ZESZY TY N A U K O W E POLITEC H NIK I ŚLĄ SKIEJ Seria: ELEK TR Y K A z. 174
2000 N r kol. 1472
B ernard W ITEK
MOŻLIWOŚCI REALIZACJI ADAPTACYJNYCH FUNKCJI
STEROWANIA I ZABEZPIECZEŃ W ELASTYCZNYCH UKŁADACH PRZESYŁOWYCH (FACTS)
S treszczenie. W artykule przedstaw iono w ybrane zagadnienia w spółpracy niekon
w encjonalnych układów regulacji stosowanych w elastycznych system ach przesyłow ych z układam i elektroenergetycznej autom atyki zabezpieczeniow ej. Pokazano możliwości realizacji adaptacyjnego zabezpieczenia odległościow ego dw utorowej linii przesyłowej, którego m oduł decyzyjny uw zględnia zarówno zm iany param etrów układu (związane np.
z działaniem układu regulacji), ja k rów nież jego aktualną konfigurację określoną przez położenia łączników.
REALIZATION POSSIBILITIES OF ADAPTIVE PROTECTION AND CONTROL FUNCTIONS IN FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEMS (FACTS)
S u m m a ry . The paper presents chosen aspects o f FACTS control devices co-opera
tion w ith protective relays. The concept o f double-circuit line adaptive distance protection is proposed. D ecision criteria consider both: transm ission system param eters (im plied e.g.
by the U nified P ow er Flow C ontroller operation), as well as its topology determ ined by the sw itches positions in the entire system.
1. W PR O W A D ZEN IE
W zw iązku z ciągłym w zrostem obciążeń w system ie elektroenergetycznym przy jednoczesnych ograniczeniach w zakresie budow y now ych torów przesyłow ych, konieczne staje się stosow anie środków um ożliw iających zwiększenie m ocy przesyłanych istniejącymi toram i system u przesyłow ego. D okonujący się obecnie postęp w technologii półprzew od
ników um ożliw ił rozw ój układów tzw. elastycznego przesyłu energii elektrycznej (FACTS - ang. Flexible A C Transmission Systems). Znanych i opisanych w literaturze jest wiele
rozw iązań o różnych m ożliw ościach regulacyjnych [1, 2, 15]. N ależą do nich na przykład:
zunifikow any układ sterow ania przesyłem m ocy (UPFC - ang. Unified P ow er F low Con
troller), układ kom pensacji SVC (ang. Static Var Com pensator), kom pensator statyczny STA TC O N (ang. S tatic Condenser) czy tyrystorow y układ kom pensacji szeregowej TCSC [16] (ang. Thyristor C ontrolled Series Capacitor).
Z punktu w idzenia szybkości regulacji układy FAC TS m ożna sklasyfikow ać na trzech poziom ach:
• sterow anie przepływ em m ocy w stanach ustalonych', zakres czasow y regulacji je st rzędu m inut i je s t realizow any poprzez w łączenia elem entów biernych oraz układów w ytw ór
czych,
• sterow anie w stanach przejściow ych pom iędzy różnym i stanam i ustalonym i pracy systemu w w arunkach m ożliw ych przeciążeń zw iązanych z w yłączeniam i - czasy odpowiedzi układów regulacji s ą w ów czas rzędu sekund, zatem m etody konw encjonalne m ogą być stosow ane je d y n ie w przypadkach najprostszych, natom iast w w iększości przypadków konieczne je s t stosow anie przełączalnych elem entów energoelektronicznych,
• sterow anie w stanach dynam icznych i przejściow ych w ym aga czasów reakcji poniżej
1 0 0 ms, m ożliw ych do osiągnięcia jedynie za pom ocą niekonw encjonalnych środków
regulacji w układach FA C TS, w ykorzystujących elem enty energoelektroniczne o złożo
nych opcjach sterow ania.
