Wanderwellenrelais Tests

Leistungselektronik, Energiesysteme

01 / 28 / 2019

Als wir das letzte Mal im November mit Shijia Li sprachen, erzählte sie uns von Tests. Seitdem ist sie Teamleiterin des Schutz- und Smart Grid-Teams innerhalb der AXES-Abteilung (Application, eXpertise and Electrical Simulation) von OPAL-RT. Diesmal spricht sie mit der OPAL-RT Product Presse über das HIL Traveling Wave Test System von OPAL-RT.
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Interviewer (IV): "Hallo Shijia. Können Sie uns zunächst sagen, wann wir das Traveling Wave Testsystem eingeführt haben?"

Shijia Li (SL): "Wir haben es vor etwa 1,5 Jahren entwickelt."

IV: "Unsere software simuliert schon seit einiger Zeit Fehler auf FPGAs; warum haben wir diese Methode nicht schon früher eingesetzt?"

SL: "Zuvor wurde der FPGA nicht für Tests verwendet. Es wurde für die Simulation von Geräten der Leistungselektronik, von Motoren oder Antrieben verwendet, aber nicht für die Simulation eines Stromnetzes mit Übertragungsleitungen usw. Dies war das erste Mal, dass wir die Komponenten des Stromversorgungssystems auf dem FPGA getestet haben; es war eine neue Art, das FPGA zu nutzen. Es verfügt über den schnellen Zeitschritt, der erforderlich ist, um Fehler auf den Leitungen des Stromnetzes präzise (auf wenige Meter genau) zu lokalisieren und zu diagnostizieren."

IV: "Davor wurde also der gesamte Schutz auf der CPU ausgeführt? Wie haben wir diesen Durchbruch geschafft?"

SL: "Das ist eigentlich aufgrund einer Anfrage eines Kunden stammte . Sie bauten ein Gerät mit einem Algorithmus und brauchten eine Möglichkeit, diesen zu testen. Die herkömmlichen Tests[Anm. d. Red.: CPU-basiert] würden mit ihrem Gerät nicht funktionieren, also mussten wir ein FPGA-Modell verwenden, um einen viel kleineren Zeitschritt zu erreichen. Wir haben einen Ingenieur:innen beauftragt, ein Modell - eher ein mathematisches Modell - zu entwickeln, damit es auf einem FPGA viel schneller läuft. Diese Innovation veranlasste uns auch, unseren Solver zu verbessern. Die Ingenieur:innen des Kunden waren von den Ergebnissen unseres Leitungsmodells mit konstanten Parametern (CP) so beeindruckt, dass sie unbedingt unser frequenzabhängiges Leitungsmodell (FD) sehen wollen."

IV: "Wir haben also derzeit zwei verschiedene Linienmodelle?"

SL: "Im Moment haben wir nur das Modell der CP-Linie, aber unsere Forschungs- und Entwicklungsabteilung ist dabei, das Modell der FD-Linie fertigzustellen."

IV: "Was ist der Unterschied zwischen den beiden Modellen?"

SL: "Das FD-Leitungsmodell bildet Freileitungen genauer ab als das CP-Modell. Es hat einen reicheren Oberwellengehalt, der eine Leitung während eines Fehlers mit größerer Genauigkeit darstellt. Mit dem FD-Leitungsmodell können wir Algorithmen zur Ortung von einseitigen TW-Fehlern testen, was eine größere Herausforderung darstellt.

IV: "Beeindruckend. Es handelt sich also um eine relativ neue Innovation, dass FPGAs für so präzise Arbeiten in diesem Zusammenhang eingesetzt werden?"

SL: "Ja. Die Wanderwelle ist ein sehr hochfrequentes Phänomen und erfordert daher sowohl eine schnellere Simulation als auch eine schnellere hardware. Unsere üblichen I/O nehmen eine Abtastung pro Mikrosekunde vor, was für Simulationen im Bereich von 10 bis 50 µs ausreicht, aber wenn wir das Phänomen der Wanderwelle mit 500 ns auf dem FPGA simulieren, brauchen wir I/O , die mit dieser Geschwindigkeit folgen können, um eine bessere Genauigkeit zu erzielen. Glücklicherweise haben wir bereits eine Karte mit einer Abtastrate von 2 MS/s."

IV: "Was haben die Versorgungsunternehmen vorher gemacht? Haben sie einfach gesagt, 'da ist eine Störung irgendwo zwischen Kilometer 364 und 365', zum Beispiel?"

SL: "Das kann man so sagen. Es gibt andere Möglichkeiten, den Fehlerort zu ermitteln, die nicht so genau sind wie diese; es hängt wirklich vom Hersteller ab. Sie wird z. B. oft in einem Prozentsatz der Einstellung ausgedrückt, der sich auf die Länge der Leitung bezieht, d. h. je länger die Leitung ist, desto geringer ist die Genauigkeit."

IV: "Das war ein Durchbruch in Bezug auf die Verkleinerung der Bandbreite?"

