Σχήμα Προσαρμοστικής Προστασίας Δικτύων Διανομής Με Διεσπαρμένη Παραγωγή

Η προστασία στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) έχει ως στόχο τον εντοπισμό και την έγκαιρη απομόνωση των εσφαλμένων περιοχών του ηλεκτρικού δικτύου, έτσι ώστε να αποφεύγονται επικίνδυνες καταστάσεις για πρόσωπα, ανεπανόρθωτες βλάβες σε εξοπλισμό καθώς και να περιορίζονται οι επιπτώσεις στο υπόλοιπο υγειές σύστημα.

Τα στοιχεία που αποτελούν ένα σύστημα προστασίας είναι τα εξής:

  • Διακόπτες Ισχύος (Δ/Ι)
  • Μετασχηματιστές ρεύματος & τάσης (ΜΕ, ΜΤ)
  • Ηλεκτρονόμοι προστασίας (Η/Ν)
  • Επικοινωνιακές υποδομές
  • Συστήματα τροφοδοσίας συνεχούς τάσης

Ιδιαίτερα οι Η/Ν προστασίας (relays) είναι πολύ σημαντικά στοιχεία για την αντιμετώπιση των σφαλμάτων, καθώς αποτελούν τον “εγκέφαλο” των σχημάτων προστασίας και ελέγχουν την κατάσταση των Δ/Ι σύμφωνα με το αποτέλεσμα μιας εσωτερικής λειτουργίας μέτρησης ή σύγκρισης.

Η διείσδυση Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ) και ΑΠΕ στα δίκτυα διανομής μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του υπάρχοντος εξοπλισμού προστασίας, καθώς η φορά της ροής ισχύος και των βραχυκυκλωμάτων παύει να είναι μοναδική και η συνεισφορά της ΔΠ σε σφάλματα μπορεί να είναι σημαντική. Για τη μελέτη και αντιμετώπιση των νέων προβλημάτων που προκύπτουν αναπτύσσεται εργαστηριακά διάταξη προσαρμοστικού συστήματος προστασίας, όπως παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα.

Στη δεδομένη υλοποίηση η μελέτη και σχεδίαση του ηλεκτρικού δικτύου γίνεται στον ψηφιακόεξομοιωτή πραγματικού χρόνου (RTDS). Μέσω αναλογικών και ψηφιακών σημάτων γίνεται η σύνδεσητου RTDS με εξωτερικές συσκευές, όπως ο Η/Ν προστασίας SEL-311B. Ο ηλεκτρονόμος προγραμματίζεται για την προστασία μίας γραμμής του ηλεκτρικού δικτύου και δέχεται σήματα τάσης και ρεύματος από το RTDS. Επίσης ελέγχει την κατάσταση του προσομοιούμενου Δ/Ι στο δίκτυο του RTDS ενώ παράλληλα η κατάστασή του ανατροφοδοτείται πίσω στον Η/Ν.

Ο αλγόριθμος του προσαρμοστικού (adaptive) συστήματος προστασίας υλοποιείται στο SIMATIC S7-300 PLC (Programmable Logic Controller). Συγκεκριμένα το SIMATIC S7-300 δέχεται την κατάσταση των Δ/Ι του δικτύου (event table) από το RTDS και αποφασίζει ποια ομάδα ρυθμίσεων (setting group) πρέπει να είναι ενεργή σε κάθε κατάσταση λειτουργίας. Επίσης, το SIMATIC S7-300 μεταδίδει ψηφιακά σήματα στο SEL-311B (hardware relay) και στο RTDS (simulated relays) για μετάβαση στην κατάλληλη ομάδα ρυθμίσεων.

Αναφορές

V. A. Papaspiliotopoulos, G, N. Korres, V. A. Kleftakis, N. D. Hatziargyriou, “Hardware-In-the-Loop Design and Optimal Setting of Adaptive Protection Schemes for Distribution Systems With Distributed Generation”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol: 32, Issue: 1, February 2017