P rzegląd podstaw ow ych elem entów FA C TS oraz zakresu ich oddziaływ ania przedsta
w iono w tabeli 1 [2],
Tabela 1 Z akresy oddziaływ ania elem entów FACTS
SVC STA TC O N CSC TCSC PST UPFC
Poziom napięcia
*** *** * * * ***
Przepływ
m ocy - - * ♦* *** ***
Stabilność przejściow a
* * *** *** ** ***
Tłum ienie kołysań
m ocy
* * %** *** ** ***
brak oddziaływ ania ** średni w pływ
* słaby w pływ *** m aksym alny w pływ
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterow ania i zabezpieczeń 105
2. M O D ELO W A N IE U K ŁA D Ó W FACTS N A PRZY KŁA D ZIE UPFC
Przesłanki przedstaw ione wyżej oraz w nioski płynące z analizy tabeli 1 skłaniają do szczególnego skoncentrow ania się na układzie typu UPFC. Idea FACTS n a przykładzie tego układu została przedstaw iona na rys. 1.
Przedstaw iona n a rys. 1 struktura regulatora U PFC zaw iera dw a transform atory - poprze
czny oraz szeregow y, które podłączone są do konw erterów GTO w raz z gałęzią pojem nościową. W układzie U PF C m oc bierna „w strzykiw ana” do linii poprzez gałąź szeregow ą je st w tej gałęzi generow ana i nie m usi być dostarczana z gałęzi poprzecznej. N atom iast moc czynna pobierana je s t z system u przez gałąź poprzeczną (prąd I T - rys.2a) i dostarczana do gałęzi szeregowej poprzez obw ód stałoprądowy. Rów nież wartość składowej biernej prądu gałęzi poprzecznej Iq m oże być regulowana. O bszar regulacji ograniczony je st kołow ą cha
rakterystyką o prom ieniu U j ^ przedstaw ioną na rys. 2b.
^ = ^ L s i n ( 5 1 - 5 2 )
Rys. l.I d e a sterow ania przepływ em m ocy i utrzym aniem stabilności układu przesyłow ego za p om ocą regulatora U PFC
Fig. 1. U PFC - based pow er flow control and stability im provem ent system
Z pow yższego w ynikają param etry regulacji U PFC, które m o g ą być w ykorzystane jako wielkości w ejściow e adaptacyjnych układów sterow ania i zabezpieczeń, są to m iano
wicie: m oduł i faza napięcia U T oraz wartość składowej biernej Iq. Z godnie z rys.2(b) dla wielkości charakterystycznych regulatora obow iązują następujące zależności:
u M = u t * u T,
Arg(/?) = Arg(f/, ) ± 90°
Arg(/j.) = Arg(C/,),
Re[t/rr j
It = -
(
1) (
2) (3)
(4)
M odel regulatora U PFC zaw iera źródło na
pięciow e UT oraz dw a źródła prądow e I T i l q.
Z punktu w idzenia analizy m atem atycznej korzy
stne je st um ieszczenie regulatora w węźle sieci, w którym napięcie je st niezależne od prądu ob
ciążenia linii. W ów czas param etr Ią nie wpływa Rys. 2. M odel (a) i w ykres w ektorow y (b) na charakterystyki przesyłow e [2], a problem regulatora U PF C sprow adza się do sterow ania pozostałym i wiel- Fig. 2. U PFC m odel (a) and a vector dia- kościam i ( UT i cpr) w celu uzyskania m aksym al-
grarn (b) nego zakresu zm ienności m ocy czynnej prze
syłanej.
D la UT = zachodzi:
a p, d <p7
= 0 => <pr = ± 9 0 % <pt= Z ( U 2, U t ) , przy czym:
Pt = P2 = E t i E ± sin( 8 + a ) , a = Z ( U l , U M) .
(5)
(
6)
N ależy zaznaczyć, że um ieszczenie U PFC w ew nątrz toru przesyłow ego znacznie utrudnia określenie optym alnej w artości <p7 i w iąże się z koniecznością przeprow adzenia złożonych obliczeń sym ulacyjnych.
3. W Y B R A N E Z A G A D N IE N IA W SPÓ ŁPR A C Y U K ŁA D Ó W FAC TS Z U K ŁA D A M I EAZ
Z astosow anie układów FA C TS w iąże się z istotną ingerencją w dynam ikę system u i z tego w zględu pow inno się znaleźć w kręgu zagadnień zw iązanych z doborem funkcji, nastaw i charakterystyk układów EAZ. O dnosi się to w szczególności do wprow adzanych przez układy regulacji zm ian takich w ielkości, jak: im pedancja linii, kąt m ocy oraz prądy obciążeniow e, ja k rów nież do zw iązanych z tym i zm ianam i stanów przejściow ych SEE.
