ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical Universityipolytech-13Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА В СРЕДЕ MATLAB SIMULINKMATHEMATICAL SIMULATION OF NUMERICAL TRANSFORMER DIFFERENTIAL PROTECTION IN MATLAB SIMULINKАндреевМ. В.AndreevM. V.andreevmv@tpu.ruРубанН. Ю.RubanN. Yu.rubanny@tpu.ruСуворовА. А.SuvorovA. A.suvorovaa@tpu.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation201815092020221134150Copyright © Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Суворов А.А., 20202020Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Суворов А.А.Andreev M.V., Ruban N.Y., Suvorov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/13

ЦЕЛЬ. В данной работе изучен вопрос влияния конкретных видов преобразователей и фильтров в составе измерительной части на функционирование совокупной математической модели цифровой дифференциальной защиты трансформатора. МЕТОДЫ. Для разработки математических моделей защиты использовался метод направленных графов, а для их формализации в виде программного кода - язык программирования Си. В качестве платформы для интеграции созданных моделей и кодов использовался программный комплекс MATLAB Simulink. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Представленные результаты демонстрируют функционирование отдельных элементов математической модели цифровой дифференциальной защиты трансформатора и их влияние на работу защиты в целом. Выявлены некоторые особенности MATLAB Simulink, которые необходимо иметь в виду при реализации математических моделей в данном комплексе. ВЫВОДЫ. Показано, что для полного и достоверного моделирования цифровой релейной защиты необходимо не просто воспроизводить функции структурных элементов, а иметь представление, как минимум, об их видах и характеристиках. В противном случае адекватность математической модели будет низкой. Известная проблема численных методов для решения жестких систем дифференциальных уравнений имеет место даже для таких небольших по математическим меркам моделей, как математические модели релейной защиты.

PURPOSE. The paper studies the influence of specific types of converters and filters in the measuring part on the operation of the mathematical model of numerical transformer differential protection. METHODS. The method of oriented graphs is used for the development of mathematical models of protection, which are formalized in the form of programming codes using the C programming language. The MATLAB Simulink software complex is used as a platform for created models and codes integration. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The presented results demonstrate the operation of the specific elements of the mathematical model of the numerical transformer differential protection and their effect on the operation of protection as a whole. Some features of MATLAB Simulink have been revealed which must be taken into account when implementing mathematical models in this complex. CONCLUSIONS. It is shown that complete and reliable modeling of numerical relay protection requires rather to have an idea on structural element types and characteristics than to reproduce their functions. Otherwise, the adequacy of the mathematical model will be low. The known problem of the numerical methods for solving the stiff systems of differential equations is relevant even for such small (in mathematical terms) models as mathematical models of relay protection.

