Рисунок 1
Аннотация: современные и будущие системы питания включают несколько интеллектуальных устройств. Они также объединяют возобновляемые источники энергии, системы хранения энергии, системы управления энергетическими микросистемами, гибридные сети и интеллектуальные сети с широким применением информационных технологий и связей. Недавние исследования показали необходимость разработать технологию энергосистем, которая повышает надежность электроэнергетических систем, повышает эффективность и улучшает обнаружение неисправностей для защиты; это сократит продолжительность прерывания работы потребителей, затронутых отключениями. Более того, при технологии интеллектуальных сетей снижается потеря мощности при потреблении энергии и повышение эффективности системы. Защита является одной из наиболее важных задач, стоящих перед развертыванием интеллектуальных сетей. В этой статье представлена защита энергосистем с помощью дифференциальных реле. Дифференциальная схема является очень надежным методом обеспечения безопасности охраняемых территорий. В статье рассматриваются параметры дифференциального реле с различными состояниями отказа. Поэтому схема защиты подтверждает быстрое разделение зоны повреждения для уменьшения повреждений оборудования. Результаты моделирования показывают, что метод эффективен и надежен.
Ключевые слова: слова: надежность, возобновляемые источники энергии, электросети, распределение электроэнергии, дифференциальная защита.
Новейшая революция в технологии электросетей называется smart grid (SG). Термин "интеллектуальная сеть" описывает будущую интеллектуальную электроэнергию, использующую цифровые технологии для мониторинга и управления. Другими словами, интеллектуальные сети интеллектуально интегрируют информацию и связь для улучшения качества электроэнергии, поставляемой потребителям. Это также повысит безопасность и надежность, а также услуги по финансовому контролю в системе. Интеллектуальная сеть – это версия будущей электросети, в которой используется современное оборудование и услуги, а также интеллектуальный мониторинг, управление, связь и интеллектуальная защита. Это революция в будущем электросетей, потому что, используя применимые технологии, это современная и интегрированная система. В условиях роста спроса на энергию и расширения возобновляемых источников энергии системы энергосетей должны регулироваться и совершенствоваться. Интеллектуальная сеть будет объединять все типы источников электроэнергии, а также использовать все средства производства и распределения энергии для удовлетворения будущих потребностей в энергии и ее технологиях [1].
Качество электроэнергии является важной целью интеллектуальной сети, которая обеспечит различные потребности и варианты при различных затратах. Кроме того, интеллектуальные сети обеспечивают усовершенствованный мониторинг и управление за счет использования оборудования, такого как цифровые датчики, электронные переключатели, умный учет энергии, а также передовые системы связи. Системы сбора данных и управления включают интерактивное программное обеспечение, управление в реальном времени и анализ потока питания. Все различные типы возобновляемых источников энергии будут связаны с энергосистемой для повышения качества, надежности и стабильности за счет использования интеллектуальных и передовых устройств. Для обеспечения таких передовых технологий, как интеллектуальная сетка, требуется интеллектуальная и интеллектуальная система защиты для повышения эффективности энергоснабжения клиентов и сокращения простоев. Использование интеллектуальной сети позволяет потребителям энергии быть активными участниками, предоставляя информацию и варианты контроля баланса спроса на электроэнергию [2].
Микросистема используется для обеспечения клиентов экономичными и надежными энергетическими ресурсами и для эффективного их использования посредством формирования структуры интеллектуальной сети во время нарушения. В этой главе рассматривается применение схем дифференциальной защиты. Вопросы, связанные с защитой, включают двунаправленный поток питания; это также приводит к снижению уровней тока отказа [6 - 8]. Энергосистема должна работать безопасно в любое время. Основные требования к защите энергосистемы включают скорость, избирательность, чувствительность, безопасность и надежность. Требования к надежности системы защиты гарантируют, что соответствующие и работоспособные защитные меры будут приняты, даже если отдельные части защитного устройства могут выйти из строя [9].
Как показано на рис. 1, ключевые особенности интеллектуальной сети предлагают множество преимуществ и перспектив в энергетике, тем самым оживляя социально-экономические стратегии этого сектора. Однако широкое применение новых технологий, если их не рассматривать, имеет недостатки, которые могут привести к таким катастрофам, как долгосрочные отключения электроэнергии, экономические сбои и так далее [10].