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterowania i zabezpieczeń 107
Stosow ane w urządzeniach FACTS układy tyrystorow e są źródłem w yższych harm onicznych, co je st istotne dla układów EAZ w rażliw ych na obecność tych składow ych w sygnałach pom iarow ych bądź podejm ujących decyzję o w yłączeniu obiektu zabezpieczanego na podsta
wie określonych harm onicznych - np. blokow anie zabezpieczenia różnicow ego transform atora drugą harm oniczną prądu różnicow ego przy udarach prądu m agnesującego. Z kolei zbyt szybkie zm iany m ocy w pobliżu w ęzłów w ytw órczych m o g ą prow adzić do rezonansów podsynchronicznych oraz drgań skręcających w ałów generatorów, co w iąże się z doborem odpow iednich układów zabezpieczeń dla generatora [10]. D la zabezpieczeń linii przesyłowych przyjm uje się następujące podstaw ow e funkcje: odległościow ą, różnicow oprądową, porów- naw czo-fazow ą oraz porównaw czo-kierunkow ą. W dalszej części artykułu szczególna uwaga zostanie pośw ięcona w pływ ow i układów UPFC na pracę zabezpieczeń odległościowych.
Zatem poza zakresem szczegółow ych rozw ażań pozostaną np. układy TC SC , które podobnie ja k inne układy z kom pensacją szeregową, m ogą istotnie wpływ ać na pracę zabezpieczeń porów naw czo-fazow ych [18].
P odstaw ow ym w ym aganiem w zakresie w spółpracy układów FACTS i EAZ będzie dostęp do szybkich łącz transm isji inform acji zarówno na poziom ie lokalnym (LAN), ja k i system ow ym (W A N ) z uw zględnieniem synchronizacji zegarów próbkujących tych urządzeń, np. w oparciu o system satelitarny GPS [19]. Skoordynowane działanie urządzeń FACTS i EAZ w ym aga uw zględnienia odpow iednich wejść i w yjść ja k rów nież przyjęcia konwencji w zakresie używ anych protokołów kom unikacyjnych. Zakres interakcji pom iędzy tymi urzą
dzeniami przedstaw iono schem atycznie na rys. 3.
U k ład s te ro w a n ia n a d rz ę d n e g o S E E
.
Sterow anie u kładu FACTS
i r
Interfejs w yjściow y układu sterow aniaF A C T S
K o o rd y n a c ja u k ła d ó w E A Z
U kład adaptacyjny EA Z
Interfejs w ejściow y układu zabezpieczeń
EAZ
Rys. 3. O gólna struktura pow iązań pom iędzy układem sterow ania urządzeniem FACTS a za
bezpieczeniem
Fig. 3. FAC TS device control and protective system co-ordination structure
Z astosow anie system ów FA C TS pow oduje pełniejsze w ykorzystanie zdolności prze
syłow ych SEE z jednej strony, z drugiej jed n ak prow adzi do zaostrzenia w ym agań w zakresie szybkości w yłączania zwarć. W tym kontekście m ożna sform ułow ać następujące założenia dla układów EAZ:
• należy w prow adzać adaptacyjne funkcje zabezpieczeniow e, pozw alające na pełne dopaso
w anie się do dynam icznych zm ian param etrów i konfiguracji SEE ze szczególnym uw zględnieniem zm ian generow anych przez urządzenia FACTS,
• konieczna będzie w nikliw a analiza m ożliw ych zakłóceń w działaniu system ów FACTS i ich w pływ u n a popraw ność działania zabezpieczeń ze w zględu n a ograniczenie m arginesu bezpieczeństw a i tolerancji zakłóceń w system ie regulow anym za p om ocą urządzeń F A C T S, należy zw eryfikow ać w ym agania staw iane układom sterow ania prew encyjnego i EA Z w zakresie szybkości likw idacji zw arć oraz m inim alizacji skutków zakłóceń i zapo
biegania kaskadow ym w yłączeniom i rozszerzaniu się awarii,
• funkcje EA Z pow inny być niezależne od funkcji sterow ania zabezpieczanym obiektem w tym sensie, że sygnały w yjściow e układu sterow ania jedynie w spom agają proces decy
zyjny w zakresie elim inacji zakłóceń, ale go nie w arunkują.
