Impact of Measuring Part Elements of Transformer Differential Protection on Input Signal Processing / Influenţa elementelor componentei de măsurare digitală a protecţiei diferenţială asupra conversiei semnalului de intrare / Влияние элементов измерительной части цифровой дифференциальной защиты трансформаторов на преобразование входного сигнала

• Published in: Problems of the regional energetics Vol. 2017; no. 2
• Main Authors: Ufa, R A, Sulaymanov, A O, Suvorov, A S, Ruban, N, Gusev, A S, Borovikov YuS, Andreev, M V
• Format: Journal Article
• Language: English; Romanian; Russian
• Published: Chişinău Institute of Power Engineering 01.01.2017
• Subjects: Analogue filters; Chebyshev approximation; Computer simulation; Electric filters; Electric power systems; Mathematical models; Numerical analysis; Renewable energy sources; Signal processing; Simulators; Transformers
• ISSN: 1857-0070
• DOI: 10.5281/zenodo.1188814

The electric power system (EPS) is a large, multi-parameter, non-linear and dynamic system. The problem of calculation of relay protection (RP) settings has become more urgent nowadays. The situation is exacerbated by the active implementation of renewable energy sources, FACTS, etc., which significantly change the “traditional” EPS and their operating modes. The problem can be solved by deep analysis of functioning of main elements of RP devices in the specific operating conditions and revision of coefficients used in settings calculation. That can be done using RPs detailed mathematical models and modern EPS simulators. The results of the analysis will make it possible to formulate a new methodology for setting up RP. That is a final goal. In the framework of solving this problem, the novel approach for developing RPs’ detailed mathematical models is formulated and theoretically proved. On the basis of this approach, mathematical models of the system “instrumental transformer - auxiliary transformer - analog filter” (measuring part of digital transformer differential protection) for different types of auxiliary current transformers (active and passive) and filters (Butterworth, Chebyshev, Bessel) are developed. A comparative numerical analysis of their frequency and phase responses is carried out, including taking into account the magnetization of instrumental current transformers. Summarizing, the theoretical and practical studies presented in the article allows formulating requirements for RPs’ detailed mathematical models, which will be used in the further research. Sistemul electroenergetic (SEE) prezintă un obiect dinamic de mare dimensiune, caracterizat de mulţi parametri cu proprietăţi de rigiditate şi neliniaritate. Definirea setărilor de protecţie releu (RE), care să asigure funcţionarea corespunzătoare a acestora în condiţii specifice de funcţionare în sistemul electroenergetic, a fost întotdeauna o sarcină extrem de dificilă. Situaţia este agravată din cauza implementării active a surselor regenerabile de energie, sistemelor de transmisie flexibile cu curent alternativ, etc., care au schimbat în mod semnificativ SEE „tradiţionale“ şi regimurile de funcţionare ale acestora. Condiţia principală pentru rezolvarea acestei probleme este de a avea posibilitatea unei analize complete a funcţionării elementelor-cheie ale schemelor de dispozitive de protecţie de diferită realizare constructivă pentru condiţii concrete de funcţionare. Acest lucru se poate face cu utilizarea unor modele matematice detaliate ale sistemelor de protecţie şi a simulatoarelor moderne ale SEE. Ca parte a soluţiei acestei probleme autorii au formulat şi, teoretic au argumentat abordarea privind crearea de modele matematice detaliate ale protecţiei prin releu. Pe baza acestei abordări sau sintezat modele matematice în mod colectiv „măsurare transformator - un transformator intermediar - filtru analogic“ (porţiune de măsurare digitală a protecţiei diferenţiale a transformatoului) pentru diferite tipuri de transformatoare de curent intermediare (active şi pasive) şi filtre (Butterworth, Chebyshev, Bessel), exzecutarea unei analize numerice comparative ale caracteristicilor lor de frecvenţă, inclusiv, ţinând cont de curentul de magnetizare al transformatoarelor de măsură. Studiile teoretice şi practice prezentate în articol au fundamentat formularea cerinţelor pentru modelele matematice detaliate ale protecţei prin releu, care vor fi folosite în viitor. Электроэнергетическая система (ЭЭС) представляет собой большую, многопараметрическую, жесткую, нелинейную и динамическую систему. Определение настроек релейной защиты (РЗ), которые бы обеспечивали их адекватное функционирование в конкретных рабочих условиях в ЭЭС, всегда являлось крайне сложной задачей. Ситуация усугубляется ввиду активного внедрения возобновляемых источников энергии, гибких систем передачи на переменном токе и т.д., которые значительно меняют «традиционные» ЭЭС и режимы их работы. Основным условием решения этой проблемы является наличие возможности полноценного анализа функционирования ключевых элементов схем устройств РЗ различных исполнений в конкретных условиях их работы. Это возможно сделать с использованием детализированных математических моделей РЗ и современных симуляторов ЭЭС. Результаты подобного анализа позволят сформулировать новую методику настройки РЗ, что и является конечной целью. В рамках решения данной задачи авторами сформулирован и теоретически обоснован подход к созданию детализированных математических моделей РЗ. На базе этого подхода синтезированы математические модели совокупности «измерительный трансформатор - промежуточный трансформатора - аналоговый фильтр» (измерительная часть цифровой дифференциальной защиты трансформатора) для разных типов промежуточных трансформаторов тока (активный и пассивный) и фильтров (Баттерворта, Чебышева, Бесселя), проведен сравнительный численный анализ их частотных характеристик, в том числе с учетом намагничивания измерительных трансформаторов тока. Представленные в статье теоретические и практические исследования позволили обосновано сформулировать требования к детализированным математическим моделям РЗ, которые будут использованы в дальнейшем.