СПОСОБ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭНЕРГООБЪЕКТА
METHOD OF RELAY PROTECTION OF POWER INDUSTRY FACILITY

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике электроэнергетических систем. Первым аналогом заявляемого способа является многофазное реле Бреслера [1], в котором впервые осуществлено объединение всех доступных информационных параметров, а не только двух, как в реле сопротивления. Развитием идеи объединения всей имеющейся информации стали алгоритмические (виртуальные) реле [2, 3], включаемые непосредственно в предполагаемые ветви повреждений. Способ формирования замеров виртуальных реле определял принцип объединения всей доступной информации. Однако включаемые виртуальные реле работали несовместно, и их распознающая способность оказывалась также недостаточной.
Техническое решение [4], позволяющее качественно повысить распознающую способность, заключалось в задании уставочного пространства в виде множества уставочных плоскостей (плоскостей двумерных сигналов), разбиения каждой уставочной плоскости на отдельные ячейки, кодирования наборов ячеек и обучения защиты срабатывать от кодов, определяющих контролируемые режимы, и не срабатывать от кодов, определяющих режимы, альтернативные контролируемым. Заложенные принципы определяли высокую общность способа. Однако принцип разбиения уставочных плоскостей на ячейки оставался формальным; возникла проблема разграничения массивов кодов срабатывания и кодов блокирования защиты.
Известно техническое решение [5], в котором удалось отойти от принципов, заложенных в техническом решении [4] без ущерба для общности способа при одновременном его упрощении. Техническое решение [5] заключалось в представлении структуры любой защиты модулями двух типов: первый формировал сигнал на срабатывание, второй - на блокирование защиты; вводились иерархические последовательности дополнительных модулей как первого, так и второго типов. В пределах каждой иерархической последовательности модуль первого типа обучался на первой уставочной плоскости контролируемыми режимами, выделенными для данной иерархической последовательности из всего числа контролируемых режимов. Далее определялись альтернативные режимы, которые вызывали срабатывание модуля первого типа и отображались на вторую плоскость двумерных сигналов. На вторую уставочную плоскость отображались все контролируемые режимы, которые вызывали срабатывание модуля первого типа. Область срабатывания модуля второго типа определялась как пересечение областей контролируемых и альтернативных режимов на второй плоскости двумерных сигналов. Модули первого и второго типа в пределах первой иерархической группы включались по схеме И. Модуль второго типа играл блокирующую роль. Последующая иерархическая группа модулей обучалась посредством наращивания области отображения контролируемых режимов на первой уставочной плоскости. Такой принцип обучения модулей обуславливает сужение функциональных возможностей способа. Всегда существует вероятность таких контролируемых режимов работы защищаемого объекта, отображения которых на первой уставочной плоскости находятся на достаточном расстоянии от отображений альтернативных режимов, но на второй уставочной плоскости они расположены в области блокирования модуля второго типа. Данные контролируемые режимы, распознаваемые на первой уставочной плоскости и вызывающие срабатывание модуля первого типа, также вызовут срабатывание (формирование блокирующего сигнала) модуля второго типа и, следовательно, неправомерное блокирование защиты в этих режимах.
Цель изобретения заключается в расширении функциональных возможностей при одновременном упрощении способа.
Поставленная цель достигается тем, что структура любой защиты сводится к модулям двух типов; модуль первого типа формирует сигнал на срабатывание, модуль второго типа формирует разрешающий сигнал. Модули обучаются от имитационных моделей контролируемых и альтернативных режимов защищаемого объекта. В отличие от принципа обучения модулей прототипа, модули первого типа обучают на плоскости двумерных сигналов только распознаваемыми контролируемыми режимами, область отображения которых на плоскости двумерных сигналов не образует пересечение с областью отображения альтернативных режимов. Модули второго типа обучают только оставшимися нераспознанными контролируемыми режимами, область отображения которых на плоскости двумерных сигналов образует пересечение с областью отображения альтернативных режимов. Далее, на второй уставочной плоскости отображают только те контролируемые и альтернативные режимы, которые вызывают срабатывание модуля второго типа (формирование разрешающего сигнала). Последующий модуль первого типа обучают на второй уставочной плоскости только распознаваемыми контролируемыми режимами, область отображения которых не образует пересечение с областью отображения альтернативных режимов. Иными словами, идея изобретения заключается в том, что обучение модулей первого типа только распознаваемыми контролируемыми режимами обеспечивает однозначное срабатывание защиты в этих режимах. При этом судьба нераспознаваемых контролируемых режимов определяется совместным действием первого модуля второго типа и второго модуля первого типа (обученного на второй плоскости двумерных сигналов), объединенных согласно первому зависимому пункту формулы по схеме И. Первой иерархической группой модулей считается первый модуль первого типа, второй иерархической группой считаются первый модуль второго типа и второй модуль первого типа, объединенные схемой И. Выходы всех иерархических групп модулей объединяют схемой ИЛИ.