K oordynacja funkcji układów zabezpieczeniow ych oraz układów regulacji, w pływ ających na param etry kryterialne układu zabezpieczanego m oże odbyw ać się za pośrednictw em nadrzędnego, adaptacyjnego układu sterow ania prew encyjno-restytucyjnego (APRCS - ang.
A daptive P reventive-R estoration C ontrol System ), którego koncepcję opisano m.in. w [20], Z punktu w idzenia zabezpieczeń odległościow ych istotne jest, że im pedancja transfor
m atora szeregow ego regulatora m oże przyjm ow ać znaczne w artości w porów naniu z impe- dancją linii przesyłow ej, dochodząc - w zależności od długości linii - naw et do 30% jej im pedancji [7], Prow adzi to w przypadku zw arcia przy końcu pierw szej strefy do ko
nieczności znacznego je j w ydłużenia. W przeciw nym przypadku dochodzi do opóźnionego zadziałania zabezpieczenia (z czasem drugiej strefy). W [7] proponuje się dosyć kłopotliwe rozw iązanie, polegające n a instalacji dodatkow ego zabezpieczenia w p. C2 układu na rys. 4.
A lternatyw ą dla takiego podejścia m ogłoby być rozszerzenie funkcji adaptacyjnego układu zabezpieczeniow ego, zw łaszcza w kontekście postępującej integracji funkcji starow ania i za
bezpieczeń w stacjach elektroenergetycznych, ja k i m ożliw ości oferow anych przez funkcjo
nalne m oduły cyfrow e.
U w zględniając pow yższe rozw ażania, w adaptacyjnym układzie zabezpieczeń należy przyjąć następujące wejścia:
• dw ustanow e - położenia łączników w układzie dla identyfikacji jego topologii,
• pom iarow e - składow e fazorów napięć i prądów w punkcie zabezpieczeniow ym oraz im pedancji podłużnej, w ynikającej z aktualnych param etrów U PFC - napięcia gałęzi w zdłuż
nej LLToTaz składow ych p rądu gałęzi poprzecznej Z, i l T (ry s.l, 2),
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterowania i zabezpieczeń , 109
• sygnały alarm ow e, inform ujące o pobudzeniu lub zadziałaniu funkcji zabezpieczeniowych uzyskiw ane z m odułów w chodzących w skład układów zabezpieczeniow o-pom iarow ych obiektów sterow anych z A PRCS,
• sygnały w yjściow e uzyskane z m odułów identyfikacji zakłóceń FID (F ault Identification) obiektów sąsiednich (por. [2 0]).
Rys. 4. A daptacyjne zabezpieczenie odległościow e linii przesyłowej z układem U PFC oraz m odel układu przesyłow ego przyjęty do symulacji zakłóceń
Fig. 4. A daptive transm ission line distance protection w ith U PFC and transm ission System m odel assum ed for faults sim ulation studies
4. K O N C EPC JA A D APTAC Y JN EG O ZA BEZPIECZEN IA OD LEG ŁO ŚCIO W EG O LINII PR ZESY ŁO W EJ
N a rys. 4 przedstaw iono podstaw ow ą strukturę zabezpieczenia. Jak w idać, inform acjam i doprowadzanym i z obiektu są sygnały analogow e w postaci napięć fazowych oraz prądów przew odow ych toru chronionego i równoległego, które w zabezpieczeniu są poddane filtracji i przetw arzane na w artości dyskretne. Dodatkowo w prow adza się inform acje o stanie wszyst
kich łączników zainstalow anych w układzie, które następnie są w ykorzystyw ane przez adaptacyjny algorytm decyzyjny. M echanizm adaptacyjny m ożna zrealizow ać na bazie syste
m u ekspertow ego (ES), który na podstaw ie grom adzonych danych dobiera charakterystyki pom iarow e oraz w artości w spółczynników kom pensacji dla składow ych zerowych prądów w obu torach [11]. D odatkow o, m echanizm ten uw zględnia aktualne param etry układu UPFC
dla estym acji w artości im pedancji szeregow ej, dokonując następnie odpow iedniej korekcji pom iaru rzeczyw istej odległości do m iejsca zwarcia. W zabezpieczeniu nie m a konieczności przesyłania spróbkow anych w artości w ielkości prądów czy napięć z drugiego krańca linii oraz synchronizacji próbkow ania w stacjach skrajnych [1 2].
