КЛАСТЕРНОЕ УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для синхронизированных измерений параметров в системах мониторинга, управления и защиты электроэнергетических систем.
Из существующего уровня техники известны устройства синхронизированных векторных измерений параметров электроэнергетических систем (Phasor Measurement Unit - PMU), например, по публикациям [1, 2].
Блок-схема устройства синхронизированных векторных измерений (Phasor Measurement Unit - PMU) представлена на фиг.1a. Устройство состоит из антиэлайзингового (защиты от наложения спектров) фильтра (1), аналого-цифрового преобразователя (2), процессора для цифровой обработки сигнала (3), блок-схема которого представлена на фиг.1б, и процессора (4) для формирования по определенному протоколу кадров, состоящих из результатов цифровой обработки сигнала и временных величин, полученных от сигналов спутниковой системы навигации (Global Positioning System - GPS).
Устройства синхронизированных измерений устанавливаются в различных точках электроэнергетической системы, при этом цифровая обработка полученных сигналов и формирование кадров из результатов этой обработки с прикрепленными данными от системы GPS производится непосредственно в этих устройствах. Далее сформированные кадры в соответствии с заданным протоколом отсылаются по коммуникационным сетям в концентратор данных (Phasor Data Concentrator - PDC), а затем в сервер.
1
2
3
K
A
B
C
N
A
B
C
0
s
s
s
i
j
1
2
N
j
n
Работа известных устройств PMU и их использование поясняется фиг.2. На входы устройств синхронизированных векторных измерений PMU, PMU, PMU,…,PMU поступают аналоговые сигналы x(t) (в трехфазной сети переменные x(t) - это напряжения u, u, u, u и токи i, i, i, i.), которые дискретизируются с некоторой частотой f (как правило, с целью применения быстрого преобразования Фурье - БПФ, с частотой дискретизации кратной 2 на периоде промышленной частоты, например f=6400 Гц, т.е. 128 точек отсчета, или f=12800 Гц, т.е. 256 точек отсчета на периоде промышленной частоты 50 Гц). Каждое устройство PMU полученные мгновенные величины на отрезке времени T(T=T=…=T, или адаптивно изменяются в соответствии с текущей частотой сети, обычно T кратно периоду промышленной частоты) в локальной точке электрической сети также локально перерабатывает в комплексные (векторные в полярной системе координат) величины  которые, соответственно, характеризуют эту локальную точку сети. Объединение в совокупную величину  производится концентратором данных PDC. Ряд значений  характеризует наблюдаемую часть энергосистемы. Данные значения используются при диспетчерском управлении, в системе мониторинга WAMS - World Area Measurement System, в том числе для верификации модели энергосистемы. Поскольку данные об энергосистеме получаются в комплексном (векторном) виде, то и верификация производится для модели электроэнергетической системы (ЭЭС), в основе которой лежат комплексные величины.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по патенту US 20100072978 [3], на входы которого подаются сигналы из двух точек сети, при этом из одной точки сети - от трансформаторов напряжения и тока, а из другой точки сети - от стандартного устройства синхронизированных векторных измерений PMU, и включает дополнительно к известным по [1, 2] устройствам синхронизированных измерений параметров электроэнергетической системы блок вычисления угла между векторами напряжений, измеренных в двух точках сети.
Недостатками данного технического решения является локальный способ обработки полученной информации о локальных процессах в электроэнергетической системе и получение дополнительного параметра (угла между векторами напряжений) как разницы между двумя локальными величинами. Следствием чего является невозможность получения полных и достоверных данных о параметрах электроэнергетической системы и происходящих в ней общесистемных процессах в стационарных и переходных режимах, в частности, невозможность точного определения частоты вынужденного процесса в переходных режимах при наличии в электроэнергетической системе вынужденных и свободных составляющих [4].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание устройства для получения более полных и достоверных данных о параметрах электроэнергетической системы и происходящих в ней общесистемных процессах в стационарных и переходных режимах.