Во втором зависимом пункте формулы приводится развитие возможности обучения защиты посредством построения ее из множества иерархических групп, обучаемых рекуррентно на множестве уставочных плоскостей. Обучение каждого последующего модуля первого и второго типа проходит на плоскости двумерных сигналов, отличной от плоскостей двумерных сигналов, на которых проходило обучение всех предшествующих модулей первого и второго типов. При этом выходы всех иерархических групп объединяются по схеме ИЛИ.
В третьем зависимом пункте формулы приводится развитие возможности обучения защиты посредством построения ее из множества иерархических групп, обучаемых рекурсивно на множестве плоскостей двумерных сигналов. Проводят рекуррентное обучение защиты на множестве плоскостей двумерных сигналов, затем каждый последующий модуль первого и второго типов обучают на этом же множестве плоскостей двумерных сигналов, но в порядке чередования плоскостей, обратном тому, согласно которому осуществляли рекуррентное обучение. Это означает, что при рекурсивном обучении на трех уставочных плоскостях (в частном случае) модули первого типа будут обучаться следующим способом: первый модуль обучается на первой уставочной плоскости, второй - на второй, третий - на третьей, четвертый - на второй, пятый - на первой уставочной плоскости. При этом модули второго типа будут обучаться следующим способом: первый модуль обучается на первой уставочной плоскости, второй - на второй, третий - на третьей, четвертый - на второй уставочной плоскости.
α1
β1
На фиг.1-3 приведены иллюстрации, необходимые для пояснения предлагаемого способа рекуррентного обучения защиты. Фиг.1 поясняет первый (начальный) этап обучения защиты. Элемент 1 представляет собой исходную область объектных параметров контролируемых режимов С, элемент 2 - исходная область объектных параметров альтернативных режимов G. Элемент 3 - первая плоскость двумерных сигналов.
α2
β2
Фиг.2 поясняет второй этап обучения защиты. Пунктиром показаны исходные границы объектных областей. Элементы 4, 5 представляют собой области объектных параметров контролируемых G и альтернативных G режимов, полученные после первого этапа обучения защиты. Элемент 6 - вторая плоскость двумерных сигналов.
α3
β3
Фиг.3 поясняет третий этап обучения защиты. Пунктиром показаны границы объектных областей на втором этапе обучения. Элементы 7, 8 представляют собой области объектных параметров контролируемых С и альтернативных G режимов, полученные после второго этапа обучения защиты. Элемент 9 - третья плоскость двумерных сигналов.
Фиг.4 иллюстрирует цепочки прямых и обратных преобразований, определяющих на каждом этапе рекуррентного обучения защиты области срабатывания модулей первого и второго типов.
Фиг.5 иллюстрирует структурную схему защиты, обученной рекуррентным способом на трех уставочных плоскостях. Элементы 10, 12, 14 - модули первого типа, полученные соответственно на первом, втором, третьем этапах обучения. Элементы 11, 13 - модули второго типа, полученные соответственно на первом и втором этапах обучения. Элементы 15, 16 - логические элементы И. Элемент 17 - логический элемент ИЛИ.
Фиг.6 иллюстрирует структурную схему защиты, обученной рекуррентным способом на n уставочных плоскостях. Элементы 18, 20, 22, 24 - модули первого типа, полученные соответственно на 1-ом, i-ом, i+1-ом, n-ом этапах обучения. Элементы 19, 21, 23 - модули второго типа, полученные соответственно на i-1-ом, i-ом, n-1-ом этапах обучения. Элементы 25, 26, 27 - логические элементы И. Элемент 28 - логический элемент ИЛИ.
Фиг.7 поясняет этапы обучения защиты при рекурсивном обучении.
Фиг.8 иллюстрирует цепочки прямых и обратных преобразований, определяющих на каждом этапе рекурсивного обучения защиты области срабатывания модулей первого и второго типов.
Фиг.9 иллюстрирует структурную схему защиты, обученной рекурсивным способом на двух уставочных плоскостях. Элементы 29, 31, 33 - модули первого типа, полученные соответственно на первом, втором, третьем этапах обучения. Элементы 30, 32 - модули второго типа, полученные соответственно на первом и втором этапах рекурсивного обучения. Элементы 34, 35 - логические элементы И. Элемент 36 - логический элемент ИЛИ.
α1
α1
α1
β1
β1
β1
αα1
α1
β1
αβ1
α1
β1
α,αβ1
α
αβ1
β,αβ1
β
αβ1
На первом этапе рекуррентного обучения исходные объектные области (фиг.1) 1, 2 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области S=F(G), S=F(G) на первой уставочной плоскости 3. Далее формируются области срабатывания модулей первого S=S\S и второго S=S∩S типов. Определяются те контролируемые и альтернативные режимы, которые вызывают срабатывание модуля второго типа: S=S∈S, S=S∈S. Осуществляется обратное преобразование , .