Inform acja o stanie łączników m a charakter binarny, co znacznie upraszcza realizację (nie je st w ym agany dostęp do łączy o znacznych przepływ nościach). W przypadku uszkodzenia łączy, zabezpieczenie m oże przejść w tryb pracy nieadaptacyjnej, tzn. m oże spełniać funkcje konw encjonalnego zabezpieczenia odległościow ego. W praktyce m ożna przyjąć, że zabez
pieczenie odległościow e będzie funkcjonow ać rów norzędnie z opisanym np. w [13] zabez
pieczeniem porów naw czo-prądow ym , stanow iąc uzupełnienie jego funkcji w warunkach uszkodzenia łącz lub błędów w transm isji danych zaw ierających inform acje o wartościach chw ilow ych prądów m ierzonych na krańcach linii zabezpieczanej. Rys. 5 przedstaw ia sche
m at pow iązań m odułów funkcjonalnych zabezpieczenia.
Lokalne wejścia Wejścia Sygnały dodatkowe
analogowe dwustanowe (opcja)
(«,0 W,...W7 (uT, iT, ><,...)
SCS - system sterowania stacją
Station Control System APRCS - adaptacyjny system sterow ania pre- wencyjno
restytucyjnego Adaptive Preventive- R estoration Control System
ZPP - zabezpieczenie porównawczo-prądowe C u rren t Com parison
Rys. 5. Struktura pow iązań m odułów funkcjonalnych w odległościow ym zabezpieczeniu adaptacyjnym (A Z O ^ ) dw utorowej linii przesyłowej
Fig. 5. F unctional m odules structure o f an adaptive distance protection (A D P ES) for double
circuit transm ission line
W y jśc ie s t e r u ją c e | I n te r f e js w y jśc io w y
(o tw arc ie W ,) j do ZPP
APRCS...
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterowania i zabezpieczeń 111
Program realizujący funkcje A ZO ES otrzym uje inform acje o wartości napięć i prądów fazowych obu torów w postaci kolejnych próbek, które zostają doprowadzone do modułów w yznaczających w artości napięć m iędzyfazow ych oraz różnicy prądów fazowych. Przebiegi napięć i prądów poddaw ane są wstępnej filtracji antyaliasingowej i doprow adzone do algo
rytm u w yznaczającego im pedancję, który dla każdej z trzech par napięcie-prąd w yznacza parę rezystancja-reaktancja pętli zwarciow ych m iędzyprzew odowych. Z kolei z przebiegów prądów fazow ych obu torów w yznaczone są składowe zerowe t01, i02, w ykorzystane do w yznaczenia skom pensow anych prądów fazowych tom chronionego. Tak skorygowane próbki prądów doprow adzane s ą ju ż do algorytm u obliczającego im pedancję, w yznaczającego również trzy pary przebiegów czasowych składow ych im pedancji dla pętli fazowych. System ekspertow y um ożliw ia dla każdej konfiguracji układu dobór osobnych wartości współczyn
ników kom pensacji własnej k ^ oraz wzajem nej k ^ [9, 11], A lgorytm pom iarow y oparto na m etodzie składow ych ortogonalnych, uzyskanych za pom ocą pary pełnookresow ych filtrów o oknach w postaci funkcji sinus i cosinus [15],
W eryfikacji opracow anego algorytm u decyzyjnego dokonano, opierając się na progra
m ie zrealizow anym w środow isku MATLAB®. G raficzny pulpit użytkow nika um ożliw ia w ybór pliku zw arciow ego (wygenerow anego np. przy użyciu program u EM TP/ATP) oraz p ełną w izualizację w yników działania algorytmu. Rys. 6 prezentuje przykładow e przebiegi decyzji dla zw arcia dw ufazow ego z ziem ią w strefie. W badaniach sym ulacyjnych przyjęto uśrednienie sygnału decyzyjnego za czw artą część okresu składowej podstaw owej, co pow o
duje opóźnienie czasu reakcji zabezpieczenia zw iększając jednak popraw ność jego działania.
