Рішення з захисту підходів на основі мікропроцесорних релєй для сучасних інтелектуальних розподільчих мереж

1. Вступ і основні виклики​
   Зростання інтеграції розподілених енергетичних ресурсів (DER) (таких як сонячна та вітрова енергія) у розподільні мережі, разом зі зростанням вимог користувачів до надійності та безпеки постачання електроенергії, ставлять серйозні виклики традиційним схемам захисту ліній. Це рішення призначене для вирішення наступних трьох ключових викликів:

• ​Небезпеки дугового відсвітання:​​ Внутрішні короткі замикання в обладнанні, такому як комутаційна апаратура, можуть спричинити дуже руйнівні дугові відсвітання, що загрожують безпеці обладнання та персоналу, що вимагає надзвичайно швидкої реакції системи захисту.
• ​Високострумові заземлення:​​ Зокрема однофазні заземлення, що виникають у сільських районів або регіонах з високою опором землі, характеризуються низьким струмом аварії, що важко виявити надійно за допомогою традиційного захисту від нуль-послідовного переповнення струму, що створює ризик невідповідної роботи захисту.
• ​Вплив інтеграції розподілених енергетичних ресурсів (DER):​​ Інтеграція DER змінює напрямок потоку енергії та характеристики струму короткого замикання у розподільних мережах, що може призводити до невідповідної роботи захисту (хибне відключення) або невідповідної роботи, і вводить ризик несподіваного остров'я.

Це рішення, базоване на сучасних мікропроцесорних пристроях захисту із інтеграцією кількох інноваційних алгоритмів, забезпечує повний, швидкий та надійний захист ліній для сучасних розподільних мереж.

​2. Деталі рішення​
Наш пристрій захисту ліній використовує модульний дизайн, інтегруючи наступні ключові функції захисту для вирішення зазначених викликів.

​2.1 Модуль багатополосного захисту від дугового відсвітання (AFP)​

• ​Технічний принцип:​​ Використовує пропрієтарну технологію багатополосного виявлення, одночасно моніторюючи інтенсивність світла (за допомогою спеціальних сенсорів дугового відсвітання) та швидкість зміни струму (di/dt). Помилка підтверджується як дугове відсвітання лише тоді, коли виконуються обидва умови – "сильний сигнал дугового відсвітання" ТА "характеристика високоскоростного перевищення струму (>10 кА/мс)" – (логічна операція AND). Цей подвійний критерій ефективно запобігає невідповідній роботі, спричиненої зовнішніми джерелами світла або переповненнями струму при комутації.
• ​Переваги виконання:​​ Має надзвичайно швидку роботу, призначена для мінімізації енергії дугового відсвітання.
• ​Приклад застосування:​​ Після впровадження в середньовольтовій розподільній системі великої даних центру, цей модуль досяг загального часу видалення помилки менше 4 мілісекунд, що представляє збільшення швидкості більше ніж у три рази порівняно з традиційними схемами захисту лише струмом, значно зменшуючи ризик пошкодження обладнання.

​2.2 Модуль захисту від заземлення з високою чутливістю до низького струму​

• ​Технічний принцип:​​ Використовує метод нуль-послідовної адмітансії. Цей метод передбачає реальні, точні вимірювання нуль-послідовного напруги (3U₀) та нуль-послідовного струму (3I₀) системи, розраховуючи відповідне значення адмітансії. Цей алгоритм є відносно нечутливим до змін капацитивного струму заземлення системи, ефективно відрізняючи нормальний капацитивний струм від струму, спричиненого аварією, таким чином точно виявляючи високострумові заземлення з опором до 1 кОм або більше.
• ​Переваги виконання:​​ Вирішує проблему недостатньої чутливості традиційних схем захисту при аваріях через високий переходний опір, значно зменшуючи ризики ударів струмом та пожеж.
• ​Приклад застосування:​​ У пілотному проекті в сільській мережі (характеризується високим капацитивним струмом заземлення та нерівномірними рівнями ізоляції ліній), застосування цієї технології збільшило загальний відсоток виявлення заземлень з 65% за традиційними схемами до 92%, значно покращуючи безпеку постачання електроенергії.

​2.3 Адаптивний модуль захисту від остров'я​

• ​Технічний принцип:​​ Для вирішення ризику остров'я, викликаного інтеграцією DER, цей модуль поєднує пасивні та активні методи виявлення.
• ​Пасивне моніторинг:​​ Безперервно моніторить аномальні параметри в точці загального з'єднання (PCC), такі як відхилення частоти напруги (Δf > 0,5 Гц) та стрибок фазового кута (Δφ > 10°).
• ​Активне визначення:​​ Коли показники пасивного моніторингу перевищують задані пороги, включає активні методи, такі як активне зсув частоти, для швидкого підтвердження умов остров'я.
• ​Переваги виконання:​​ Забезпечує швидке відключення DER в дуже короткий термін (< 200 мс, відповідно до вимог коду мережі) після виникнення остров'я, запобігаючи небезпеці для обладнання мережі та персоналу, що виконує обслуговування, від незапланованої роботи в режимі остров'я.
• ​Приклад застосування:​​ Підтверджений в проекті мікро-мережі з кількома масивами фотоелементів, цей модуль захисту від остров'я досяг точності 99,7%. Ефективно запобігає остров'ю, мінімізуючи непотрібні відключення, спричинені нормальними збуреннями мережі, таким чином покращуючи використання розподілених енергетичних ресурсів.

​3. Сумарна вартість​
Це рішення захисту на базі мікропроцесора, інтегруючи кілька інтелектуальних алгоритмів, досягає:

• ​Покращена безпека:​​ Максимізує захист персоналу та обладнання за допомогою захисту від дугового відсвітання на рівні мілісекунд та надвисокої чутливості до заземлення.
• ​Висока надійність:​​ Ефективно вирішує складності, викликані інтеграцією DER, точно виявляючи умови остров'я та високострумові помилки, елімінуючи "сліпе місце" захисту.
• ​Швидке відновлення:​​ Дозволяє швидке видалення помилок, сприяючи швидкому самовідновленню мережі, зменшуючи тривалість відключень та покращуючи надійність постачання електроенергії.