Рисунок 1
Различные университеты начали обширные исследования этой технологии, направленные на преодоление многих проблем. Параметры системы и конфигурация электросетей исследовались более разумно.
Датчик тока Rogowski работает так же, как обычный трансформатор тока переменного тока. Они не являются замкнутыми петлями, делая катушки открытыми и гибкими, и могут быть обернуты вокруг проводников [11 - 13]. RC могут немедленно реагировать на изменяющиеся токи, вплоть до нескольких наносекунд, из-за их низкой индуктивности. RC не имеет железного ядра для насыщения, что делает его очень линейным даже при воздействии больших токов. Линейность также позволяет определять токи высокого тока RC с использованием меньших опорных токов. При размыкании вторичной обмотки [14] опасности не наблюдается. Затраты на энергоснабжение и температурная компенсация просты [15 - 17]. Кроме того, RC не использует магнитопровод для поддержки двух обмоток. RC выполнен с двумя катушками, которые электрически соединены в противоположном направлении, исключая электромагнитное поле от внешней кольцевой трассы. Для получения текущего качества датчика конструкция RC должна соответствовать двум важным критериям: первый критерий, взаимная индуктивность М должна иметь постоянное значение для любого из мест расположения главного проводника внутри контура катушки, который может быть достигнут, если сердечник катушки имеет постоянное поперечное сечение S, перпендикулярен срединной линии и построен с постоянной плотностью поворота N. Второй, влияние соседних проводников, несущих большой ток к катушке выходного сигнала, должно быть минимальным. Следующая формула определяет взаимную индуктивность М:
Когда сердечник имеет постоянное поперечное сечение S, проницаемость свободного пространства, а линия обмотки перпендикулярна средней линии m, с постоянной плотностью N. Выходное напряжение пропорционально измеренной скорости изменения тока, как показано в Eq (2) [18]:
где M – взаимная индуктивность катушки, также называемая чувствительностью RC. Железный сердечник СТ имеет нелинейную характеристику и, следовательно, насыщается, когда в первичном токе присутствует компонент высокого тока или постоянного тока. При насыщении КТ (то есть увеличивается погрешность отношения КТ), что отрицательно сказывается на работе реле. На рис. 2 показана эквивалентная цепь трансформатора тока. Угол фазы тока между первичной катушкой и вторичным напряжением составляет почти 90 ° (из–за индуктивности катушки Ls). На рис. 3 показана эквивалентная схема RC.
Катушки Роговского являются линейными и могут использоваться в измерительных системах. Колебательный отклик RC может быть представлен откликом напряжения и собственной частотой, как описано ниже:
где &3969;n – собственная частота, и ε – коэффициент демпфирования. В результате RC могут заменить обычные CT для измерения и защиты. IEEE CTs C37.235TM-2007 [19] дает указания по применению RC–датчиков при их использовании в целях защиты, рассматривает основные характеристики.
Рисунок 2
Рисунок 3
На рис. 4 и 6 показана однофазная (внутренняя и внешняя) система дифференциальной защиты от отказов. Очевидно, что пара датчиков тока с помощью RC окружила защищенную зону. Поскольку это было естественной тенденцией, дифференциальная защита обеспечивала защиту провода оборудования системы, переносящего ток от RC, называемого пилотным проводом.
Рисунок 4
В случае отсутствия неисправности входной ток блока резервирования IP должен всегда совпадать с током, выходящим из защищенной зоны. Учитывая ток в трансформаторе А, пилотный провод переносил ток следующим образом:
где aA – коэффициент преобразования для RC A и IAe – вторичный ток возбуждения для RC A. Аналогично, для тока в трансформаторе B уравнение следующее:
где aB – коэффициент преобразования для RC B, а IBe – вторичный ток возбуждения для RC B. Принимая во внимание равный коэффициент, aA = aB = a, рабочий ток реле Iop равен:
При нормальной работе или внешней неисправности системы рабочий ток Iop реле был очень мал, но никогда не стремится к нулю. Тем не менее, в течение времени нахождения внутреннего разлома в защищенной зоне ток уже не был равен исходящему току. Рабочий ток дифференциального реле – это не что иное, как увеличение входного тока по сравнению с отказом питания.
Равномерное распределение линии показано на рис. 5. Где co – шунтирующая ёмкость (F/км), перейти к проводимости утечки шунта (S/км), Io – последовательная индуктивность (H/км) и ro – последовательное сопротивление (Ω/км). Распределение тока и напряжения по линии передачи задаётся уравнениями отображения тока и напряжения на диаграмме на концах линии.
