АЛГОРИТМ ЗАЩИТЫ ЦИФРОВОГО РЕЛЕ ДЛЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Моделирование защитных реле - это экономичная и реальная альтернатива для исследования работоспособность реле и систем защиты. В этой статье представлен новый подход для алгоритма реле MHO в MATLAB на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) который может точно оценить величину смещения постоянного тока и полностью исключает его из рабочих величин при неисправностях, а также использует сглаживание окна для фильтрации шума, если таковой имеется. Предлагаемая производительность численного алгоритма испытано на моделированной линии передачи Мерове-Атбара 500 кВ, 50 Гц и 236,7 км. с использованием данных, созданных PSCAD / EMTDC. Предлагаемый алгоритм MHO оценивается с использованием MATLAB для моделирования энергосистемы и моделирования многих аварийных состояний выбранной линия передачи, такие как различные места повреждения, сопротивления с различными углами разлома. Примеры результатов этих исследований показывают сравнение между представленными алгоритмами PSCAD / EMTDC во времени обнаружения и отключения.

Ключевые слова: методы моделирования; защитное реле; схема релейной защиты; алгоритм ретрансляции.

1. ВВЕДЕНИЕ

«Модели реле» помогают инженерам конструировать по выбору подходящие типы реле для конкретного потребителя и для его анализа производительности. Конструкторы используют «модель реле» для исследования и улучшения конструкция и алгоритмы защиты. При этом используют реальные прототипы, производители используют «релейные модели» для ускорения и экономии процесса разработки новых реле. Электроэнергетические компании используют «модели реле» для проверки, как реле будет работать во время нарушения в системе и при нормальной работе. Корректирующая регулировка настроек реле. Компьютерные «модели реле» позволяют наблюдать очень подробно за производительностью в каждом внутреннем модуле, и обрабатывать числовые данные.

2. ОСНОВНЫЕ КАЧЕСТВА ЗАЩИТЫ РЕЛЕ

Схема релейной защиты должна иметь некоторые важные качества, такие существенными качествами релейной защиты являются:

- Надежность.

- Избирательность и дискриминация.

- Скорость и время.

- Чувствительность.

- Стабильность.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ РЕЛЕ

Самое главное преимущество использования «моделей реле», модели позволяют пользователю наблюдать за обработкой вводимых сигналов очень подробно во время работы самих реле. Несколько методов моделирования числовых реле были разработаны в далеком прошлом. В большинстве подходы к моделированию, сопряжение модели с электромагнитным переходным процессом, программа важна для изготовления моделей, более полезна для инженеров защиты. PSCAD / EMTDC. Исследовательский центр: HVDC – это программа анализа электромагнитных переходных процессов, которая использует графический пользовательский интерфейс для создания файлов входных данных. Этот подход исключает вероятность того, что предоставление необходимых данных или данных вне нормального диапазона будут осуществляться. Более поздние разработки связаны EMTP с FORTRAN, EMPT с MATLAB, ATP с MATLAB и PSCAD / EMTDC с MATLAB для улучшения их способности обрабатывать сгенерированные числовые данные с обработкой сигналов техники. 3.1 Численное моделирование реле Моделирование цифровых реле важно для индустрии защиты электрооборудования, потому что это позволяет пользователям наблюдать за внутренней работой реле в нормальном и в рабочем состояния энергосистемы, а также при сбоях в системе. «Модели реле» используются в различных процессах, такие как разработка новых прототипов и выбор подходящих алгоритмов защиты, установка параметров реле и обучение персонала. 3.2 Алгоритмы оценки векторов: Расчетные векторы напряжений и токи используются при реализации алгоритмов защиты в цифровых реле. Соотношение соответствующих напряжений и токи затем обеспечивают сопротивление. Выполнение всех этих алгоритмов зависит от получения точной оценки фундаментальной частоты составляющего сигнала от нескольких образцов. Алгоритмы классифицируются по подходу, используемых для расчета сопротивлений на основе напряжения и текущих измерения. «Фазор» - это представление синусоидального напряжение или тока номинального частота, 0f и его положительного пересечения на θ радиан раньше времени равно нулю. Математический представление «фазора» выглядит следующим образом:

Реальная и мнимая части «фазора» выражаются:

Величина и фаза «фазора» могут рассчитываться с использованием действительного и мнимой части вектора:

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) обычно используется для вычисления вектора, составляющего основной частоты в цифровые защитные реле. Быстрое преобразование Фурье БПФБПФ - это просто алгоритм для ускорения вычисления ДПФ за счет уменьшения числа необходимых умножений и сложений. Быстрое преобразование Фурье (БПФ). Вычислительная эффективность БПФ по сравнению с ДПФ становится очень значимой. БПФ уравнение можно определить как:

Где  

Алгоритм БПФ с основанием 2 разбивает весь Расчет ДПФ в число 2-точечные ДПФ. Каждое 2-точечное ДПФ состоит из операции умножения и накопления, - так называемая «бабочка», есть два представления «бабочки», как показано на рисунке 1:

Рисунок 1. Вычисление бабочки в алгоритм децимации во времени БПФ, (а) Фактическое функциональное представление; (б) Упрощенная диаграмма.

