
Тревога и одговор: Системот известува персонал за работа и одржување за информации за грешките преку системот за тревога и дава предложени мерки за обработка на грешките.
Обработка на грешки: Персонал за работа и одржување може брзо да примени мерки за обработка на грешките според информации и предлози за обработка на грешките кои му ги дава системот, со што се осигурува стабилна работа на електричната мрежа.
(2) Експериментални резултати и анализа
Во експериментот се користеле два система за детекција: еден е конвенционален систем за онлајн детекција на втор
