Розробка моделей складних схем релейного захисту в програмному комплексі MATLAB

Abstract

У сучасному навчальному процесі активно застосовуються інформаційні технології, які дозволяють реалізувати процес набуття знань на якісно новому рівні, що є особливо важливим для дистанційної форми навчання. Рівень їх розвитку дозволяє розробляти математичні моделі будь-яких процесів та явищ. В якості предмета дослідження обрано схеми релейного захисту. На основі їх роботи в програмному комплексі MATLAB розроблено віртуальні стенди, що дозволяють користувачеві наблизитись до реальних умов проведення лабораторних робіт. Програма «Дослідження максимального струмового захисту» дозволяє досліджувати роботу елементів схеми у результаті виникнення двофазного короткого замикання в електричній мережі, що складається з генератору, лінії електропередавання та навантаження. Для створення математичної моделі короткого замикання використано метод симетричних складових. При запуску моделі автоматично з’являються вікна, в яких у вигляді анімації будуються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі та стан елементів від часу. На основі попередньо розроблених алгоритмів роботи реле струму РТ-40 та реле напрямку потужності РБМ-178 розроблено схему «Дослідження максимального спрямованого струмового захисту». У віртуальному стенді розглядається мережа з двостороннім живленням, до якої входять симетричні трифазні джерела змінної напруги, лінії електропередавання, високовольтні вимикачі, споживачі та направлений струмовий захист. Для забезпечення більшої функціональності передбачено введення необхідних параметрів елементів. За допомогою групи вимикачів можна в схемі промоделювати дво- та трифазне коротке замикання. При запуску моделі розраховуються струми, які протікають в лінії у нормальному, аварійному та післяаварійному режимах. Після закінчення моделювання з’являються графіки залежності струмів, що протікають у кожній фазі, та стан елементів від часу. Програма «Дослідження дистанційного захисту» використовує алгоритми розрахунків струмів дво- та трифазних коротких замикань, що розроблені у попередніх стендах. Під час моделювання для спостереження за результатами та їх фіксування передбачено панель, де вказано основні характеристики реле. На стенді присутній графік, де відображаються кутові характеристики та значення опорів в різних точках короткого замикання. На стендах присутня світлова індикація – колір ламп – та візуальна – стан контактів.In the modern educational process, information technologies are actively used to realize the process of acquiring knowledge at a qualitatively new level, which is especially important for distance learning. The level of their development allows to develop mathematical models of any processes and phenomena. Relay protection schemes are chosen as the subject of research. Based on their functionality, virtual stands have been developed in the MATLAB software package, which allow the user to get closer to the real conditions of laboratory work. The program “Investigation of maximum current protection” allows to investigate the operation of circuit elements as a result of a two-phase short circuit in the electrical system that consists of the generator, power line and load. The symmetric method was used to create a mathematical model of short circuit. When you start the model, windows automatically appear, in which the graphs of the dependence of the currents flowing in each phase and the state of the elements from time to time are built in the form of animations. On the basis of previously developed algorithms of operation of the current relay RT-40 and the power direction relay RBM-178 the scheme “Research of the maximum directed current protection” is developed. The virtual stand considers a two-way power supply network, which includes: symmetrical three-phase AC sources, power lines, high-voltage switches, consumers and directional current protection. To ensure greater functionality, the introduction of the necessary parameters of the elements is provided. With the help of a group of switches, you can simulate a two- and three-phase short circuit in the circuit. When starting the model, the currents flowing in the line in normal, emergency and post emergency modes are calculated. At the end of the simulation, graphs of the dependence of the currents flowing in each phase and the state of the elements over time appear. The program “Distance Protection Research” uses algorithms for calculating currents of two- and three-phase short circuits developed in previous stands. During the simulation, a panel with the main characteristics of the relay is provided for monitoring the results and recording them. There is a graph on the stand, which shows the angular characteristics and values of resistance at different points of the short circuit. The stands have light indication – lamps color – and visual indication – contacts status.