Результатом БПФ является kX , содержит реальный и мнимый компонент, который может быть преобразован в амплитуду и фазу из уравнение (4) и (5).

4. ДИСТАНЦИОННОЕ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ

Дистанционное реле реагирует на ввод величины как функция электрического расстояние цепи между местом расположения реле и местом неисправности. Есть много видов дистанционных реле, включая «импеданс», реактивное сопротивление, расстояние смещения, четырехугольник, сама поляризация и MHO. Дистанционное реле определяет неисправность сопротивление от измеренного короткого замыкания напряжение V R и ток I R на реле расположение, как показано на рисунке 2. Реле измеряет сопротивление короткого замыкания, а затем сравнивает его с известным полным сопротивлением линии, если измеренное сопротивление короткого замыкания меньше чем установленный «импеданс» линии, внутри обнаружена неисправность и выдается команда отключения к автоматическому выключателю.

Рисунок 2. Принцип дистанционной защиты, измерение сопротивления повреждения

4.1 Компараторы для дистанционной защиты Релейные измерительные элементы, чьи функционал основан на сравнении две независимые величины по существу компараторы амплитуды или фазы. Компаратор фаз проверяет разницу между фазовыми углами двух композитных сигналов и срабатывает, если разница находится в пределах указанного диапазона. А компаратор амплитуды сравнивает амплитуда двух составных сигналов и сработает, если амплитуда одного сигнала больше, чем амплитуда другого сигнал.

4.2 Входные сигналы дистанционных реле. В таблице 1 показаны входные сигналы, используемые землей и фазовым расстоянием реле:

В этой таблице K 0 - это компенсирующий фактор. Определение и использование K 0 является объяснено позже.

Таблица 1.

Входные сигналы, используемые землей и фазовым расстоянием реле

Составные сигналы в фазе компаратора обозначается S 1 и S 2. A n угловое смещение считается положительным если S 1ведет S 2. Выход фазы компаратор работает, если выполняется условие:

Составные сигналы по амплитуде компаратора обозначается 0S и RS, управляющие и сдерживающие сигналы, соответственно. Компаратор работает, если выполняется:

4.3 Характеристики дистанционных реле - Ретранслятор MHO получил широкое распространение по всему миру. Методы, использованные для получения. Компаратор фазовых характеристик MHO Фазовый компаратор сигнализирует S 1 и S 2 для производящие характеристику MHO, являются определяется следующим образом:

Разделив эти уравнения на линейный ток

Как видно на рисунке 3, «импедансы» 1'S и2'S расположены в крайних точка х постоянное сопротивление zрZθ∠. При сопротивлении ррZ φ∠ находится внутри рабочая характеристика, как показано на рисунке 3 (а), угол между 1'S и 2'S выполняет уравнение (7) и реле срабатывает. А на рис. 3 (б) показан случай р рZ φ∠ лежав не на рабочей характеристики. Сейчас же, угол между 1'S и 2'S находится за пределами диапазона, указанного в уравнении (7), и реле не сработает. Постоянный параметр zр Zθ∠ обозначает диаметр, круговая характеристика:

Рисунок 3. Определение MHO. Компаратор фазовых характеристик (а) Условия эксплуатации, (b) Условие несрабатывания

4.4 Вычисление очевидного «Импеданса» В случае межфазных реле, при междуфазных напряжениях используются линейные токи. Например, реле предназначен для обнаружения фазы-B в фазу-C отказов вычисляет «импеданс»:

Реле дистанционной защиты заземления, защищающее фазу A вычисляет кажущийся «импеданс», используя следующее уравнение:

Где коэффициент компенсации K может быть выражается как:

             Положительная последовательность сопротивление от места повреждения до расположения реле

             «Импеданс» нулевой последовательности от неисправности до места расположения реле

4.5 Моделирование реле MHO когда линия передачи подвергается неисправности, сигналы напряжения и сигналы тока содержат распадающиеся компоненты постоянного тока, выше частотные составляющего порядка и ниже порядка частотных составляющих. Выше частотные компоненты порядка могут быть устранятся с помощью сглаживания нижних частот фильтры с соответствующей частотой среза, но фильтры сглаживания не могут удалить разделяющиеся компоненты постоянного тока и отклонение ниже частотных составляющих. Это влияет на производительность цифрового реле. Рисунок 4 показывает моделирование реле Mho.

