Bojan Grčar - Komite CIGRE CIRED
Človek se uči le na dva načina: eno je branje, drugo pa je druženje s pametnejšimi od sebe. (Will Rogers) Zaščita EES v poučevanju in raziskovanju na FERI Bojan Grčar 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Sodelavci IME-energetika Področje zaščite na FERI kot samostojni predmet od sredine 80-tih. Področje smo ohranili tudi po bolonjski prenovi 2007 na prvi (VS) in drugi (MAG) stopnji kot obvezni strokovni predmet. DRAGO JOŽE BOJAN Izbrana poglavja ponujamo tudi na tretji (DR) stopnji. BOŠTJA N in še en JOŽE in še en JOŽE JANEZ 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca KLEMEN GORAZD Nekaj diplomantov, magistrantov in doktorantov: BRAČUN Marjan LENART Štefan ŠEF Gregor POLAK Marko ROŠER Miran RIBIČ Andrej GORIŠEK Janez KREMER Boris ROZMAN Alojz MOČNIK Žarko HROVAT Gorazd POLAK Marko ŠTUMBERGER Gorazd PIHLER Jože KRAŠOVEC Aleksander 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Poudarki pri poučevanje zaščite Prenos lastnih znanstvenih spoznanj in praktično uporabnih rezultatov študij v pedagoški proces Razumevanje fizikalnega ozadja prehodnih pojavov in okvar Uporaba matematičnih modelov (linearna in nelinearna nadomestna vezja) Dinamični fazorji in signalne značilnosti sekundarnih veličin Principi in kriteriji v delovanju zaščitnih relejev Osnovne karakteristike in parametrizacija Numerična zaščita, diskretna signalna obdelava in osnovni algoritmi Praktično in eksperimentalno delo, sekundarno preizkušanje 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Koncept dinamičnih fazorjev: X (t ) : X (t ) e j (t ) Reševanje prehodnih stanj harmonsko vzbujanih linearnih vezij z upoštevanjem superpozicije: d X k (t ) ( A Jk ) X k (t ) BU k (t ) ; X k (0) X k 0 dt Y k (t ) C X k (t ) DU k (t ) Stacionarna harmonska rešitev ”klasični” fazorji: 0 I J I 0 X k () ( A J k ) 1U k () 5 U M (t ) U k (t ) Fazorski model voda za M-ti harmonik: I M (t ) d I M (t ) ( A j M 0 J) I M (t ) BU M (t ) dt Fazorski model voda za k-ti harmonik: I k (t ) d I k (t ) ( A j k 0 J) I k (t ) BU k (t ) dt d I 1 (t ) ( A j0 J) I 1 (t ) BU 1 (t ) dt I 1 (t ) 2 u ( ) e jk0 d T t T k 1, M u (t ) 0.1 2 U 1h (t ) 0 -0.5 0 0.2 ANALIZA t U k (t ) -5 0 4 0 0 0.5 Fazorski model voda za 1 harmonik: U 1 (t ) u (t ) u1h (t ) u3h (t ) 0 SINTEZA i(t ) I k (t ) e jk0t 0.1 0 0 k i (t ) 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 U 3h (t ) 0.3 0.4 i(t ) i1h (t ) i3h (t ) 0.1 0.2 0.3 0.4 I 1h (t ) 0.1 0.2 I 3h (t ) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Uporaba dinamičnih fazorjev – direktna estimacija RL model prenosnega voda: dI Re (t ) R dt L 0 I Re (t ) 1 U Re (t ) dI (t ) I (t ) U (t ) R Im 0 Im L Im L dt model prenosnega voda: d 2 U(t ) d U(t ) d I(t ) d U(t ) 2 U(t ) RI(t ) L j0 I(t ) RC j0 U(t ) LC U ( t ) 2 j 0 0 2 dt dt dt dt LIO LDO (DI Im 0 I Re )U Re (DI Re 0 I Im )U Im 2 2 Rˆ I ReDI Im I Re I Im DI Re I Im 0 0 Xˆ 0 ( I ImU Re I ReU Im ) 2 2 I ReDI Im I Re0 I Im DI Re I Im0 Dik (3ik 4ik 1 ik 2 ) /(2Tv ) Tv L / 10 2 T (U Re S I Im U Im S I Re ) U Re S I Re S U Im S I Im S v 0 2 2 2 ( I Re S I Im I Im S I Re ) I Re S I Im S Rˆ Tv0 