ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

Человек не успевает правильно реагировать на опасные ситуации, а сложность энергосистемы является препятствием для однозначных действий инженера. В таких случаях полагаются на правильное действие автоматических устройств. Кафедра дает знания, как создать, настроить и обслуживать такие устройства.
Программа "Электроэнергетика и электротехника" длительностью в 4 года направлена на получение студентами базовых, фундаментальных знаний в электроэнергетике. Студенты преобретают технические знания и вооружаются математическими методами, которые преподаются ведущими специалистами отрасли.
С третьего курса студенты изучают общеэнергетические дисциплины, а на 4 курсе происходит специализация по профилю, появляются дисциплины, которые напрямую связаны с релейной защитой.

Научно-образовательный центр (НОЦ) «Надежность и эффективность РЗА, противоаварийной автоматики (ПА) и телекоммуникаций в интеллектуальной элект­роэнергетической системе с активно-адаптивными сетями» создан при поддержке ОАО «ФСК ЕЭС» в НИУ «МЭИ» на кафедре РЗ и АЭс в 2011 г. (научный руководитель А.Ф. Дьяков).

Экспериментальной базой НОЦ является програм­мно-аппаратный комплекс реального времени RTDS (Real Time Digital Simulation), открывающий принци­пиально новые возможности для исследования нор­мальных и аварийных режимов энергосистем с функ­ционированием в режиме реального времени вирту­ального силового оборудования и реальных промыш­ленных устройств РЗА, ПА, систем контроля и управления. В структуре RTDS предусмотрена воз­можность исследования моделей энергосистем боль­шой размерности.

Основными направлениями научной деятельности НОЦ НИУ «МЭИ» в электрических сетях высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжения явля­ются:

- исследование электромагнитных и электромехани­ческих переходных процессов в интеллектуальной электроэнергетической системе с активно-адаптив­ной сетью (ИЭС ААС) в реальном масштабе времени с моделированием систем автоматического управ­ления разработка и исследование новых алгоритмов автоматического регулирования, релейной защиты и автоматики энергосистем;

- комплексное тестирование реальных систем авто­матического регулирования, устройств РЗА и ПА с аналоговыми интерфейсами нового поколения;

- комплексное тестирование реальных устройств РЗА и ПА цифровых подстанций, функционирующих по условиям стандарта МЭК 61850;

- разработка и верификация электронной модели участка сети с применением инновационных техни­ческих решений [управляемого шунтирующего реак­тора, статического компенсатора (СТАТКОМ) и ста­тического тиристорного компенсатора];

- разработка концепции и отработка принципов создания цифровой подстанции;

- тестирование устройств РЗА и ПА для выявления причин неправильных действий при технологических нарушениях;

- исследование и анализ аварий, связанных с непра­вильной работой устройств РЗА с помощью програм­мно-аппаратного комплекса RTDS;

- разработка концепции и проведение научно-иссле­довательских работ в области создания и обеспечения надежности и эффективности инновационных цифро­вых систем релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики электроэнергетических систем на базе современных средств вычислительной тех­ники и перспективных информационных технологий, соответствующих требованиям МЭК 61850 и др.

Программно-аппаратный комплекс RTDS приме­няется при анализе работы и тестировании реальных терминалов различного назначения. На кафедре про­ведены испытания натурных микропроцессорных (МП) регуляторов возбуждения сильного действия.

Для этого была разработана схема подключения автоматического регулирования возбуждения (АРВ) к RTDS-моделям различных тестовых конфигураций сетей, работающих в контрольных режимах. Созданы сигналы, имитирующие тестовые возмущающие воз­действия, и сигналы, соответствующие действию управляющей аппаратуры.

При этом на реальные устройства АРВ подавались сигналы тока и напряжений, соответствующие изме­рениям реальных ТТ (0—5 А) и ТН (0—100 В), а выходные управляющие воздействия от АРВ в виде команд управления тиристорами подавались на вир­туальную модель генераторов, включающую тиристорную систему возбуждения.

Данные испытания АРВ являются основой при выборе параметров настройки МП АРВ, обеспечива­ющих нужное качество регулирования с учетом раз­личных схемно-режимных ситуаций в ЕЭС, анализа аварийных ситуаций, связанных с АРВ, а также для повышения квалификации кадров в данном направле­нии.

На кафедре РЗиАЭС выполняется также ряд научно-исследовательских работ (НИР), направленных на создание систем РЗиА нового поколения, необходимых для реализации концепции интеллекту­альных энергосистем с активно-адаптивной сетью (ИЭС с ААС). Получены первые практические результаты выполнения таких НИР. В частности, раз­работана система адаптивного автоматического управления средствами компенсации реактивной мощности на подстанциях единой национальной электросети (ЕНЭС), которая позволяет поддержи­вать заданное значение напряжения на шинах путем согласованного управления плавно управляемых и коммутируемых средствах компенсации реактивной мощности (СКРМ) с адаптивной подстройкой сис­темы к изменениям интенсивности влияния компен­сируемой реактивной мощности на уровень напряже­ния на регулируемых шинах при одновременном сни­жении потерь электроэнергии в самих СКРМ и повы­шении качества электроэнергии.