Рисунок 4. Общее моделирование реле Mho Алгоритм

Предлагаемый алгоритм на рисунке 5 является улучшение предыдущего моделирования Реле MHO на рисунке 4, которое обсуждается в предыдущих разделах, добавив сглаживание, фильтры для устранения более высокого порядка частотные составляющие. Алгоритм также имеет изменяемый размер данных БПФ для извлечение основной частоты компонентов для повышения точности. В новом алгоритме MHO, разработанным в MATLAB.

Рисунок 5. Предлагаемый алгоритм ретрансляции MHO

5. ОПИСАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ

Методология оценки новой конструкции реле MHO требует моделирование энергосистемы в PSCAD / EMTDC для генерации сигналов напряжения и тока. В новом алгоритме реле MHO разработан в MATLAB на основе Фурье Преобразование (БПФ) для извлечения величины фазы тока и напряжения формы сигналов для оценки линии передачи «импеданс». Результат БПФ из уравнения (6): X (k), содержит действительную и мнимую часть, которую можно преобразовать в амплитуду и фазу из уравнения (4) и (5). Соотношение соответствующих напряжений и токов позволяют вычислить кажущуюся полное сопротивление, выраженное в уравнении (13) и (14) которое используется для обнаружения фазы сигналов замыкания на землю и междуфазных замыканий используется для удаленного алгоритма реле от Таблица 1). Составные сигналы в фазе компаратора обозначается S 1, а S 2 -определены в уравнениях (11) и (12). A n угловое смещение считается положительным если S 1 ведет S 2. Выход фазы компаратора работает, если условие в уравнение (7) выполняется. 5.1 Тестовая система Однолинейной схема (SLD), показанная на цифры 6, представляющие накладные расходы Линия электропередачи Мерове-Атбара (Линия электропередачи 3) 500 кВ, 50 Гц и236,7 км связана с динамической нагрузкой. В полное сопротивление прямой и нулевой последовательности:

Где: емкость линии пренебрегается. Импеданс прямой последовательности источника 09066 ∠Ω, а полная мощность 1400 МВА.

Рисунок 6. Трехфазная линия. Моделирование

6. РЕЗУЛЬТАТЫ

Примеры результатов этих исследований показывают сравнение представленных Алгоритмов MATLAB и PSCAD / EMTDC во время обнаружения и отключения в соответствии с сопротивлением замыкания ZR%, КЗ при различных углах замыкания на выбранную линию передачи. Провоцирующие сигналы напряжения и тока извлекаются и сначала анализируются в PSCAD и применяются к тестированию в MATLAB системе. В таблицах 2 и 3 показаны результаты сравнительного времени отключения (мс) между MATLAB и PSCAD / EMTDC. В случае время срабатывания более (50 мс), это означает, что сигнал отключения поступает после неисправности (длительность срабатывания = 50 мс). Знак (-) означает, что неисправности не обнаружено.

Таблица 2.

Сравнение MATLAB и PSCAD / EMTDC Время отключения (мс) при сопротивлении короткого замыкания 0,001 Ом

Таблица 3.

Сравнение MATLAB и PSCAD / EMTDC Время отключения (мс) при сопротивлении короткому замыканию

.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новый алгоритм позволяет обнаруживать и классифицировать фазовое КЗ (AG), Фаза-фаза (AB) и три фазы при неисправности заземления (ABCG). Результаты в таблицах 1 и 2 показывают, что новый алгоритм ретрансляции MHO имеет быстрое время срабатывания. Новый алгоритм более чувствителен и больше точен, чем другие, особенно после добавление фильтров и использованное БПФ с изменяемый размера данных.

Системы анализа MATLAB значительно выигрывают у многих своих аналогов в быстродействии и функциональности.

Список литературы:

1. Яшасви Б., Видуши К. и Рамеш П. «Моделирование Характеристики MHO для Защита линии передачи Использование PSCAD», Международный Журнал исследований в Инженерное дело и прикладное Наук ИЖРЕАС Том 2, Выпуск 2, февраль 2012 г.
2. ALSTOM Grid, «Сеть Защита и автоматизация Путеводитель НПАГ»
3. Герхард Циглер, «Численные Принципы дистанционной защиты», 1999 г.
4. Эмилсон Перейра Лейте, «Матлаб - Моделирование, Программирование», издано Sciyo, Индия, 2010г.
5. MathWorks, Simulink ®, «Разработка S-Функции R751.b», Справочное руководство, Inc. 2013 г.