Рисунок 5
Рассматривая соответствующий характеристический импеданс и константу распространения, можно применить вышеуказанный способ преобразования к нулевой, положительной и отрицательной компонентам последовательности тока. В этой статье подстрочные индексы 0
, 1
и 2
были описаны как нулевая, положительная и отрицательная последовательности соответственно.
где lmk и lnk 1/4 расстояния точки k от конца m и n соответственно:
Аналогично, отношение к току выглядит следующим образом:
Эффекты емкостного тока могут подавляться с помощью любого из следующих способов. Шунтирующий реактор, алгоритм компенсации фазора, компенсация тока конденсатора и модель линии Бержерона.
В действительности это предложение является надежным методом для системы защиты. Так как каждый трансформатор тока и автоматический выключатель могут объявлять только линию, обычно защита осуществляется с помощью двух боковых трансформаторов тока и автоматических выключателей. Сравнивались течения с обеих сторон. В нормальных условиях или при дефектах вне защищенной зоны ток с шины A равен току шины B. Таким образом, токи во вторичном трансформаторе тока были равны; ток через ток реле не протекал. Если неисправность происходит в защищенной зоне, то вторичные токи трансформатора на шинах A и шинах B не будут одинаковыми, и ток будет протекать через ток реле.
Дифференциальный коэффициент защиты, используя многоскатный элемент реле, был вставлен в новое реле для его отличного компромисса между надежностью и чувствительностью. Компоненты реле сравнивали различные токи Idiff (также называемые рабочим током), и ограничивающие токи Ibias выражаются в Eqs. (28) и (29) [20 - 24].
Он рассматривается как средство мониторинга и управления электростанциями, также используемыми на возобновляемых электростанциях, и эти системы передают данные в центр системы, которая является главным компьютером и получает заказы от многих удаленных терминалов; На рисунке 7 показана структура системы SCADA, система SCADA включает в себя следующее:
Работа сетей распределения электроэнергии контролируется системами контроля и сбора данных (SCADA). Системы SCADA связаны через различные сети связи, такие как микроволновые и волоконно-оптические сети, для обеспечения функционирования системы. Они используются для соединения передающих подстанций с основными генераторами для облегчения интегрированной системы. Работа способов связи в энергетических сетях производится линиями по системе с передовыми оптическими сетями. Потеря этих кабелей связи возможна и может усложнить защиту и контроль сети. Использование современных устройств беспроводной связи и датчиков может улучшить управление и мониторинг всей системы.
Интеллектуальные электронные устройства (IED) для мониторинга и управления для улучшения технологии интеллектуальных сетей и могут устанавливаться и распределяться в пределах системы, используемой для защиты и мониторинга [24 - 28]. Эти устройства соединены между собой и могут быть соединены с центральным IED, которое реализовано в подстанции. С другой стороны, IED могут также контролировать и обновлять электрический поток состояния в реальном времени и могут использоваться для управления и управления сетью.
Надежность системы релейной защиты может быть описана в двух отношениях: надежность и безопасность. Надежность системы релейной защиты обнаруживает и отключает все неисправности в зоне защиты. Безопасность системы релейной защиты способна отклонять все события и переходные процессы, которые не неисправны, так что исправная часть системы питания не отключается без необходимости. Дифференциальная защита является предпочтительным решением для широкого использования; защита от отказов для многотерминальных систем становится очень сложной, и быстрое обнаружение отказов систем становится очень важным. Этот результат обеспечивает различные решения для защиты линии передачи. Этот метод лучше, чем защита на расстоянии, поскольку дифференциальная защита требует меньшего количества входных данных и сокращает время вычислений.
Производительность этого алгоритма более эффективна, чем дистанционная релейная защита. Недостатки расстояния на линии передачи и направленного реле сверхтока следующие:
Принцип дифференциальной защиты основан на действующем законе Кирхгофа, который широко используется при защите первичного оборудования энергосистем. Общая цель системы защиты заключается в том, чтобы быстро изолировать районы, где происходят беспорядки, сохраняя при этом остальную часть системы. Для успешной работы метод защиты должен соответствовать пяти критериям: (1) надежность, (2) избирательность, (3) скорость, (4) простота и (5) экономичность.