Развитие принципов построения и практическая реализация логической части цифровой защиты и автоматики систем электроснабжения промышленных потребителей

Цель работы - разработка и исследование новых методов формирования логической части устройств защиты и автоматики СЭС ПП для повышения чувствительности и быстродействия защиты, надежности распознавания аварийных режимов. Объект исследования - современные СЭС ПП, включающие объекты распределенной генерации, цифровую защиту и автоматику с высокоскоростными каналами связи. Предмет исследования - методы распознавания аварийных режимов и определения мест повреждений в СЭС ПП и их схемотехнические решения. Для достижения поставленной цели решаются задачи: 1. Анализ особенностей работы СЭС ПП с ОРГ в контексте распознаваемости электрических режимов и функционирования устройств РЗА. 2. Разработка способов организации логической части интеллектуальных электронных устройств многопараметрической защиты и автоматики на основе предварительного многократного имитационного моделирования и методов обработки полученных статистических данных. 3. Разработка новых способов улучшения распознаваемости аварийных режимов работы в СЭС ПП с сетью 6–110 кВ и ОРГ, основанных на обработке массивов данных результатов имитационного моделирования методами машинного обучения и математической статистики. 4. Синтез логической части устройств цифровой защиты и автоматики повышенной надежности с использованием информации от измерительных и пусковых органов для распознавания аварийных режимов. 5. Разработка методов распознавания режимов работы СЭС ПП на основе последовательного анализа Вальда. 6. Разработка эффективных методов определения места повреждения в СЭС ПП на основе анализа данных по концам ЛЭП и распознанных режимов. 7. Исследование вариантов применения киберфизических стендов для накопления информационной базы параметров о СЭС ПП с целью формирования логической части устройств защиты и автоматики. 8. Разработка прототипа интеллектуального электронного устройства многопараметрической защиты и автоматики для современных СЭС ПП напряжением 6–110 кВ. Научная новизна 1. Предложены новые методы синтеза логической части устройств многопараметрической защиты на основе бинарной информации от пусковых органов, улучшающие распознаваемость аварийных режимов и отличающиеся использованием методов математической статистики, искусственной нейронной сети (ИНС), дерева решений, булевой алгебры. 2. Предложены новые методы синтеза логической части устройств многопараметрической защиты на основе информации от измерительных органов, обеспечивающие более высокую распознаваемость коротких замыканий по сравнению с традиционными видами РЗА (токовой и дистанционной), отличающиеся использованием методов k-ближайших соседей, логистической регрессии, опорных векторов, решающих деревьев и ансамблирования. 3. Разработан новый метод распознавания витковых замыканий в силовом трансформаторе уровнем напряжения 110-220 кВ на ранних этапах развития повреждений с использованием вариантов применения ИНС, повышающих чувствительность дифференциальной защиты трансформатора. 4. Предложено применение методов главных компонент, линейного дискриминанта Фишера для перехода к обобщенному признаку многопараметрической защиты, отличающееся повышением распознаваемости режимов работы СЭС ПП и упрощающее структуру устройства защиты и автоматики. 5. Исследованы новые и модифицированные методы принятия решений автоматикой СЭС ПП, основанные на применении последовательной процедуры Вальда, отличающиеся повышенным быстродействием и снижением вероятности ложного срабатывания в условиях больших ошибок измерения частоты и отклонений ПКЭ от нормативных значений. 6. Обосновано применение новых методов определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) в СЭС ПП, отличающихся от традиционных решением оптимизационных задач и повышенной точностью вычисления расстояния до места повреждения. 7. Исследован вариант комбинирования волновых методов и по параметрам аварийного режима, отличающийся повышением надежности и улучшением распознавания поврежденных участков ЛЭП в СЭС ПП. 8. Разработаны программно-аппаратные и схемотехнические решения интеллектуальных электронных устройств для распознавания сложных режимов в СЭС ПП, отличающиеся использованием отечественных компонентов промышленной автоматизации высокой заводской готовности и киберзащищенным исполнением. Методология и методы исследования. Использованы методология системного анализа, методы теории вероятностей, математической статистики, имитационного моделирования, математического анализа, теории цепей, машинного обучения, ИНС, экспертного оценивания, распознавания образов, «сжатия данных», теории множеств, теории обнаружения, теории принятия решений, теории надежности, теории оптимизации, теоретические основы релейной защиты. Положения, выносимые на защиту 1. Методы формирования логической части устройств многопараметрической защиты и автоматики с использованием бинарной информации от пусковых органов. 2. Методы формирования логической части устройств многопараметрической защиты и автоматики с использованием информации от измерительных органов. 3. Имитационные, компьютерные модели фрагментов СЭС ПП, служащие в качестве информационной базы параметров для алгоритмов обучения цифровой защиты и автоматики при распознавании режимов, а также апробирования разработанных устройств. 4. Новые и модифицированные методы принятия решений автоматикой СЭС ПП, основанные на применении последовательной процедуры Вальда. 5. Новые методы определения места повреждения на воздушных ЛЭП в СЭС ПП. 6. Способ комбинирования волновых методов и по параметрам аварийного режима для улучшения распознавания поврежденных участков ЛЭП в СЭС ПП. 7. Программно-аппаратные и схемотехнические решения интеллектуальных электронных устройств на отечественной элементной базе для распознавания сложных режимов в СЭС ПП.