Xˆ Tv0 (U Im S I Re S U Re S I Im S ) 2 2 2 ( I I I I ) I I Re S Im Im S Re Re S Im S Tv0 I S ,k Tv / 2( I k I k 1 ) U S ,k Tv / 2(U k U k 1 ) 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca I ,k Tv / 2( I k I k 1 ) Uporaba dinamičnih fazorjev – indirektna estimacija Model prenosnega voda: Regresor d I(t ) I(t ) AI(t ) BU(t ) 0 I(t ) A B 0 I(t ) θT ψ(I, U) 0 I(t ) dt U(t ) Izhodni pogrešek: ~ I (t ) Iˆ (t ) I(t ) Zahteva: ~ lim I (ˆ, t ) 0 Parameter vektor t ~ d I (t ) ~ ~ A r I (t ) θ T ψ(I, U) dt dinamika pogreška: Hurwitzova matrika ~ ~ ~T ~ ~T 1 Ocenjeni parametri ~ V ( I , ) I (t ) P I (t ) sled ( ) Oceno vektorja parametrov dobimo z ~ T 1 ˆ ~T ~ ~T ~ ~ vpeljavo LYAPUNOVE V ( I , ) I (t ) Q I (t ) 2 sled ( ( ( I , U ) I (t ) P ) FUNKCIJE in negativno ˆ ( I , U ) I~ T (t ) P definitnega odvoda 0 Določitev kratkostične impedance za R-L model prenosnega voda Rˆ d dt Lˆ I (t ) I~ (t ) p 1 Im Im ~ 1 2U Re (t ) I Re (t ) p d dt Lˆ 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca (!) Magnetilni tok TT v lineranem področju di2 dt dt i i1 i2 t Tp i1 I p (cos( t ) e ) di d (i1 i ) L R2 (i1 i ) L2 dt dt L di R2i2 L2 t t Tp 1 Tp i ( sin( t ) (e e T2 )) pn T2 Tp T2 Ip t (s) t (s) t (s ) Magnetni sklep: Faktor predimenzioniranja jedera: 0.04 0.03 0.04 0.02 0.03 0.01 0.02 0 Tp T T T KT max Tp ( p ) 1 T2 2 t 1 2 T2 T p 1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.01 0 0 p 3 4 5 Tp 1 t (s) 6 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca TT v nasičenju 2 i p , is 1.5 1 0.5 di di L R2i2 L2 2 0 dt dt e2 0 !!! i2 i2 (t nas ) e -1 0 8 x 10 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 0 ( x ax x e at x(t0 t nas )) 0 -0.5 R2 t L2 -3 t (s ) trenutek nastopa nasičenja (t ) n Aproksimacija magnetilne karakteristike L 0 t (s ) L in L n in ip i i is t (s ) Nasičenje TT pri delovanju APV 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Transformatorska zaščita n o Dinamike segrevanja na osnovi modelne analogije: t x(t ) e x0 e A( t ) j Rno C0 Cn 1 1 0 1 RnoCn RnoCn C 1 1 1 1 1 1 n x ( ) x 0 u C0 Rno Roo Rjo RjoCo RnoCo 1 1 1 1 0 Cj 6 R C R C jo j jo j A x b u ; x(0) x0 At R jo Roo Cj okolice n o j b u () d t0 133 C stac (t ) A1 b u 0 107 C 117 C Im() Lastne vrednosti n - ustaljeno stanje n 0 j nax o 0 stac 15 C Re() o t min 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca t min SG-zemeljski stiki na statorju U g 11.5 kV Rv 0.01 , C0 0.5 F medfazna, efektivna ! Lv 0.01 mH U zv 9.3897e+3 V dozemna kap./fazo Povišanje napetosti v zdravih fazah Normalno stanje (brez okvare) U L3 Zemeljski stik: U L3 0 U L1 U L1 U L2 I L1 U L2 I L1 I L2 I L3 I L2 I L3 I e I e 3 C0 U g 4.4248 A 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Numerična distančna zaščita Algoritmi distančne zaščite Stohastični pristop Deterministični pristop Estimacija parametrov, Identifikacija Direktne: Diferenčne enačbe Integralske enečbe minimizacija pogreška !! Dinamični fazorji LSQ RLSQ WRLSQ invertiranje matrik, brez korekcije !! Signalna analiza Implicitno Eksplicitno harmonski signali !! LSQ Kalmanov Filter- RLSQ estimator Ortogonalne bazne funkcije Fourier, Walsh, Harr,... Dinamični