Λύση Προστασίας Γεννήτριας με Μικροεπεξεργαστη-Βάση Ρελέ για Σύγχρονα Έξυπνα Διανομικά Δίκτυα

1. Εισαγωγή και Κύριες Προκλήσεις​
   Η αυξανόμενη ολοκλήρωση των διανεμημένων πηγών ενέργειας (DERs) (όπως φωτοβολταϊκή και αιολική ενέργεια) στα δίκτυα διανομής, σε συνδυασμό με την αυξανόμενη ζήτηση των χρηστών για αξιοπιστία και ασφάλεια της παροχής ενέργειας, θέτει σοβαρές προκλήσεις στους παραδοσιακούς μηχανισμούς προστασίας. Αυτή η λύση σχεδιάστηκε για να αντιμετωπίσει τις εξής τρεις βασικές προκλήσεις:

• ​Κίνδυνοι Ηλεκτρικών Τόξων:​​ Εσωτερικές μικροσχωματικές συνδέσεις σε εξοπλισμό όπως σεναρία διακόπτων μπορούν να προκαλέσουν εξαιρετικά καταστροφικά ηλεκτρικά τόξα, απειλώντας την ασφάλεια του εξοπλισμού και του προσωπικού, οι οποίοι απαιτούν εξαιρετικά γρήγορη απόκριση από το σύστημα προστασίας.
• ​Υψηλής Αντίστασης Γεωμετρικά Σφάλματα:​​ Υπάρχουν ιδιαίτερα μονοφάση γεωμετρικά σφάλματα που συμβαίνουν σε αγροτικές περιοχές ή περιοχές με υψηλή αντίσταση του εδάφους, χαρακτηριζόμενα από χαμηλό ρεύμα σφάλματος, τα οποία είναι δύσκολα να ανιχνευθούν αξιόπιστα από την παραδοσιακή προστασία υπερβολικού μηδενικού ρεύματος, δημιουργώντας τον κίνδυνο αποτυχίας λειτουργίας προστασίας.
• ​Επίδραση της Ολοκλήρωσης Διανεμημένων Πηγών Ενέργειας (DERs):​​ Η ολοκλήρωση DERs αλλάζει την κατεύθυνση ροής ενέργειας και τα χαρακτηριστικά των μικροσχωματικών ρευμάτων στα δίκτυα διανομής, με δυνατότητα να προκαλέσει λανθασμένη λειτουργία προστασίας (ψευδής διακοπή) ή αποτυχία λειτουργίας, και να εισαγάγει τον κίνδυνο ανεπιθύμητης νησιωτικής λειτουργίας.

Αυτή η λύση, με βάση προηγμένες μικροεπεξεργαστηρικές προστατικές συσκευές και την ολοκλήρωση πολλαπλών καινοτόμων αλγορίθμων, παρέχει ολοκληρωμένη, γρήγορη και αξιόπιστη προστασία διανομής για τα σύγχρονα δίκτυα διανομής.

​2. Λεπτομέρειες Λύσης​
Ο προστατικός διακόπτης διανομής μας χρησιμοποιεί σχεδιασμό μεταβλητών, ενοποιώντας τις εξής βασικές λειτουργίες προστασίας για την αντιμετώπιση των προαναφερθέντων προκλήσεων.

​2.1 Μονάδα Προστασίας Ηλεκτρικών Τόξων Πολλαπλών Ζωνών (AFP)​

• ​Τεχνική Αρχή:​​ Χρησιμοποιεί προπτυχιακή τεχνολογία ανίχνευσης πολλαπλών ζωνών, παρακολουθώντας την ένταση φωτός (μέσω ειδικών αισθητήρων ηλεκτρικών τόξων) και το ρυθμό μεταβολής του ρεύματος (di/dt). Ένα σφάλμα επιβεβαιώνεται ως ηλεκτρικό τόξο μόνο όταν ικανοποιούνται και οι δύο συνθήκες - "ισχυρό σήμα ηλεκτρικού τόξου" ΚΑΙ "χαρακτηριστικό υπερβολικού ρεύματος υψηλής ταχύτητας (>10 kA/ms)" (λογική AND). Αυτός ο διπλός κριτήριος αποτρέπει αποτελεσματικά τη λανθασμένη λειτουργία λόγω εξωτερικών πηγών φωτός ή ρευμάτων διακόπτων.
• ​Πλεονέκτημα Λειτουργίας:​​ Διαθέτει εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες λειτουργίας, σχεδιασμένες για τη μείωση της ενέργειας ηλεκτρικών τόξων.
• ​Περίπτωση Εφαρμογής:​​ Μετά την εφαρμογή στο μεσαίου υψηλού υποδομής ενός μεγάλου κέντρου δεδομένων, αυτή η μονάδα επιτύχει συνολικό χρόνο εξάλειψης σφάλματος λιγότερο από 4 χιλιοστά δευτερόλεπτα, προσφέροντας τριπλάσια ταχύτητα σε σύγκριση με παραδοσιακά συστήματα προστασίας μόνο ρεύματος, μειώνοντας σημαντικά τον κίνδυνο ζημίας εξοπλισμού.