P rzykładow ą sekw encję zdarzeń i odpow iadające jej przebiegi czasowe napięć i prądów uzyskane z sym ulacji EM TP przedstaw iono poniżej w tabeli 2 i na rys. 6.
Tabela 2 Przykładow a sekwencja zdarzeń w sym ulacji EMTP
Przedział Zdarzenie Czas
1 Inicj acj a program u [ 0 .. 1 0 0) ms
2 Inicjacja regulatora U PFC [1 0 0.. 2 0 0) ms
3 Stan ustalony [2 0 0 .. 300) ms
4 Zw arcie [300 .. 370) ms
5 Stan przejściow y zw iązany z elim inacją zw arcia [370 .. 500] ms
I l i l 1 1 1 l >
1 i i 1 1 l 1 1 l d e c y l a b e z p o ś r e d n i a ^ 7 d ^ a „ ¿ « d n i o n a ]
/ V v / V \:/ V w - -i\Ą - /* V t ' tx jr 7
OSI OM 8 03 0 04 OM SM 8.87 SM SM 0 1
0
• 1
... |
•6
0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 6 0 0 6 0 0 7 0 0 6 OOO 0 w ,
0 5
v ~jrv V !
0
- W4 -A-
-v
/ i-, - % £ -y y-i
- A r \ A■M
■- - -y y
-.
88! OM SM SM SM SM 8.07 SM SM 0.1■05 • J
/
0 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 4 0 0 6 0 0 6 0.07 0.06 0.00 0 1
c m W
S.S1 SM o n 0.04 0 08 OM SM SM SM 0.1
Cm» W
Rys. 6. P rzykładow e decyzje m odułu A Z O ^ przy zw arciu dw ufazow ym z ziem ią na końcu I strefy zabezpieczenia (b) oraz przebiegi zw arciow e napięć i prądów w linii (a) Fig. 6. E xem plary A D P ES m odule decisions (b) during d o u b le -p h a se-to -g ro u n d fault at the
end o f the 1st zone and line voltage and current w aveform s (a)
5. M O Ż L IW O Ś C I R EA LIZA C JI A D A PTA C Y JN EG O ZA B EZPIEC ZEN IA O D LE G ŁO ŚC IO W EG O , O PA R TEG O N A STR U K TU RA CH ANN
W ychodząc z rozw ażań analitycznych przedstaw ionych w cześniej m ożna sform ułow ać podstaw y m echanizm u adaptacyjnego zabezpieczenia odległościow ego, opartego na sztucznej sieci neuronow ej (AN N ) typu M LP [7, 8]. Zadaniem takiej sieci je s t estym acja aktualnego stanu układu przesyłow ego n a bazie danych grom adzonych zarówno w trybie off-line, ja k i on-line. W przypadku rozw iązania opartego na ES zarów no brak danych, ja k i ich nadm iar istotnie w pływ a n a zachow anie się zabezpieczenia. W pierw szym przypadku m oże spowo
dow ać zablokow anie m echanizm u adaptacyjnego, w drugim zaś znaczne w ydłużenie czasu podejm ow ania decyzji oraz zw iększenie ryzyka pojaw ienia się błędnych inform acji lub braku inform acji (niekom plem entam ości sygnałów ). Lepsze w łaściw ości adaptacyjne m ożna uzy
skać poprzez zastosow anie m odułów w ypracow yw ania decyzji o następujących własnościach:
• zdolność do „uczenia się” na bazie w zorców obrazujących różne stany SEE i związane z nim i błędy pom iaru im pedancji w zabezpieczeniu,
• znaczna liczba w ejść zarów no dw ustanow ych, ja k i analogow ych - na bazie w zorca nastę
puje klasyfikacja układu do określonej klasy stanów; zasadnicze klasy stanow ią: stan pracy norm alnej oraz stan zakłóceniow y,
• nieliniow ość - przejście od norm alnego stanu pracy do stanu zakłóceniow ego m a zazw y
czaj charakter nieliniow y,
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterowania i zabezpieczeń 113
• zdolność do uogólniania w ynikająca z konieczności przedstaw iania jedynie wybranych w zorców , ja k rów nież z ciągłości param etrów charakteryzujących SEE,
• niew rażliw ość na zakłócenia,
• szybkość w ypracow yw ania decyzji, tj. m ożliw ie krótki czas od chw ili zm iany stanu syste
m u (zm iany w ielkości w ejściow ych m odułu adaptacyjnego) do m om entu pojaw ienia się ustalonych w artości w ielkości korygujących nastaw y zabezpieczenia.