Кроме того, был разработан усовершенствован­ный регулятор для управляемого устройства продоль­ной компенсации в аварийных режимах, обладаю­щего повышенной эффективностью гашения колеба­ний. Регулятор обеспечивает уменьшение энергии ускорения на 20—40 % по сравнению с традицион­ными методами на каждом периоде колебаний, что позволяет в ряде случаев предотвращать возникнове­ние асинхронных режимов работы энергосистемы.

Также были разработаны новые алгоритмы работы дистанционных защит, обеспечивающие повышение чувствительности и быстродействия первой ступени, что позволяет зафиксировать и расширить суммар­ную защищаемую зону линии с управляемыми уст­ройствами продольной компенсации (УУПК на 30 % длины линии при минимальном объеме дополни­тельно устанавливаемого оборудования.

В ближайшем будущем планируется завершить и другие научно-исследовательские работы, направлен­ные на разработку интеллектуальных систем управле­ния и защиты по темам:

1) адаптивная автоматика устройств резервирова­ния при отказах выключателей;

2) адаптивная автоматика оперативной блоки­ровки управления разъединителями и заземляющими ножами;

3) интеллектуальная система обработки данных аварийных событий и анализа функционирования устройств релейной защиты и автоматики;

4) интеллектуальная система управления средс­твами компенсации реактивной мощности на под­станциях;

5) интеллектуальное устройство регулирования напряжения в распределительных сетях 6—20 кВ.

Испытательный комплекс Научно-исследовательского и образовательного центра «Надежность и эффективность РЗА и телекоммуникаций в ИЭС ААС» имени Анатолия Федоровича Дьякова включает в себя терминалы релейной защиты последнего поколения, устройства противоаварийной автоматики, регуляторы возбуждения, векторные измерители с синхронизацией ГЛОНАСС, цифровые многофункциональные измерительные преобразователи, прототипы устройств релейной защиты.

Аналогичное оборудование используется в современных цифровых подстанциях. В центре размещен программно-аппаратный комплекс для моделирования в реальном времени (RTDS), позволяющий моделировать в реальном времени различные источники сигналов. В опытах студенты изучают протоколы передачи данных, производят настройку, подключение и параметрированние устройств.

RTDS (Real Time Digital Simulator) – цифровой программно-аппаратный комплекс моделирования энергосистем в режиме реального времени, канадской компании RTDS Technologies Inc. В настоящее время в Европе всего несколько подобных комплексов.

Основные задачи, решаемые с применением RTDS:

-        моделирование в режиме жесткого реального времени энергетических систем различной конфигурации, включающих как традиционные элементы (генераторы, трансформаторы, линии), так и современные внедряемые устройства, а также активно-адаптивные сети (Smart Grid);

-        детальное исследование режимов систем переменного и постоянного тока, в том числе с использованием физического оборудования, подключенного с жесткой обратной связью, сохранение и повторное воспроизведение результатов моделирования;

-        всесторонние испытания реального оборудования в условиях, максимально близких к тем, которые имеют место в реальных энергосистемах;

-        разработка и проверка алгоритмов действия устройств управления, регулирования и защиты (в том числе систем управления FACTS, HVDC, SVC).

Комплекс RTDS состоит из:

-     шкафа RTDS, содержащего в своём составе вычислительные платы, платы дискретного и аналогового ввода-вывода, а также различные интерфейсные платы;

-     шкафов усилителей PONOVO POWER. Входные сигналы усиливаются до уровня, требуемого для нормальной работы терминалов РЗА.

ПАК RTDS установленный на кафедре РЗиАЭ НИУ «МЭИ» содержит в своём составе:

-        3 кассеты (Rack);

-        11 вычислительных плат PB5;

-        3 платы GTWIF;

-        6 плат GTNET с прошивками SV, GSE и 104;

-        2 платы GTNETx2 с прошивками SV, GSE и 104;

-        2 платы аналогового вывода GTAO по 12 каналов каждая;

-        1 плата аналогового ввода GTAI с 12 каналами;

-        2 платы GTFPI, к которым подключается одна панель дискретного ввода-вывода с 16 выходами и две высоковольтные панели по 16 выходов;

-        Global Bus Hub (GBH) для объединения трех и более кассет;

-        1 плата синхронизации GTSYNC (1PPS/EEE 1588);

Среди оборудования релейной защиты имеются:

-        терминалы третьего поколения дифференциальный защиты и защиты линий фирмы «ЭКРА»;

-        терминалы дифференциальной защиты и защиты линий фирмы «ABB»;

-        терминалы дифференциальной защиты и защиты линий фирмы «Siemens»;

-        комплексы противоаварийной автоматики «МКПА-2» фирмы «ProSoft»;

-        прототипы устройств релейной защиты собственного производства;