SL: "Ja, absolut. Diese Idee wurde schon vor langer Zeit in Erwägung gezogen, aber damals hatte das Relais selbst nicht genug Rechenleistung. Der Prozessor war nicht schnell genug, um den Algorithmus auszuführen. Aber da sich die Technologie weiterentwickelt hat, kann sie auf der hardware implementiert werden. Um zu verstehen, was für ein Durchbruch das ist, muss man es im betrieblichen Kontext betrachten. Wenn eine Störung in einer Leitung auftritt, gibt es einige Strategien, mit denen sich die Entsendung eines Untersuchungsteams vermeiden lässt. Diese Strategien sind von Versorgungsunternehmen zu Versorgungsunternehmen unterschiedlich und hängen von der Umgebung der Fehlerstelle ab. Da es nicht überall Kameras gibt, müssen einige Annahmen getroffen werden.

"In ländlichen Gebieten kann es beispielsweise vorkommen, dass Schalter nacheinander ein- und wieder ausgeschaltet werden, um eine Störung zu beheben (z. B. wenn ein Baum auf eine Leitung gefallen ist) und die Leitung wieder frei zu machen. Wenn alle automatischen Strategien versagen oder in dicht besiedelten städtischen Gebieten ist es meist notwendig, ein Team zur Untersuchung zu entsenden, was sehr kostspielig sein kann. Wenn das Team über mehrere Kilometer nach der Fehlerstelle suchen muss, kann das sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Bei Kabeln, die unter der Erde verlegt sind, ist es aus offensichtlichen Gründen noch schwieriger. Wanderwellenrelais könnten in vielen Fällen eine erhebliche Kostenreduzierung bedeuten. Das ist der Durchbruch."

IV: "Das ist ein HIL-Prozess, richtig?"

SL: "Ja, dies ist ein hardware(HIL)-Prozess, aber natürlich nicht auf den Leitungen selbst. Es gibt Tester, die im Feld für einfache Signalinjektionstests verwendet werden können. Wir arbeiten jedoch eher im Labor: Wir verwenden die gleichen Geräte und die gleichen Einstellungen. Das Gerät, das wir Tests , überwacht die Leitung. Dabei ersetzen wir die tatsächliche Stromleitung durch unseren Simulator: Wir senden Signale an das Gerät, aber das Gerät überwacht die Leitungen auf dem Simulator."

IV: "Und der größere Zusammenhang ist Kontrolle und Schutz, eine Ihrer Spezialitäten. War der Tests von Reisewellen etwas, das die Leute schon lange machen wollten?"

SL: "Nun, die Idee ist nicht neu, aber es ist noch nicht so lange her, dass sie tatsächlich umgesetzt wurde. Es ist eine neue Funktion, und wir haben Kund:innen , die ihr Interesse daran bekunden. Im Allgemeinen würde man dies im Kontext der Schutzindustrie als eine InnovationEs wurde von den meisten Versorgungsunternehmen noch nicht in großem Umfang genutzt oder übernommen. Einige unserer Kunden befinden sich noch in der Anfangsphase und versuchen, die Leute davon zu überzeugen, diese Technologie zu übernehmen.

IV: "Wie passt diese Technologie in die Branche im Allgemeinen?"

SL: "Die Schutz- und Branchen sind sehr gut etablierte, ausgereifte Branchen oder Bereiche innerhalb der Energiesystemindustrie. Die aktuellen Geräte und Systeme oder Implementierungen, die wir haben, sind gut genug, um die meisten Energiesysteme zu schützen. Im Moment gibt es einige neue Perspektiven - die breitere Einführung von Erneuerbare Energieneinige neue Herausforderungen mit sich bringen könnten. Und die Technologie der Wanderwellen, die eine Herausforderung in Bezug auf die Tests darstellt: Das ist letztlich der Grund, warum wir diese Lösung entwickeln."

"Auch das microgrid und sein Schutz sind ein sehr aktuelles Thema in diesem Bereich. Abgesehen davon, was den kommunikationsgestützten Schutz angeht: Wir verwenden immer mehr Glasfaserkabel, also ist das etwas, das wir auch testen könnten. Und das bringt uns zu den IEC61850 digitalen Umspannwerkskonzepten[Anmerkung der Redaktion: Blog-Beitrag vonProduct Presse folgt]: Sagen wir, mit einem einzigen Relais können wir jetzt eine Menge komplexer Funktionen ausführen, und damit werden natürlich auch die Tests exponentiell komplexer."

IV: "Danke, dass Sie wieder mit uns gesprochen haben, Shijia."

Über die befragte Person

Shijia Li erwarb 2012 ihren Bachelor-Abschluss an der Zhejiang University, China, und 2015 ihren Master-Abschluss an der McGill University, Kanada, beide im Bereich der Energietechnik. Sie arbeitet seit März 2015 bei OPAL-RT, wo sie sich auf die Modellierung von Energiesystemen und Echtzeit-Simulationsanwendungen mit Schutzrelais und PMUs konzentriert. Shijia ist aktiv an der Entwicklung technischer Lösungen beteiligt und bietet Fortbildungen an, um Anwender bei der Nutzung von Echtzeit-Simulationstechniken zur Erforschung der neuesten P&C-/Smart-Grid-Technologien unterstützen . Derzeit leitet Shijia das Schutz- und Smart-Grid-Team in der Abteilung AXES (Application, eXpertise and Electrical Simulation) von OPAL-RT.