Przedstaw ione wyżej w ym agania spełniają sieci typu M LP. W zastosow aniu do modułu adaptacyjnego zabezpieczenia odległościow ego szczególnego znaczenia nabierają następujące w łasności tych sieci:
• m odelow anie procesu odbyw a się na zasadzie prezentacji par w ejście-w yjście,
• nieliniow y charakter sieci,
• zdolność do uogólniania - w procesie uczenia w ystarczające je st uw zględnienie najbardziej charakterystycznych przypadków ,
• tolerancja na zakłócenia - niew ielkie zakłócenia na w ejściu m a ją ograniczony wpływ na jak o ść sygnału w yjściow ego ze w zględu na rozproszenie inform acji w procesie prze
tw arzania,
• szybkość przetw arzania - w ynikająca z prostej struktury i jednokierunkow ego przepływu inform acji.
C z a s [ m s ]
%
200 250 300 350 400
C z a s [ m s ]
Rys. 7. P rzykładow e przebiegi napięć i prądów przy uw zględnieniu regulatora U PFC i zw arciu trójfazow ym w torze równoległym z przew rotem prądu (A B(2) -por. rys. 4) Fig. 7. Exem plary voltage and current w aveform s w ith U PFC sw itch-on assum ption and
th ree-p h ase fault in parallel circuit w ith current reversal (line A B (2)- com p. Fig. 4) K oncepcję układu adaptacyjnego zabezpieczenia odległościow ego, wykorzystującego sztuczną sieć neuronow ą (AZO ann), przedstaw iono na rys. 8. Podobnie ja k w przypadku
układu AZOgj, funkcjonow anie m echanizm u adaptacyjnego sprow adza się do określenia para
m etrów korygujących charakterystykę p om iarow ą zabezpieczenia.
Podstaw ow e inform acje, ja k ie należy doprow adzić do w ejścia sieci, to: w artość napięcia na szynach stacji, prąd w torze chronionym i torze (torach) sąsiednim , stany łączników w układzie, sygnały inform ujące o aktualnym stanie pracy i param etrach układu regulacji m ocy (U PFC ). L iczbę w ejść i rodzaj dostarczanej inform acji należy przyjm ow ać doświad
czalnie dla określonej konfiguracji układu. Z byt duża liczba i zbyt szerokie zakresy wielkości w ejściow ych m o g ą prow adzić do trudności w klasyfikacji układu do określonej klasy ze w zględu na utknięcie sieci w m inim um lokalnym . K onieczne m oże być w ów czas rozpro
szenie układu decyzyjnego n a sieci podrzędne (o określonym charakterze w ejść) w ypraco
w ujące decyzje cząstkow e, stanow iące w ejścia sieci globalnej. W ykorzystanie zdalnych sygnałów dw ustanow ych, ja k to przyjęto w A ZO ES i A ZO ann, daje pełniejsze możliwości identyfikacji aktualnej topologii układu, a ze w zględu na potrzebę przesyłu jed y n ie sygnałów binarnych w ym agania staw iane łączom są niewysokie. W przypadku A Z Oann naw et uszko
dzenie łącza um ożliw ia popraw ną identyfikację stanu układu przesyłow ego z linią zabez
pieczaną. K oncepcja taka m oże zostać z niew ielkim i m odyfikacjam i przeniesiona na układy o strukturze bardziej złożonej niż dw utorow a linia przesyłow a.
