پیش‌گیری از خطوط تغذیه با رله‌های مبتنی بر میکروپروسسور برای شبکه‌های توزیع هوشمند مدرن

1. مقدمه و چالش‌های اصلی​
   تکامل روزافزون منابع انرژی توزیع شده (DERs) (مانند انرژی خورشیدی و بادی) در شبکه‌های توزیع، همراه با افزایش تقاضا برای قابلیت اطمینان و ایمنی تامین برق، چالش‌های جدی به طرح‌های حفاظت خطوط تغذیه سنتی می‌دهد. این راه‌حل برای مقابله با سه چالش اصلی زیر طراحی شده است:

• ​خطرات پرتو قوس الکتریکی:​​ کوتاه شدن داخلی تجهیزات مانند گیربکس می‌تواند پرتوهای قوس الکتریکی بسیار مخرب ایجاد کند که تهدیدی برای ایمنی تجهیزات و کارکنان است و نیاز به پاسخ بسیار سریع از سیستم حفاظت دارد.
• ​اشتباهات زمینی با مقاومت بالا:​​ به ویژه اشتباهات تک فازه که در مناطق روستایی یا مناطق با مقاومت خاک بالا رخ می‌دهند، با جریان خطا کم، توسط حفاظت‌های جریان صفر-دنباله سنتی مشکل تشخیص داده می‌شوند و خطر عدم عملکرد حفاظت را ایجاد می‌کنند.
• ​تأثیر یکپارچه‌سازی منابع انرژی توزیع شده (DERs):​​ یکپارچه‌سازی DERs جهت جریان توان و ویژگی‌های جریان کوتاه‌مداری شبکه‌های توزیع را تغییر می‌دهد، که ممکن است منجر به عملکرد غیرصحیح حفاظت (قطع غلط) یا عدم عملکرد آن شود و خطر جزیره‌سازی غیرمورد نظر را معرفی می‌کند.

این راه‌حل، با استفاده از رеле‌های محافظ مبتنی بر میکروپروسسور و یکپارچه‌سازی چندین الگوریتم نوآورانه، حفاظت خط تغذیه جامع، سریع و قابل اعتماد برای شبکه‌های توزیع مدرن ارائه می‌دهد.

​2. جزئیات راه‌حل​
رеле محافظ خط تغذیه ما با طراحی ماژولار، توابع حفاظت اصلی زیر را برای مقابله با چالش‌های ذکر شده یکپارچه می‌کند.

​2.1 ماژول حفاظت پرتو قوس الکتریکی چندباند (AFP)​

• ​اصل فنی:​​ از تکنولوژی تشخیص چندباند اختصاصی استفاده می‌کند و همزمان شدت نور (از طریق سنسورهای نور قوس اختصاصی) و نرخ تغییر جریان (di/dt) را نظارت می‌کند. یک خطا تنها زمانی به عنوان پرتو قوس الکتریکی تأیید می‌شود که هر دو شرط - "سیگنال نور قوس قوی" و "ویژگی جریان بیش از حد با سرعت بالا (>10 kA/ms)" - (عملیات AND منطقی) برقرار باشند. این معیار دوگانه به طور موثر از عملکرد غیرصحیح ناشی از منابع نور خارجی یا جریان‌های بیش از حد سوئیچینگ جلوگیری می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ دارای سرعت عمل بسیار سریع است که برای کمینه کردن انرژی پرتو قوس الکتریکی طراحی شده است.
• ​مثال کاربردی:​​ پس از نصب در سیستم توزیع ولتاژ متوسط یک مرکز داده بزرگ، این ماژول زمان کلی تمیز کردن خطا را کمتر از ۴ میلی‌ثانیه به دست آورد که سه برابر سریع‌تر از طرح‌های حفاظت جریان فقط سنتی است و به طور قابل توجهی خطر آسیب تجهیزات را کاهش می‌دهد.

