Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка адаптивных устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей

Номер контракта: 14.576.21.0047

Руководитель: Волович Георгий Иосифович

Должность: директор

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
интеллектуальные электрические сети, диспетчерское управление и сбор данных, цифровые измерительные трансформаторы, учет электроэнергии, лэп переменного тока, цифровая подстанция, удалённый терминал, каналы связи.

Цель проекта:
Актуальность проекта связана с проводимой модернизацией энергетики России, где поставлена задача создания электрических сетей нового технологического уклада - интеллектуальных. Интеллектуальные электрические сети (Smart Grids) характеризуются более высокими характеристиками эффективности, надежности и управляемости. Процесс их создания включает внедрение интеллектуальных приборов учета электроэнергии, применение цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения, создание полностью автоматизированных цифровых подстанций. Разработка является своевременной и уникальной. Цель проекта: разработка научно-технических основ создания устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей с алгоритмами автоматической адаптации к изменениям топологии и параметров режимов электрических сетей с использованием моделирования электрических сетей, функционирующих на основе применения современных технологий управления на основе образца адаптивного цифрового комбинированного трансформатора тока и напряжения (АЦКТТН) на примере ЛЭП переменного тока класса напряжения 220 кВ с диапазоном измерений тока 200 – 2000 А, класса точности 0,2S по току и 0,2 по напряжению. Решаемые задачи: теоретическое обоснование и разработка принципов построения АЦКТТН; определение и разработка инновационных компонентов, технологий, информационных и управленческих решений при разработке экспериментального образца АЦКТТН; создание экспериментального образца АЦКТТН и разработка технологии его производства; обеспечение меньшей стоимости и улучшенных массогабаритных показателей разрабатываемых приборов по сравнению с импортными аналогами на основании разработанной технологии.

Основные планируемые результаты проекта:
Разработанный в ходе исследований экспериментальный образец АЦКТТН должен быть предназначен для использования в качестве удалённого терминала SCADA-системы, включающего интеллектуальные датчики тока и напряжения для систем управления и защиты электрических подстанций, а также для автоматизированного коммерческого учета электроэнергии. Теоретические изыскания в области высокоточного измерения переменных тока и напряжения с преобразованием результата измерения в цифровую форму непосредственно на высоковольтных шинах и с передачей цифровой информации об измерениях на низковольтную сторону по волоконно-оптической линии (ВОЛ) в цифровой форме для классов напряжений 110 – 220 кВ, на основании анализа мировых аналогов разрабатываемых адаптивных цифровых комбинированных трансформаторов тока и напряжения и технико-экономическая оценка аналогов и обоснование прогнозируемых технических и ценовых параметров новой разработки позволят разработать научные и научно-технические основы для создания нового поколения АЦКТТН, технологии проведения высокоточных измерений, алгоритмы и методики преобразования результата измерения в цифровую форму непосредственно на высоковольтных шинах и передачу цифровой информации об измерениях на низковольтную сторону по ВОЛ в цифровой форме для классов напряжений 110 – 220 кВ, технические и технологические решения непосредственного измерения на высоковольтной шине, получение математических моделей АЦКТТН.
Сопоставлении ожидаемых результатов с аналогичными разработками мирового уровня показало, что аналогов предлагаемого решения с сопоставимыми ценами на мировом рынке пока не выявлено.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Предлагается построение комбинированного измерительного трансформатора на основе электромагнитного трансформатора тока и емкостного делителя напряжения, размещенных на стороне высокого напряжения, со встроенным электронным блоком синхронного преобразования аналоговых сигналов от трансформатора и емкостного делителя в цифровой код и передачей этих сигналов по оптоволоконному кабелю. При этом питание электронного блока предлагается осуществлять путем отбора мощности от измеряемой цепи. Такое построение позволяет на основе разработанного экспериментального образца сравнительно просто разрабатывать аналогичные устройства с другими диапазонами токов и напряжений.
В существующих комбинированных измерительных трансформаторах такое сочетание не используется. По нашим данным серийный выпуск подобных изделий в настоящее время не производится, а это указывает на возможность получения результата, способного к правовой охране.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Управление и защита оборудования цифровых подстанций ЛЭП переменного тока, оперативный коммерческий учет электроэнергии. Широкомасштабное использование принципиально новых АЦКТТН вместо традиционных электромагнитных измерительных трансформаторов тока и напряжения позволит снизить установочные затраты на 50%, расходы на обслуживание до 90%. В соответствии с данным подходом может быть переоборудовано большинство электростанций РФ с объемом внедрения новых приборов только по России свыше 10 тыс. шт. Соответственно, народно-хозяйственный эффект от внедрения на электростанциях и подстанциях РФ составит ежегодно свыше 100 млн. руб. Мировая потребность по различным оценкам составляет свыше 200 тыс. шт. в год. За счет коммерциализации в экономически целесообразных объемах АЦКТТН свыше 1000 шт. в год предполагается рост производственных мощностей предприятий соответствующей направленности, что обеспечит дополнительный социально-экономический эффект от использования инновационной продукции и технологий, создаваемых на основе результатов данного исследования.

Текущие результаты проекта:
технология высокоточных измерений переменных тока и напряжения для классов напряжений 110 – 220 кВ с преобразованием результата измерения в цифровую форму непосредственно на высоковольтных шинах;
технология передачи цифровой информации о высокоточных измерениях на низковольтную сторону по ВОЛ в цифровой форме и последующей передачей информации об измерениях по каналам связи в SCADA-систему в реальном времени;
способы и устройства защиты измерителей и микроэлектронной аппаратуры от воздействия высоковольтных электромагнитных полей для напряжений не ниже 220 кВ;
исследован энергобаланс электронной части АЦКТТН и определен источник энергии (ИЭ) для нее. В качестве ИЭ с отбором мощности от измеряемого тока следует признать ИЭ с балластным резистором и ИЭ с транзисторным ограничителем тока;
исследована потенциальная точность прибора и указаны источники дополнительных погрешностей. Оценки погрешностей для канала тока удовлетворяют требованиям ТЗ. Для канала напряжения может потребоваться системная калибровка;
математические модели адаптивных устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей;
осуществлено участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИЭР;
макет высоковольтной опоры АЦКТТН;
программы и методики исследовательских испытаний макета высоковольтной опоры АЦКТТН;
алгоритмы работы адаптивных устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей;
программное обеспечение адаптивных устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей;
экспериментальный образец АЦКТТН;
эскизная конструкторская документация на высоковольтную часть АЦКТТН;
оборудование для проведения исследовательских испытаний АЦКТТН;
заявка на патент.
Сопоставление полученных результатов с аналогичными разработками мирового уровня показало, что научно-технический уровень результатов ПНИЭР отвечает лучшим достижениям в данной области. Результаты оценки технико-экономической эффективности внедрения АЦКТТН позволяют сделать вывод, что данная научно-техническая продукция имеет хорошие перспективы коммерциализации. Запланированные индикаторы и показатели достигнуты полностью.
Информация о результатах ПНИЭР размещена на сайте получателя субсидии (http://www.limi.ru/led.php?id_group=27).