Идентификация элементов измерительной части цифровой релейной защиты по времени ее срабатывания

Цель исследований – разработка метода идентификации конкретной реализации элементов измерительной (промежуточные преобразователи, аналоговые фильтры) и частично вычислительно-логической (цифровые фильтры) частей микропроцессорной релейной защиты по времени формирования сигнала на срабатывания, который в отличие от существующих подходов позволяет выделить и исключить задержки, вносимые исполнительными элементами защиты. Для формирования математической модели измерительной части микропроцессорной релейной защиты использовался метод направленных графов. Решение, сформированное в результате дифференциальных уравнений, реализовано с использованием метода неявного непрерывного интегрирования аналоговым способом. Определение временных задержек, вносимых входными цепями защиты, осуществлялось следующим образом: идентичные сигналы подавались в терминал и математическую модель защиты; фиксировалось время, необходимое для формирования сигнала на срабатывание, где начальной точкой отсчета времени был принят момент достижения входным сигналом уставки, конечной точкой – момент появления сигнала на срабатывание. Выполнены исследования для 144 различных сочетаний элементов измерительной части (промежуточные преобразователи, аналоговые фильтры) и цифровых фильтров с конечной импульсной характеристикой микропроцессорной релейной защиты. В результате в качестве наиболее «оптимального» выбрано сочетание, в котором во всех исследованных режимах наблюдалось наименьшее по сравнению с другими сочетаниями отклонение от времени срабатывания реального устройства. Предложенный метод идентификации элементов входных цепей микропроцессорной (цифровой) защиты является основным способом приблизить модель к реальному устройству. С его помощью можно получить таблицу «типовых» времен срабатывания защит с различной структурой измерительной части и на практике, в зависимости от конкретного типа терминала защиты, выбирать заведомо определенный «оптимальный» внутренний состав защиты, используемый при настройке защиты с помощью их математических моделей.

1. Андреев М.В., Рубан Н.Ю., Гордиенко И.С. Всережимное математическое моделирование релейной защиты электроэнергетических систем: монография. Томск: Изд-во ТПУ, 2016. 176 с.

2. Andreev M., Suvorov A., Ruban N., Ufa R., Gusev A., Askarov A., et al. Settings determination for numerical transformer differential protection via its detailed mathematical model // IET Generation, Transmission and Distribution. 2020. Vol. 14. No. 10. P. 1962–1972. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2019.0932

3. Andreev M.V. Investigation of processes in the measuring part of digital devices of relay protection in the MATLAB software package // Russian Electrical Engineering. 2019. Vol. 90. No. 7. P. 530–537. https://doi.org/10.3103/S1068371219070022

4. Peng Z., Li M.S., Wu C.Y., Cheng T.C., Ning T.S. A dynamic state space model of a MHO distance relay // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. 1985. Vol. PAS-104. Issue 12. P. 3558–3564. https://doi.org/10.1109/TPAS.1985.318910

5. Perez L.G., Flechsig A.J., Venkatasubramanian V. Modeling the protective system for power system dynamic analysis // IEEE Transactions on Power Systems. 1994. Vol. 9. Issue 4. P. 1963–1973. https://doi.org/10.1109/59.331457

6. Ершов Ю.А., Киселев Д.Н. Исследование цифровых дифференциальных защит трансформаторов // Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2016. № 34-1. С. 176–185.

7. Hong Q., Booth C., Dyśko A., Catterson V. Design of an intelligent system for comprehensive validation of protection settings // 13th International Conference on Development in Power System Protection. 2016. https://doi.org/10.1049/cp.2016.0080

8. Mahadevan N., Dubey A., Chhokra A., Guo H., Karsai G. Using temporal causal models to isolate failures in power system protection devices // IEEE Instrumentation & Measurement Magazine. 2015. Vol. 18. Issue 4. P. 28– 39. https://doi.org/10.1109/MIM.2015.7155770

9. Hsieh Shih-Chieh, Chen Chao-Shun, Tsai Cheng-Ta, Hsu Cheng-Ting, Lin Chia-Hung. Аdaptive relay setting for distribution systems considering operation scenarios of wind generators // IEEE Transactions on Industry Applications. 2014. Vol. 50. No. 2. P. 1356–1363. https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2274613

10. 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. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-203-224

11. Meliopoulos A.P.S., Cokkinides G.J., Myrda P., Liu Yu, Fan Rui, Sun Liangyi, et al. Dynamic state estimationbased protection: status and promise // IEEE Transactions on Power Delivery. 2017. Vol. 32. No. 1. P. 320–330. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2016.2613411

12. Rodriguez D.F.C., Osorio J.D.P., Ramos G. Virtual relay design for feeder protection testing with online simulation // IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. Vol. 54. Issue 1. P. 143–149. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2741918

13. Кошельков И.А., Егоров Е.П., Иванов А.В. Задачи моделирования при проведении функциональных испытаний микропроцессорных устройств РЗА // Электроэнергетика глазами молодежи – 2016: труды VII Междунар. молодежной науч.-техн. конф. (г. Казань, 19–23 сентября). Казань: Изд-во КГЭУ, 2016. Т. 1. С. 364–366.

14. Seethalekshmi K., Singh S.N., Srivastava S.C. A classification approach using support vector machines to prevent distance relay maloperation under power swing and voltage instability // IEEE Transactions on Power Delivery. 2012. Vol. 27. No. 3. P. 1124–1133. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2011.2174808

15. Haj Salah A.A., Garna T., Messaoud H. Controller interpolation methods for transition and control of nonlinear systems // International Conference on Control, Decision and Information Technologies. 2016. P. 769–773. https://doi.org/10.1109/CoDIT.2016.7593660

16. Goncharov V., Rudnicki V., Liepinsh A. Numerical form of the automatic-control system mathematical models based on the real interpolation method approach // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing. 2017. https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2017.8076431

17. Андреев М.В., Боровиков Ю.С., Гусев А.С., Сулайманов А.О., Суворов А.А., Рубан Н.Ю. [и др.]. Концепция и базовая структура всережимного моделирующего комплекса // Газовая промышленность. 2017. № 5. С. 18–27.

18. Andreev M., Gusev A., Sulaymanov A., Borovikov Yu. Setting of relay protection of electric power systems using its mathematical models // IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe. 2017. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope.2017.8260093

19. Андреев М.В., Суворов А.А., Аскаров А.Б., Киевец А.В. Проблема численного моделирования цифровой релейной защиты и ее аналого-цифровое (гибридное) решение // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 6. С. 77–83. http://doi.org/10.17213/0136-3360-2018-6-77-83

20. Kezunovic M., Chen Qinghua. A novel approach for interactive protection system simulation // IEEE Transactions on Power Systems. 1997. Vol. 12. No. 2. P. 668– 674. https://doi.org/10.1109/61.584336

21. Dysko A., McDonald J.R., Burt G.M., Goody J., Gwyn B. Dynamic modelling of protection system performance // Sixth International Conference on Developments in Power System Protection (Nottingham, 25–27 March 1997). Nottingham: IET, 1997. No. 434. P. 381–385. http://doi.org/10.1049/cp:19970104