Моделирование реле направления мощности

Реле направления мощности (РНМ) используется при реализации направленных защит, позволяющих обеспечить срабатывание только при определённом направлении мощности в определённом режиме работы сети.

Пройдите наш онлайн-курс по MATLAB/SIMULINK. Там вы научитесь пользоваться MATLAB как мощным калькулятором, создавать свои модели в SIMULINK, моделировать электрические цепи, а также сложные электроэнергетические системы с устройствами релейной защиты.

Обычно используются РНМ с характеристикой срабатывания, приведённой на рис. 1 [1].

Характеристика срабатывания реле направления мощности РНМ
Рис. 1. Характеристика реле направления мощности

У представленного на рис. 1 РНМ 2 уставки: угол максимальной чувствительности $ \varphi_{\textrm{м.ч}} $ и ширина зоны $ \varphi_{\textrm{з}} $. Учёт минимального значения тока и напряжения при расчёте мощности предполагается вне логики данного реле.

Реле реагирует на значение угла входного замера комплексной мощности $ \underline{S} $. Срабатывание реле происходит при выполнении условия

$$ \varphi_{\textrm{м.ч}}- \frac{\varphi_{\textrm{з}}}{2} \le \angle \underline{S} \le \varphi_{\textrm{м.ч}} + \frac{\varphi_{\textrm{з}}}{2}. $$

При реализации данного условия в Simulink необходимо учесть, что стандартный элемент расчёта фазы выдаёт значение угла комплексного числа в диапазоне от $ -\pi $ до $ \pi $. В связи с этим возникают определённые сложности при реализации реле, у которого нет ограничений при задании его уставок.

Будем считать, что угол максимальной чувствительности можно задавать в диапазоне $ \varphi_{\textrm{м.ч}} $ от 0° до 360°, а ширина зоны не превышает 180°. При реализации реле, помимо приведённого выше, необходимо учесть следующие условия:

  1. если $ \varphi_{\textrm{м.ч}} + \frac{\varphi_{\textrm{з}}}{2} \ge 180 \degree $, то если $ \angle \underline{S} \lt 0 $, то на вход реле подаётся замер угла мощности $ \angle \underline{S} = \angle \underline{S} + 360 \degree $;
  2. если $ \varphi_{\textrm{м.ч}} + \frac{\varphi_{\textrm{з}}}{2} \gt 360 \degree $, то из значений углов границы зоны срабатывания реле необходимо вычесть 360°.

Вариант реализации реле направления мощности в Simulink вы можете скачать бесплатно в магазине. Вид схемы приведён на рис. 2. На вход реле подаётся значение комплексной мощности.

Реализация реле направления мощности РНМ в Simulink
Рис. 2. Реализация РНМ в Simulink

Протестируем полученное реле. Для этого будем использовать схему, представленную на рис. 3.

Тестирование реле направления мощности РНМ в Simulink
Рис. 3. Схема для тестирования инверсной выдержки времени в Simulink

Будем изменять значение мощности на входе реле и проверять срабатывание. Выставим уставки реле $ \varphi_{\textrm{м.ч}} = 45 \degree $ и $ \varphi_{\textrm{з}} = 180 \degree $. На рис. 4 приведены результаты срабатывания РНМ при различных значениях входной мощности.

Результаты тестирования реле направления мощности РНМ в Simulink
Рис. 4. Результаты тестирования РНМ

Выставим уставки реле $ \varphi_{\textrm{м.ч}} = 225 \degree $ и $ \varphi_{\textrm{з}} = 180 \degree $. На рис. 5 приведены результаты срабатывания РНМ при различных значениях входной мощности.

Результаты тестирования реле направления мощности РНМ в Simulink
Рис. 5. Результаты тестирования РНМ

Итак, мы смоделировали и протестировали РНМ.

Список использованной литературы

  1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. ­­– М.: Энергоатомиздат, 2007.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.