​2.2 ماژول حفاظت از خطا زمینی با جریان کم با حساسیت بالا​

• ​اصل فنی:​​ از روش میزان عرضه صفر-دنباله استفاده می‌کند. این روش شامل اندازه‌گیری دقیق و زنده ولتاژ صفر-دنباله (3U₀) و جریان صفر-دنباله (3I₀) سیستم و محاسبه مقدار میزان عرضه مربوطه است. این الگوریتم نسبت به تغییرات جریان خطا زمینی ظرفیتی سیستم حساسیت کمتری دارد و به طور موثر بین جریان ظرفیتی عادی و جریان مقاومتی ناشی از خطا تمایز می‌کند، بنابراین خطا‌های زمینی با مقاومت بالا با مقادیر مقاومت تا ۱ کیلوهم یا بیشتر را به طور دقیق شناسایی می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ مشکل حساسیت کافی نبودن طرح‌های حفاظت سنتی در مواقع خطا با مقاومت انتقال بالا را حل می‌کند و به طور قابل توجهی خطرات لرزش الکتریکی و آتش‌سوزی را کاهش می‌دهد.
• ​مثال کاربردی:​​ در یک پروژه آزمایشی در یک شبکه روستایی (با جریان خطا زمینی ظرفیتی بالا و سطوح عایق‌بندی خطوط نامتوازن)، استفاده از این تکنولوژی نرخ کشف خطا زمینی را از ۶۵٪ با طرح‌های سنتی به ۹۲٪ افزایش داد و به طور قابل توجهی ایمنی تامین برق را افزایش داد.

​2.3 ماژول حفاظت ضد جزیره‌سازی تطبیقی​

• ​اصل فنی:​​ برای مقابله با خطر جزیره‌سازی ناشی از یکپارچه‌سازی DERs، این ماژول روش‌های نظارت غیرفعال و فعال را ترکیب می‌کند.
• ​نظارت غیرفعال:​​ به طور مداوم پارامترهای غیرعادی در نقطه اتصال مشترک (PCC) مانند انحراف فرکانس ولتاژ (Δf > ۰.۵ Hz) و پرش زاویه فاز (Δφ > ۱۰°) را نظارت می‌کند.
• ​تعیین فعال:​​ وقتی نشانگرهای نظارت غیرفعال از آستانه‌های تنظیم شده بیشتر شوند، روش‌های فعال مانند افت فرکانس فعال را برای تأیید سریع وضعیت جزیره‌سازی اضافه می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ تضمین می‌کند که DERs را در یک زمان بسیار کوتاه (< ۲۰۰ ms، مطابق با الزامات کد شبکه) پس از رخ دادن جزیره‌سازی جدا می‌کند و خطرات ناشی از عملکرد غیرمورد نظر جزیره‌ای را برای تجهیزات شبکه و کارکنان نگهداری جلوگیری می‌کند.
• ​مثال کاربردی:​​ در یک پروژه میکروشبکه شامل چندین آرایه خورشیدی، این ماژول ضد جزیره‌سازی دقت ۹۹.۷٪ به دست آورد. به طور موثر جزیره‌سازی را جلوگیری می‌کند و در عین حال سفرهای غیرضروری ناشی از اختلالات شبکه عادی را به حداقل می‌رساند و در نتیجه بهبود میزان استفاده از منابع انرژی توزیع شده را ایجاد می‌کند.

​3. خلاصه ارزش‌های اصلی​
این راه‌حل حفاظت مبتنی بر میکروپروسسور، با یکپارچه‌سازی چندین الگوریتم هوشمند، به دست می‌آید:

• ​ایمنی بهبود یافته:​​ با حفاظت پرتو قوس الکتریکی در سطح میلی‌ثانیه و حفاظت خطا زمینی با حساسیت بسیار بالا، حمايت بهينه از کارکنان و تجهیزات را تضمین می‌کند.
• ​قابلیت اطمینان بالا:​​ به طور موثر با پیچیدگی‌های ناشی از یکپارچه‌سازی DERs مقابله می‌کند، وضعیت‌های جزیره‌سازی و خطا‌های با مقاومت بالا را به طور دقیق شناسایی می‌کند و نقاط ضعف حفاظت را حذف می‌کند.
• ​بازیابی سریع:​​ امکان تمیز کردن سریع خطا را فراهم می‌کند، بازیابی خودکار شبکه را تسهیل می‌کند، مدت زمان قطع برق را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان تامین برق را افزایش می‌دهد.