Введение

В области РЗА моделирование позволяет наглядно изучить принципы и особенности работы элементов энергетической системы, закрепить теоретические знания, полученные из учебников и специализированной литературы. Кроме того, компьютерная техника позволяет выполнить модель реального устройства релейной защиты и автоматики и проанализировать его поведение в различных режимах работы защищаемого объекта.

Моделирование позволяет инженеру не только проанализировать теоретические вопросы, но дает возможность выполнить конкретные практические эксперименты. Такой подход полезен как при разработке цифровых устройств, так и в процессе их наладки и эксплуатации.

Для проведения практических исследований инженеру необходимо:

1. Создать и верифицировать модель энергосистемы;
2. Определить перечень и параметры исследуемых режимов (тип и место возникновения короткого замыканий (КЗ) и пр.);
3. Провести вычисление исследуемых режимов и сохранить данные в формате COMTRADE;
4. Выполнить испытания цифровой модели устройства РЗА;
5. Выполнить испытания исследуемого устройства РЗА, путем подачи на него реальных токов и напряжений, воспроизведенных из записанных ранее файлов в формате COMTRADE, например, с помощью РЕТОМ-51;
6. Сопоставить результаты работы исследуемого устройства РЗА с его теоретической моделью, проанализировать выявленные отклонения и принять соответствующие меры.

Одним из наиболее эффективных инструментов, позволяющих выполнить всестороннее моделирование работы энергосистемы и устройства РЗА, в настоящее время является пакет прикладных программ MATLAB. Большой популярности среди инженеров и студентов в области РЗА и энергетики в целом данные программы во многом обязаны таким трудам, как книга автора И. В. Черных «Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink», 2008 год. Ознакомление с этим замечательным изданием позволяет получить детальное представление о том, как создать модель энергетической системы, рассчитать и задать параметры ее элементов, выполнить интересующие расчеты и произвести анализ результатов.

Модель сети и COMTRADE генератор

COMTRADE (IEEE Standard Common Format for Trancient Data Exchange for Power Systems) — это международный формат записи осциллограмм, предназначенный для хранения информации о значениях и параметрах электрических сигналов. На момент написания данной статьи актуальной версией стандарта является C37.111-2013.

Итак, создадим простейшую модель «Энергосистема-линия-понижающий трансформатор-нагрузка».

В Simulink данная модель может быть упрощенно представлена в следующем виде:

На рисунке 1 оранжевым цветом представлены элементы моделируемой сети, желтым — блоки измерения токов и напряжений, белым — блоки параметров модели.

В блоке имитаторе КЗ задано двухфазное КЗ между фазами А и С на интервалах времени с 0,3 по 0,4 с и с 0,6 по 1 с от момента начала расчета. Фазные токи на стороне ВН трансформатора, полученные в результате работы модели, представлены на рисунке 2.

Съём данных с модели и их передача в рабочую область MATLAB для сохранения в файлы форматаCOMTRADE выполняется следующей схемой:

Для скачивания доступны следующие файлы:

1. М.slx – файл модели в Simulink, представленной на рисунках 1 и 3;
2. comtrade_generator.m – файл MATLAB, преобразующий данные с рисунка 2 в файлы форматаCOMTRADE;
3. channel.m – вспомогательный файл MATLAB, преобразующий формат каналов.

Для генерации осциллограммы в формате COMTRADE необходимо выполнить следующие действия:

1. Запустить M.slx;
2. В открывшемся окне Simulink нажать кнопку Run (произойдет моделирование КЗ);
3. Двойным щелчком левой кнопки мыши открыть осциллограф. Удостовериться, что картина переходного процесса соответствует приведенной на рисунке 2;
4. Запустить comtrade_generator.m и в окне MATLAB нажать кнопку Run (произойдет сохранения результатов моделирования КЗ в файлы формата COMTRADE).

Результатом успешного выполнения действий 1 – 4 будет генерация и сохранение двух файлов M.cfg иM.dat, файлы будут сохранены там же где расположен файл comtrade_generator.m

Файл с расширением *.dat содержит данные по каналам, файл с расширением *.cfg – описание каналов (наименования каналов, коэффициенты приведения, частоту дискретизации, время записи осциллограммы и прочее).

Полученную осциллограмму можно открыть с помощью программы для просмотра и анализа осциллограмм формата COMTRADE, например – KIWI–Viewer, доступной для скачивания на сайте www.i-mt.net

Изучив рекомендуемую литературу, а также текст стандарта IEC 60255-24, описывающий формат COMTRADE, Вы сможете усовершенствовать предложенную модель. Например, записать в осциллограмму не только токи на стороне ВН, но и напряжения.

Полученный на данном этапе результат позволит Вам перейти к следующим, более трудоемким шагам:

1. Выполнить исследование цифрового устройства РЗА, путем подачи на него реальных токов и напряжений, воспроизведенных из осциллограммы COMTRADE, записанной с Вашей модели энергосистемы. Для этого Вы можете воспользоваться таким популярным устройством, как РЕТОМ-51 или РЕТОМ-61;
2. Выполнить исследование работы цифровой модели устройства РЗА или отдельных его частей. Подобная модель также может быть выполнена в среде MATLAB;
3. Сравнить результаты работы цифровой модели и реального устройства РЗА, оценить правильность поведения цифрового устройства при разнообразных переходных процессах.