цифровая релейная защитаматематическое моделированиечисленные методыизмерительная частьMATLAB SimulinkS-Function Buildernumerical relay protectionmathematical simulationMATLAB SimulinkS-Function Buildernumerical methodsmeasuring partReferencesАндреев М.В., Рубан Н.Ю., Гордиенко И.С., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О. Всережимное математическое моделирование релейной защиты электроэнергетических систем. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. 180 с.Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Гордиенко И.С., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О. Всережимное математическое моделирование релейной защиты электроэнергетических систем. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. 180 с.Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Рубан Н.Ю., Суворов А.А., Сулайманов А.О., Уфа Р.А. Влияние элементов измерительной части цифровой дифференциальной защиты трансформаторов на преобразование входного сигнала // Проблемы региональной энергетики. 2017. № 2 (34). С. 1-12.Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Рубан Н.Ю., Суворов А.А., Сулайманов А.О., Уфа Р.А. Влияние элементов измерительной части цифровой дифференциальной защиты трансформаторов на преобразование входного сигнала // Проблемы региональной энергетики. 2017. № 2 (34). С. 1-12.Ершов Ю.А., Малеев А.В. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2010. Т. 3. № 2. С. 220-228.Ершов Ю.А., Малеев А.В. Моделирование микропроцессорных релейных защит в среде MATLAB // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2010. Т. 3. № 2. С. 220-228.Румянцев Ю.В. Комплексная модель для исследования функционирования цифровой дифференциальной защиты силового трансформатора // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016. Т. 59. № 3. С. 203-224.Румянцев Ю.В. Комплексная модель для исследования функционирования цифровой дифференциальной защиты силового трансформатора // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016. Т. 59. № 3. С. 203-224.Ершов Ю.А., Киселев Д.Н. Исследование цифровых дифференциальных защит трансформаторов // Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2016. № 34-1. С. 176-185.Ершов Ю.А., Киселев Д.Н. Исследование цифровых дифференциальных защит трансформаторов // Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2016. № 34-1. С. 176-185.Chen C.-S., Liu C.-W., Jiang J.-A. Application of combined adaptive Fourier filtering technique and fault detector to fast distance protection // IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. No. 2. P. 619-626.Chen C.-S., Liu C.-W., Jiang J.-A. Application of combined adaptive Fourier filtering technique and fault detector to fast distance protection // IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. No. 2. P. 619-626.Perez S.G.A., Sachdev M.S., Sidhu T.S. Modeling relays for use in power system protection studies // Proc. Electrical and Computer Engineering Conf. 2005. P. 566-569.Perez S.G.A., Sachdev M.S., Sidhu T.S. Modeling relays for use in power system protection studies // Proc. Electrical and Computer Engineering Conf. 2005. P. 566-569.Aktaibi A., Rahman M.A. MATLAB - A Fundamental Tool for Scientific Computing and Engineering Applications. Vol. 1. Chapter 10. DOI: http://dx.doi.org/10.5772/48624Aktaibi A., Rahman M.A. MATLAB - A Fundamental Tool for Scientific Computing and Engineering Applications. Vol. 1. Chapter 10. DOI: http://dx.doi.org/10.5772/48624Андреев М.В. Особенности математического моделирования цифровых устройств релейной защиты // Автоматизация и IT в энергетике. 2017. № 11 (100). С. 10-15.Андреев М.В. Особенности математического моделирования цифровых устройств релейной защиты // Автоматизация и IT в энергетике. 2017. № 11 (100). С. 10-15.Афанасьев В.В., Адоньев Н.М., Жалалис Л.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия, 1980. 344 с.Афанасьев В.В., Адоньев Н.М., Жалалис Л.В. и др. Трансформаторы тока. Л.: Энергия, 1980. 344 с.Овчаренко Н.И. Цифровые аппаратные и программные элементы микропроцессорной релейной защиты и автоматики энергосистем. Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 5-6 (89-90). М.: НТФ «Энергопрогресс», 2006. 120 с.Овчаренко Н.И. Цифровые аппаратные и программные элементы микропроцессорной релейной защиты и автоматики энергосистем. Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 5-6 (89-90). М.: НТФ «Энергопрогресс», 2006. 120 с.Johnson D., Johnson J., Moore H. A handbook of active filters, Englewood Cliffs. New Jersey, USA: Prentice-Hall Inc. 1980. 128 p.Johnson D., Johnson J., Moore H. A handbook of active filters, Englewood Cliffs. New Jersey, USA: Prentice-Hall Inc. 1980. 128 p.Овчаренко Н.И. Аналоговые элементы микропроцессорных комплексов релейной защиты и автоматики. Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 9 (33). М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. 80 c.Овчаренко Н.И. Аналоговые элементы микропроцессорных комплексов релейной защиты и автоматики. Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик». Вып. 9 (33). М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. 80 c.Manual for Differential Protection 7UT6x V4.6, Siemens, 2014.Manual for Differential Protection 7UT6x V4.6, Siemens, 2014.Instruction Manual for Numerical Differential Protection Relay for Transformers, Generators, Motors and Branches Points 7UT51 V3.0, Siemens, 2001.Instruction Manual for Numerical Differential Protection Relay for Transformers, Generators, Motors and Branches Points 7UT51 V3.0, Siemens, 2001.Hall G., Watt J.M. Modern numerical methods for ordinary differential equations. Oxford, UK: Clarendon Press, 1976. 312 p.Hall G., Watt J.M. Modern numerical methods for ordinary differential equations. Oxford, UK: Clarendon Press, 1976. 312 p.Галанин М.П., Ходжаева С.Р. Методы решения жестких обыкновенных дифференциальных уравнений. Результаты тестовых расчетов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2013. № 98. 29 с.Галанин М.П., Ходжаева С.Р. Методы решения жестких обыкновенных дифференциальных уравнений. Результаты тестовых расчетов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2013. № 98. 29 с.Вержбицкий В.М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Высш. шк. 2001. 382 с.Вержбицкий В.М. Численные методы (математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Высш. шк. 2001. 382 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.