fazorji oknozakasnitve !! Kvadratična minimizacija pogreška med signalnom in njegovim modelom 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca poznavanje statističnih parametrov merjenih signalov ali parametrov !! Rekurzivni Kalmanov estimator Diskretni model predstavimo v obliki: RKF- identifikator: Parametrske variacije k 1 k wk K k Pk 1 k ( R kT Pk 1 k ) 1 yk k vk T k Merilni šum Regresor in parameter vektor sta odvisna od modela. Za rekurzivno obliko izpeljano na osnovi diferenčne enačbe modela velja: n 1 m i 0 j 0 yk n ai yk i b j uk j n Z nx zakasnimo a0 an1 b0 bm T yk 1 y k n uk uk m T k Za vektor ocenjenih parametrov: T aˆ0 aˆn1 bˆ0 bˆm mora veljati: ˆk ˆk 1 K k (ik kTˆk ) Pk Pk 1 Q Pk 1 k kT Pk 1 ( Rk kT Pk 1 k ) 1 Inicializacija: ˆ0 P0 -nizko zaupanje v začetno oceno parametrov P0 -visoko zaupanje v začetno oceno parametrov Kovariančne matrike R in Q: R E (vk vkT ) Q E ( wk wkT ) E(( ˆ)T ( ˆ)) MIN 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Konvergenca v estimaciji parametrov kratkostične impedance Perturbirana napetost: u 0.1u28Hz 1u50Hz 0.1u100Hz 0.2u150Hz 0.1u127Hz (pu) Model upornosti obloka: uarc U asign (i f ) R f i f 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Enofazni KS - občutljivost in parametrizacija E a E0 Celovita stacionarna in dinmična analiza dvostransko napajanih vodov pri enofaznih stikih ob variaciji vplivnih faktorjev: amplitude in reletivnega kota napetosti, mesta okvare, upornosti okvare, impedance nadomestnih izvorov, impedance zemlje, .... mZv Z sa jX 3Rv I f / I mZ v mZ v 3Rv I f / I ZA Rf m Z ev (1 m) Z ev R v E a E e j 0 ; E b E e j ; 10 10 ; m 0,8 R P;B A P;A B X rA Rf Rf RrA ELES, Maj, 2012 Z eb Občutljivost DR v R-smeri za ABB in Siemens za primer: ZA v E b E Z sb Z ea jX (1 m) Z v Odprtozančni dinamični preizkusi VZORCI Distančni rele (SIEMENS, ABB, AREVA…) Izmerjene trenutne vrednosti nap. in tokov v relejni točki MATLAB NETOMAC MODEL EES Izračun karakterističnega primera - globalno Nap. in toki v izbrani rel. točki Generiranje šuma in ostalih signalnih popačitev COMTRADE *.dat, *.cfg Pretvorba formata MATLAB Začetni pogoji ! MODEL dela sistema v okolici okvare lokalno 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca dSPACE platfromaImplementacija razvitih numeričnih algoritmov Izbrani znanstveni prispevki, projekti, študije GRČAR, Bojan, RITONJA, Jožef, POLAJŽER, Boštjan, STANKOVIĆ, A. M. Estimation methods using dynamic phasors for numerical distance protection. IET generation, transmission & distribution, ISSN 1751-8687. [Print ed.], May 2008 GRČAR, Bojan. Some aspects of numerical distance protection : lectures at Gazi University, Ankara, , 02 - 09 July, 2010. Ankara, 2010 GRČAR, Bojan, RITONJA, Jožef. Application of nonlinear system theory to power system analysis and control : short courses on Department od Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, June 24th - 26th, 2009. Shanghai, 2009. POLAK, Marko, GRČAR, Bojan, RITONJA, Jožef. Metode za določanje frekvence elektroenergetskega sistema. Elektrotehniški vestnik, ISSN 0013-5852. [Slovenska tiskana izd.], 2008 