α2
α2
α2
β2
β2
β2
αα2
α2
β2
αβ2
α2
β2
α,αβ2
α
αβ2
β,αβ2
β
αβ2
На втором этапе обучения (фиг.2) полученные объектные области 4, 5 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области S=F(G), S=F(G) на уставочной плоскости 6. Далее, аналогично предыдущему этапу обучения формируются области срабатывания модулей первого S=S\S и второго S=S∩S типов. Определяются те контролируемые и альтернативные режимы, которые вызывают срабатывание модуля второго типа: S=S∈S, S=S∈S. Осуществляется обратное преобразование , .
αα3
α3
α1
α3
ββ3
β3
β1
β3
αα3
ββ3
На третьем этапе (фиг.3) полученные объектные области 7, 8 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области S=S=F(G), S=S=F(G) на уставочной плоскости 9. При этом в данном примере области отображения контролируемых и альтернативных режимов S, S не только не пересекаются, но и находятся на достаточном расстоянии друг от друга. При этом необходимость в модуле второго типа четвертой иерархической группы отсутствует. Цикл этапов обучения завершается.
Структура защиты на фиг.5 отражает рекуррентный способ обучения на трех уставочных плоскостях. В первую иерархическую группу модулей входит только один модуль первого типа 10. Во вторую иерархическую группу модулей входят второй модуль первого типа 12 и первый модуль второго типа 11. В третью иерархическую группу модулей входят третий модуль первого типа 14 и второй модуль второго типа 13.
Структура защиты, обученной рекуррентно на n уставочных плоскостях, может быть представлена так, как это проиллюстрировано на фиг.6. При этом i-ая иерархическая группа модулей образуется i-ым модулем первого типа и i-1-ым модулем второго типа.
На первом этапе рекурсивного обучения (фиг.7) исходные объектные области 1, 2 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области ,  на уставочной плоскости 3. Верхний индекс определяет номер итерации отображения контролируемых и альтернативных режимов на определенной уставочной плоскости. Далее формируются области срабатывания модулей первого  и второго  типов. Определяются те контролируемые и альтернативные режимы, которые вызывают срабатывание модуля второго типа: , . Осуществляется обратное преобразование , .
На втором этапе обучения полученные объектные области 4, 5 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области ,  на уставочной плоскости 6. Далее аналогично предыдущему этапу формируются области срабатывания модулей первого  и второго  типов. Определяются те контролируемые и альтернативные режимы, которые вызывают срабатывание модуля второго типа: , . Осуществляется обратное преобразование , .
На третьем этапе полученные объектные области 7,8 посредством имитационных моделей преобразуются в соответствующие уставочные области ,  на первой уставочной плоскости 3. При этом области отображения контролируемых и альтернативных режимов ,  для рассматриваемого примера не только не пересекаются, но и находятся на достаточном расстоянии друг от друга. Необходимость в модуле второго типа четвертой иерархической последовательности отсутствует. Цикл этапов обучения завершается. Всю цепочку прямых и обратных преобразований, определяющих на каждом этапе рекурсивного обучения защиты области срабатывания модулей первого и второго типов, можно проследить на фиг.8.
Структура защиты на фиг.9 отражает рекурсивный способ обучения на двух уставочных плоскостях. В первую иерархическую группу модулей входит только один модуль первого типа 29. Во вторую иерархическую группу модулей входят второй модуль первого типа 31 и первый модуль второго типа 30. В третью иерархическую группу модулей входят третий модуль первого типа 33 и второй модуль второго типа 32.
1
2
В отличие от структурной схемы защиты, отражающей рекуррентный способ обучения (фиг.5), входными величинами структурной схемы, отражающей рекурсивный способ обучения (фиг.9), являются только два замера z, z, что особенно ценно при ограниченном числе используемых информационных параметров.
Благодаря заявляемому принципу обучения модулей первого типа распознаваемыми на некоторой уставочной плоскости контролируемыми режимами и модулей второго типа нераспознаваемыми контролируемыми режимами у данного способа появляются широкие функциональные возможности. На последующих этапах рекуррентного обучения дополнительные информационные параметры могут быть добавлены посредством введения дополнительных иерархических групп модулей без ущерба для предыдущих иерархических групп, повышая на каждом этапе обучения распознающую способность защиты. При ограниченности числа информационных параметров рекурсивный способ обучения защиты на множестве уставочных плоскостей является особенно ценным.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №66343, кл. H02H 3/28, 1944.
2. Патент РФ №1775787, кл. H02H 3/40, 1991.
3. Патент РФ №2066511, кл. H02H 3/40, G01R 31/08, 1992.
4. Патент РФ №2247456, кл. H02H 3/40, 2002.
5. Патент РФ №2316872, кл. H02H 3/40, 2008 (прототип).