راه‌حل حفاظت از خط با رله‌های مبتنی بر میکروپروسسور برای شبکه‌های توزیع هوشمند مدرن

1. مقدمه و چالش‌های اصلی​
   همگرایی روزافزون منابع تولید انرژی توزیع‌شده (DERs) مانند نور خورشیدی و بادی با شبکه‌های توزیع، همراه با افزایش تقاضا برای قابلیت اطمینان و ایمنی تامین برق، چالش‌های جدی به سیستم‌های حفاظت خطوط تغذیه معمولی وارد می‌کند. این راه‌حل برای مقابله با سه چالش اصلی زیر طراحی شده است:

• ​خطرات اشعه آتش:​​ کوتاه شدن داخلی دستگاه‌هایی مانند پریزها می‌تواند اشعه آتش بسیار مخرب ایجاد کند که تهدیدی برای ایمنی دستگاه‌ها و افراد است و نیاز به واکنش بسیار سریع از سیستم حفاظت دارد.
• ​اشکال زمینی با مقاومت بالا:​​ به ویژه اشکال زمینی تک فاز در مناطق روستایی یا مناطق با مقاومت خاک بالا که با جریان اشکال کم مشخص می‌شوند، توسط حفاظت‌های صفر-سلبی معمولی به سختی قابل تشخیص هستند و خطر عدم عملکرد حفاظت را می‌آورد.
• ​تأثیر ادغام منابع تولید انرژی توزیع‌شده (DERs):​​ ادغام DERs جهت جریان برق و ویژگی‌های جریان کوتاه‌مدار در شبکه‌های توزیع را تغییر می‌دهد، که می‌تواند باعث عملکرد غیرطبیعی حفاظت (خطا در قطع) یا عدم عملکرد و خطر جزیره‌ای شود.

این راه‌حل، با استفاده از رله‌های حفاظتی مبتنی بر میکروپروسسور و ادغام الگوریتم‌های نوآورانه متعدد، حفاظت خط تغذیه جامع، سریع و قابل اعتماد برای شبکه‌های توزیع مدرن ارائه می‌دهد.

​2. جزئیات راه‌حل​
رله حفاظتی خط تغذیه ما طراحی مدولار دارد و توابع حفاظتی اصلی زیر را برای مقابله با چالش‌های ذکر شده ادغام می‌کند.

​2.1 مدول حفاظت از اشعه آتش چندباندی (AFP)​

• ​اصول فنی:​​ از تکنولوژی تشخیص چندباندی اختصاصی استفاده می‌کند که شدت نور (با استفاده از سنسورهای نور اشعه آتش اختصاصی) و نرخ تغییر جریان (di/dt) را همزمان می‌سنجد. فقط وقتی هر دو شرط – "سیگنال نور اشعه آتش شدید" و "ویژگی جریان سریع (>10 kA/ms)" – برقرار باشند (عملیات منطقی AND)، اشکال به عنوان اشعه آتش تأیید می‌شود. این معیار دوگانه به مؤثریت جلوگیری از عملکرد غیرطبیعی ناشی از منابع نور خارجی یا جریان‌های بیش از حد تغییر مداری کمک می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ دارای سرعت عملکرد فوق‌سریع است که برای کاهش انرژی اشعه آتش طراحی شده است.
• ​مثال کاربردی:​​ پس از نصب در سیستم توزیع ولتاژ متوسط یک مرکز داده بزرگ، این مدول زمان کلی تمیز کردن اشکال کمتر از 4 میلی‌ثانیه را به دست آورد که سرعت سه برابری نسبت به روش‌های حفاظتی معمولی تنها با جریان دارد و خطر آسیب دیدن تجهیزات را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