Moduł(y) adaptacyjny(e)
(ANN)
korekcja parametrów charakterystyki
impedancyjnej
Wyjście sterujące (otwarcie W ,) Interfejs wyjściowy Wybór architektury sieci określenie powiązań i wag
sieci
Optymalizacja struktury proces uczenia i testowania
sieci
Estymacja składowych
impedancji
Układ decyzyjny ubezpieczenia
Rys. 8. R ealizacja adaptacyjnego zabezpieczenia odległościow ego linii typu A ZO ann Fig. 8. C oncept o f an adaptive transm ission line distance protection AD Pann
M ożliw ości realizacji adaptacyjnych fu n k c ji sterow ania i zabezpieczeń 115
6. W N IO SK I I U W A G I K O Ń C OW E
Testy algorytm u decyzyjnego A ZO opartego na doradczym system ie ekspertowym w ykazały, że czas reakcji na zwarcia w najniekorzystniejszych przypadkach nie przekracza 30 ms, natom iast m inim alny czas reakcji nie je st krótszy niż 10 ms. C zasy te w ynikają z przyjętej koncepcji w yznaczania składowych impedancji i pełnookresow ego okna pom iaro
w ego, ja k rów nież uśredniania decyzji n a w yłączenie dla zapew nienia m aksym alnej selek
tywności zabezpieczenia. Przeprowadzone badania potw ierdziły hipotezę, że znajom ość topo
logii układu zabezpieczanego i jego najbliższego otoczenia m oże istotnie popraw ić warunki pracy zabezpieczenia odległościow ego, tj. ograniczyć w pływ niektórych czynników fałszu
jących pom iar im pedancji pętli zwarciowej. U w zględnienie w ejść dla sygnałów pochodzących z układów regulacji (np. U PFC) w iąże się z rozbudow aniem funkcji pom iarowych zabezpieczenia, a w szczególności układu korekcji charakterystyki pom iarowej w celu jej adaptacji do aktualnych param etrów linii zabezpieczanej.
Pew ne ograniczenia m ożliw ości m echanizm u adaptacyjnego opartego na regułach decy
zyjnych, objaw iające się np. błędną decyzją przy braku lub niejednoznaczności informacji wejściow ej, m ożna przezw yciężyć stosując m oduły adaptacyjne oparte n a strukturach sztucz
nych sieci neuronow ych. M ożliw ości te będ ą przedm iotem dalszych badań.
LITER ATU RA
1. K rem ens Z., Sobierajski M.: Analiza system ów elektroenergetycznych. W NT, W arszawa 1996.
2. Povh D. (convenor): Load flow control in high voltage pow er system s using FACTS controllers. CIG RE Task Force 38.01.06, 1996.
3. EM TP Center: A lternative Transients Program - Rule Book, Leuven EM TP Center, 1987.
4. CIG RE Publications: A pplication guide on protection o f com plex transm ission networks configurations. CIG R E W G -34.04, 1990.
5. K ulicke B., H inrichs H.-J.: Param eteridentifikation und O rdnungsreduktion m it Hilfe des Sim ulationsprogram m s N etom ac, etzArchiv Bd. 10 (1988) H.7, s. 207-213.
6. PSC A D /EM TD C V ersion 3.0 M anual, M anitoba H VDC Research Centre, Manitoba, Canada, 1998.
7. N iebur D. et al.: A rtificial N eural N etw orks for Pow er System s: A literature Survey.
Engineering Intelligent System s, V o l.l, No. 3 ,1 9 9 3 , pp. 133-157.
8. Jongepier A.G ., van der Sluis L.: Adaptive D istance Protection o f D ouble-C ircuit Lines using A rtificial N eural Networks. IEEE Trans. O n Pow er Delivery, Vol. 12, N o .l, Jan.
1977, pp.97-105.
9. Żydanow icz J.: Elektroenergetyczna autom atyka zabezpieczeniowa, t.II. A utom atyka eli
m inacyjna. W N T, W arszaw a 1978.