KRAŠOVEC, Aleksander, GRČAR, Bojan. Vrednotenje algoritmov distančne zaščite, podprto s simulacijo EES. Elektrotehniški vestnik, ISSN 0013-5852. [Slovenska tiskana izd.], 2004, ŠTUMBERGER, Gorazd, PIHLER, Jože, GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago. Transformatorska zaščita, zasnovana na novih teoretičnih spoznanjih in z izboljšano vklopno stabilizacijo. Elektrotehniški vestnik, ISSN 0013-5852. [Slovenska tiskana izd.], 1997, PIHLER, Jože, GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago. Improved operation of power transformer protection using artificial neural network. IEEE transactions on power delivery, ISSN 0885-8977. [Print ed.], 1997, GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago. Integrated digital power transformer protection. IEE proceedings, Generation, transmission and distribution, ISSN 1350-2360. [Print ed.], 1994 GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago, ŠTUMBERGER, Gorazd, MOČNIK, Žarko. Power transformer modelling for numerical protection design : refereed paper. V: Proceedings. Lisboa: Instituto da Energia INTERG, 1993, GRČAR, Bojan, PIHLER, Jože, DOLINAR, Drago. Digital protection design for power transformers. Automatika, ISSN 0005-1144, 1992 GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago, JEZERNIK, Karel, ĐONLAGIĆ, Dali. Mikroprocessornaja realizacija differencial`noj zaščity transformatorov. Izvestiâ vysših učebnyh zavedenij, Energetika, ISSN 0579-2983, (1989) GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago, RITONJA, Jožef, PIHLER, Jože. System analysis of digital differential power transformer protection. V: Developments in power system protection. London: The Institution of Elctrical Engineers, 1988, GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago, PIHLER, Jože, ČUČEJ, Žarko. Integralna digitalna zaščita transformatorja. V: Zbornik referatov. Ljubljana: Elektrotehniška zveza Slovenije, 1992, GRČAR, Bojan, POLAJŽER, Boštjan, ČUČEJ, Žarko, POPOVIĆ, Jelena, DOLINAR, Drago, RITONJA, Jožef, PETRUN, Martin, STRELEC, Zlatko. Napredni postopki izbire konceptov, parametriranja in preizkušanja zaščite prenosnih omrežjih : študijska naloga za ELES za leto 2011/2012 GRČAR, Bojan, DOLINAR, Drago, RITONJA, Jožef. Vpliv prehodnih pojavov v EES na delovanje in parametrizacijo zaščitnih relejev : poročilo : študija št. 9. Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2005 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca Prihodnji izzivi Informatizacija nadzora, vodenja in zaščite Deficit v študijskih programih elektrotehnike Razpršeni izvori, pametna omrežja Koncepti vodenja in zaščite, Večji poudarek na sistemski zaščiti Verifikacija podatkov, koncepti, algoritmi, navezava na funkcije vodenja, .... Zmogljivejši releji (višja frekvenca Implementacija zahtevnejših algoritmov, vključitev sprotne adptacije nastavitev/karakteristik, uporaba brezžičnih senzorjev, vzorčenja, krajši lastni časi, večja integracija funkcij, razširitev samotestiranja ) Preizkušanje in vzdržavanje Zastarela regulativa, funkcionalno testiranje kompleksne programske opreme 90-letnica prof.dr. Antona Ogorelca
© Copyright 2024