RT22 | Echtzeit-Leistungsanalyse von Transformator-Differentialschutz auf Basis von IEC 61850-9

IEC 61850 ist ein umfassender Standard für die Automatisierung von Unterstationen (SAS). Die Norm schreibt die Integration aller Schutz-, Steuer-, Mess- und Überwachungsfunktionen eines Stromnetzes sowohl auf der Prozess- als auch auf der Stationsebene vor. Nach der erfolgreichen Implementierung von IEC 61850-8-1-basiertem GOOSE in mehreren Umspannwerken weltweit entwickeln die großen Schutzgerätehersteller derzeit interoperable Produkte für IEC 61850-9-2-basierte zeitkritische SV-Nachrichten (Sampled Value) über den digitalen Prozessbus. Infolgedessen entwickeln mehrere Energieunternehmen weltweit Projekte für vollständig digitale Umspannwerke. Einige der Vorteile der Implementierung der IEC 61850-9-2-Technologie sind 1) eine erhebliche Verringerung der Gesamtkosten der Unterstation; 2) eine Verringerung der Kosten für die zahlreichen Kupferleitungen im Vergleich zur Verwendung von wenigen Glasfaserkabeln; 3) eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Stromwandler-Sättigung und deren Folgen; 4) sie ist viel sicherer als herkömmliche Methoden, bei denen ein offener Stromkreis auftreten könnte, und verhindert außerdem, dass Hochspannungskupferleitungen in den Relaisraum eindringen; 5) sie ermöglicht eine breite Verfügbarkeit von Messungen für einzelne Schutz-IEDs auf dem digitalen Kommunikationsbus, und die Neukonfiguration des Systems kann in kürzerer Zeit durchgeführt werden. Die Leistung des Prozessnetzes im digitalen Umspannwerk ist besonders wichtig für die Implementierung von Relaisfunktionen, und die Übertragungsqualität von SV-Paketen wird zur wichtigsten Einschränkung für den Schutz, da sie praktische Parameter des Stromnetzes enthalten. Im Gegensatz zu GOOSE wird dieselbe SV-Nachricht nicht mehrmals wiederholt, weshalb es wichtig ist, die Auswirkungen von SV-Verlusten, Bitfehlern, Störungen oder Verzögerungen auf die Schutzfunktionen zu analysieren. Die Menge der SV-Pakete ist viel größer als die der GOOSE-Pakete und nimmt einen Großteil des Datenverkehrs im Prozessbus in Anspruch. Außerdem können SV-Pakete bei Netzüberlastung verloren gehen oder sich verzögern, was zum Ausfall der Schutzfunktion führen kann. Daher sollte den SV-Paketen mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden, insbesondere beim Differentialschutz, der eine Synchronisierung der SV auf beiden Seiten erfordert. Herkömmliche Schutz-IEDs sind nicht mit Korrekturmaßnahmen für SV-Verluste/Verzögerungen ausgestattet, so dass verlorene oder verzögerte Abtastwerte vernachlässigt werden, da ihre Werte für die Phasenschätzung als Null angesehen werden. Die heute von den IED-Anbietern gewählte Lösung besteht darin, die Schutzfunktionen bei übermäßigen Paketverlusten/-verzögerungen zu blockieren. Dies kann jedoch zu einer Verschlechterung des Systems führen, wenn der Backup-Schutz während einer Störung nicht funktioniert. Daher werden in diesem Beitrag die Auswirkungen intelligenter Algorithmen für die Behandlung von verlorenen/verzögerten SVs auf IEDs mit Differentialschutz untersucht. Es werden verschiedene Korrekturmaßnahmen getestet, wie z. B. Nullwertersatz, lineare Interpolation, Lagrange-Interpolation zweiter Ordnung und kubische Spline-Interpolation. Offensichtlich bedeutet eine höhere Rechengenauigkeit in der Regel einen höheren Rechenaufwand und eine geringere Rechen geschwindigkeit. Daher werden alle Algorithmen in einer Echtzeitumgebung implementiert und getestet. In einem ersten Moment unter Verwendung virtueller IEDsoftware) und in einem zweiten Moment unter Verwendung realer IEDhardware). Zur Untersuchung wird ein reales Umspannwerk von CPFL Energy, einem brasilianischen Versorgungsunternehmen, in dersoftware HYPERSIM modelliert. Es besteht im Wesentlichen aus zwei 69-kV-Übertragungsleitungen, einem Leistungstransformator und vier 13,8-kV-Verteilungseinspeisungen. Die SV-Schätzalgorithmen werden als Teil des Transformator-Differential-IED für verschiedene SV-Verlust-/Verzögerungsszenarien in einer Laborumgebung unter Verwendung der IEC 61850-Datenintegritätsmanipulation und des Fehlereinfügungswerkzeugs untersucht.