UTC
Данная задача решается заявляемым в качестве полезной модели Кластерным устройством синхронизированных измерений параметров электроэнергетических систем, включающее блок синхронизированных измерений сигналов от электрической сети, состоящий из антиэлайзингового фильтра, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом блока для формирования кадров из цифровых значений сигналов от электрической сети и временных сигналов спутниковой системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС для передачи по коммуникационной сети реального времени, благодаря тому, что, согласно полезной модели, устройство представляет собой кластер, в который введены К (как минимум 2) блоков синхронизированных измерений сигналов от электрической сети, высокопроизводительный компьютер (хост-компьютер) и объединяющая их коммуникационная сеть, при этом блоки синхронизированных измерений сигналов от электрической сети установлены в различных точках электрической сети и подключены к датчикам (трансформаторам) тока и напряжения и формируют по определенному протоколу кадры из цифровых мгновенных значений напряжений и токов электроэнергетической системы и временных сигналов спутниковой системы позиционирования (1PPS, t) и затем передают по коммуникационной сети реального времени в хост-компьютер, который рассчитывает параметры электроэнергетической системы, используя совокупность полученных синхронизированных данных из различных точек электрической сети.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной новой совокупностью признаков, является получение более полных и достоверных данных о параметрах электроэнергетической системы и происходящих в ней процессах в стационарных и переходных режимах.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.3 - блок-схема кластерного устройства синхронизированных измерений параметров электроэнергетической системы;
- на фиг.4 - схема, поясняющая работу кластерного устройства и использование синхронизированных измерений параметров электроэнергетических систем.
1
2
3
K
A
B
C
N
A
B
C
0
n
Работает кластерное устройство синхронизированных измерений параметров электроэнергетической системы следующим образом. С выходов датчиков (трансформаторов) тока и напряжения вторичных сетей электроэнергетической системы на входы антиэлайзинговых фильтров (1) блоков синхронизированных измерений мгновенных значений напряжений и токов электроэнергетической системы PMU-1, PMU-1, PMU-1,…, PMU-1 поступают переменные сигналы u, u, u, u и i, i, i, i, которые дискретизируются в аналогово-цифровых преобразователях (2) с некоторой частотой (как правило, с частотой дискретизации кратной 2 на периоде промышленной частоты).
UTC
i
j
j
В блоках (3) производится формирование по определенному протоколу кадров из цифровых на каждом шаге дискретизации мгновенных значений сигнала и временных сигналов (1PPS, t) и передача по коммуникационным сетям реального времени (например, Ethernet RT). Дискретные величины мгновенных значений  (соответственно, напряжения и токи) от каждого блока синхронизированных измерений мгновенных значений напряжений и токов электроэнергетической системы PMU-1 поступают на входы высокопроизводительного компьютера (хост-компьютера) (4). В буфере (4-1) этого компьютера накапливаются цифровые сигналы от К блоков PMU-1 кластерного устройства на промежутке времени T, затем процессором (4-2) эта матрица обрабатывается по специальному алгоритму (например, в соответствии с [5]). На каждом отрезке T будет получаться совокупность величин  которая в частности может быть использована:
- (4-2) - для расчета векторных величин токов и напряжений в полярной системе координат (модуль и угол),
- (4-3) - частоты, полных, активных и реактивных мощностей.
Величина |x|tτ от кластерного устройства синхронизированных измерений параметров электроэнергетической системы будет являться срезом мгновенных значений для электродинамической модели электроэнергетической системы, представленной в алгебродифференциальном виде  - вектор параметров, и поэтому может быть использована для идентификации представленной модели электроэнергетической системы, а также управления (WACS - World Area Control System) и защиты (WACS - World Area Protection System) электроэнергетических систем в стационарных и переходных режимах.
Литература
1. Phadke A.G., Thorp J.S. Computer relaying for power systems. John Wiley & Sons, Inc. New York, NY, USA. 1988.
2. Phadke A.G., Thorp J.S. Synchronized Phasor Measurements and Their Applications. Springer Science+Business Media, LLC 2008.
3. Patent US 20100072978. Seki; Kempei. Snchrophasor Measuring Device and Inter-bus-line Phase Angle Difference Measurement Unit Using the Same. International Class: G01R 23/02. Publication Date: 25/03/2010.
4. Максимов Б.К., Арцишевский Я.Л., Климова Т.Г., Журавлев Д.М. Мониторинг частоты в переходных режимах работы электрической сети / Электричество, №4, 2010, стр.13-16.
5. Джумик Д.В. Определение параметров схем замещения линий электропередачи, силовых конденсаторов и резисторов, реакторов по массивам мгновенных значений токов и напряжений в рабочих режимах. / Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Томск. 2008.