​2.2 مدول حفاظت از اشکال زمینی با حساسیت بالا و جریان کم​

• ​اصول فنی:​​ از روش امیتانس صفر-سلبی استفاده می‌کند. این روش شامل اندازه‌گیری دقیق و زنده ولتاژ صفر-سلبی (3U₀) و جریان صفر-سلبی (3I₀) سیستم و محاسبه مقدار امیتانس متناظر است. این الگوریتم نسبت به تغییرات جریان خطا زمینی خازنی سیستم حساسیت کمتری دارد و به طور مؤثری بین جریان خازنی عادی و جریان مقاومتی ناشی از اشکال تمایز قائل می‌شود و بنابراین اشکال زمینی با مقاومت بالا تا 1 kΩ یا بیشتر را به طور دقیق شناسایی می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ مشکل حساسیت کافی در روش‌های حفاظتی معمولی در مواقع اشکال با مقاومت انتقال بالا را حل می‌کند و خطرات لرزش الکتریکی و آتش‌سوزی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• ​مثال کاربردی:​​ در یک پروژه آزمایشی در یک شبکه روستایی (با جریان خطا زمینی خازنی بالا و سطح عایق‌بندی خطوط نامتعادل)، استفاده از این تکنولوژی نرخ تشخیص اشکال زمینی را از 65٪ با روش‌های معمولی به 92٪ افزایش داد و به طور قابل توجهی ایمنی تامین برق را افزایش داد.

​2.3 مدول حفاظت ضد جزیره‌ای تطبیقی​

• ​اصول فنی:​​ برای مقابله با خطر جزیره‌ای ناشی از ادغام DERs، این مدول روش‌های تشخیص غیرفعال و فعال را ترکیب می‌کند.
• ​نظارت غیرفعال:​​ پارامترهای غیرعادی در نقطه تلاقی مشترک (PCC) مانند انحراف فرکانس ولتاژ (Δf > 0.5 Hz) و پرش زاویه فاز (Δφ > 10°) را به طور مداوم می‌سنجد.
• ​تعیین فعال:​​ هنگامی که شاخص‌های نظارت غیرفعال از آستانه‌های تعیین شده عبور می‌کنند، روش‌های فعال مانند حرکت فرکانسی فعال را برای تأیید وضعیت جزیره‌ای به سرعت ادغام می‌کند.
• ​مزیت عملکردی:​​ اطمینان حاصل می‌کند که DERs در چارچوب زمانی بسیار کوتاه (< 200 ms، مطابق با الزامات کد شبکه) پس از وقوع جزیره‌ای جدا شوند و خطرات ناشی از عملکرد غیرطبیعی جزیره‌ای بر تجهیزات شبکه و کارکنان نگهداری را جلوگیری می‌کند.
• ​مثال کاربردی:​​ در یک پروژه میکروشبکه حاوی چند آرایه نور خورشیدی، این مدول ضد جزیره‌ای دقت 99.7٪ را به دست آورد. به طور مؤثر جزیره‌ای را جلوگیری می‌کند و در عین حال سقوط‌های اضافی ناشی از اختلالات عادی شبکه را به حداقل می‌رساند و بنابراین بهره‌وری منابع تولید انرژی توزیع‌شده را افزایش می‌دهد.

​3. خلاصه ارزش‌های اصلی​
این راه‌حل حفاظت مبتنی بر میکروپروسسور، با ادغام الگوریتم‌های هوشمند متعدد، به دست آورده است:

• ​ایمنی افزایش یافته:​​ از طریق حفاظت از اشعه آتش در سطح میلی‌ثانیه و حفاظت از اشکال زمینی با حساسیت فوق‌العاده، حماقت افراد و تجهیزات را به حداکثر می‌رساند.
• ​قابلیت اطمینان بالا:​​ به طور مؤثر با پیچیدگی‌های ناشی از ادغام DERs مقابله می‌کند، وضعیت‌های جزیره‌ای و اشکال زمینی با مقاومت بالا را به طور دقیق شناسایی می‌کند و نقاط کور حفاظت را حذف می‌کند.
• ​بازیابی سریع:​​ امکان تمیز کردن سریع اشکال را فراهم می‌کند، بازیابی خودکار شبکه را تسهیل می‌کند، مدت زمان قطع برق را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان تامین برق را افزایش می‌دهد.