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].
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:
- 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 $;
- 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.
Рис. 2. Реализация РНМ в Simulink
Протестируем полученное реле. Для этого будем использовать схему, представленную на рис. 3.
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.
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.
Рис. 5. Результаты тестирования РНМ
Итак, мы смоделировали и протестировали РНМ.
Список использованной литературы
- Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007.