​2.2 Μονάδα Προστασίας Υψηλής Ευαισθησίας Χαμηλού Ρεύματος Γεωμετρικών Σφαλμάτων​

• ​Τεχνική Αρχή:​​ Χρησιμοποιεί τη μέθοδο μηδενικής αδμιτταντικότητας. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει πραγματικού χρόνου, ακριβή μέτρηση της μηδενικής τάσης του συστήματος (3U₀) και του μηδενικού ρεύματος (3I₀), υπολογίζοντας την αντίστοιχη τιμή αδμιτταντικότητας. Αυτός ο αλγόριθμος είναι σχετικά ανευθυνός σε παραλλαγές του κατανομής του ρεύματος της κατανομής, διακρίνοντας αποτελεσματικά μεταξύ του φυσιολογικού ρεύματος κατανομής και του ρεύματος που προκαλείται από σφάλμα, επιτρέποντας την ακριβή ανίχνευση υψηλής αντίστασης γεωμετρικών σφαλμάτων με τιμές αντίστασης μέχρι και 1 kΩ ή περισσότερο.
• ​Πλεονέκτημα Λειτουργίας:​​ Λύνει το πρόβλημα της ανεπαρκούς ευαισθησίας των παραδοσιακών συστημάτων προστασίας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων με υψηλή μεταβατική αντίσταση, μειώνοντας σημαντικά τους κινδύνους ηλεκτροσοκ και πυρκαγιάς.
• ​Περίπτωση Εφαρμογής:​​ Σε ένα πιλοτικό έργο σε αγροτικό δίκτυο (με υψηλό ρεύμα κατανομής και ανομοιογενή επίπεδα μεταφοράς), η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας αυξήσει το συνολικό ποσοστό ανίχνευσης γεωμετρικών σφαλμάτων από 65% με παραδοσιακά συστήματα σε 92%, ενισχύοντας σημαντικά την ασφάλεια της παροχής ενέργειας.

​2.3 Μονάδα Προστασίας Αντι-Νησιωτικής Λειτουργίας​

• ​Τεχνική Αρχή:​​ Για την αντιμετώπιση του κινδύνου νησιωτικής λειτουργίας που προκαλεί η ολοκλήρωση DER, αυτή η μονάδα συνδυάζει ενεργούς και παθητικές μεθόδους ανίχνευσης.
• ​Παθητική Παρακολούθηση:​​ Συνεχώς παρακολουθεί τα παράνομα παράμετρα στο σημείο κοινής σύνδεσης (PCC), όπως η απόκλιση συχνότητας τάσης (Δf > 0.5 Hz) και η αλλαγή φάσης (Δφ > 10°).
• ​Ενεργή Απόφαση:​​ Όταν οι δείκτες παθητικής παρακολούθησης υπερβαίνουν τα ορία, ενσωματώνει ενεργές μεθόδους όπως την ενεργή αποκλίνουσα συχνότητα για ταχεία επιβεβαίωση της νησιωτικής συνθήκης.
• ​Πλεονέκτημα Λειτουργίας:​​ Εξασφαλίζει ταχεία αποσύνδεση των DER μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα (< 200 ms, συμβατό με τους κώδικες δικτύου) μετά την εμφάνιση νησιωτικής λειτουργίας, προληπτικά των κινδύνων για τον εξοπλισμό και το προσωπικό συντήρησης από την ανεπιθύμητη νησιωτική λειτουργία.
• ​Περίπτωση Εφαρμογής:​​ Επιβεβαιώθηκε σε ένα έργο μικροδικτύου που περιείχε πολλά φωτοβολταϊκά παρκά, αυτή η μονάδα αντι-νησιωτικής λειτουργίας επέτυχε ποσοστό ακρίβειας 99.7%. Επιτρέπει την αποτελεσματική πρόληψη της νησιωτικής λειτουργίας, μειώνοντας ταυτόχρονα τις ανεπιθύμητες διακοπές λόγω κανονικών διαταραχών στο δίκτυο, ενισχύοντας έτσι την αξιοποίηση των διανεμημένων πηγών ενέργειας.

​3. Σύνοψη Κύριων Αξιών​
Αυτή η μικροεπεξεργαστηρική λύση προστασίας, με την ολοκλήρωση πολλαπλών εξελιγμένων αλγορίθμων, επιτυγχάνει:

• ​Ενίσχυση της Ασφάλειας:​​ Μεγιστοποιεί την προστασία του προσωπικού και του εξοπλισμού μέσω προστασίας ηλεκτρικών τόξων σε επίπεδο χιλιοστών δευτερολέπτων και υψηλής ευαισθησίας προστασίας γεωμετρικών σφαλμάτων.
• ​Υψηλή Αξιοπιστία:​​ Αντιμετωπίζει αποτελεσματικά τις πολυπλοκότητες που προκαλούνται από την ολοκλήρωση DER, αναγνωρίζοντας ακριβώς τις συνθήκες νησιωτικής λειτουργίας και τα υψηλής αντίστασης σφάλματα, εξαλείφοντας τα "τυφλά σημεία" της προστασίας.
• ​Γρήγορη Επαναφορά:​​ Επιτρέπει την ταχεία εξάλειψη σφαλμάτων, ενισχύοντας την ταχεία αυτοάναστηση του δικτύου, μειώνοντας τη διάρκεια διακοπής και βελτιώνοντας την αξιοπιστία της παροχής ενέργειας.