A time-domain cross-differential protection algorithm for double circuit transmission lines

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gama, Letícia Almeida
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48383
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2023.
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spelling A time-domain cross-differential protection algorithm for double circuit transmission linesProteção de distânciaLinha de transmissão de circuito duploTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2023.A disponibilidade de energia elétrica está ligada ao desenvolvimento socioeconômico da sociedade. No Brasil, o consumo de energia elétrica cresceu 10% em uma década, devido ao progresso tecnológico, além disso, a previsão média de crescimento de carga no Brasil de 2023 a 2027 é de 3,3%. A operação coletiva eficiente dos equipamentos que compõem os sistemas de energia elétrica é essencial para garantir níveis de energia confiáveis e seguros para os consumidores. No entanto, para garantir a continuidade na entrega desse serviço os sistemas de energia elétrica são conduzidos a se expandir, o que geralmente implica num aumento na complexidade do sistema de transmissão, devido à inevitabilidade da construção de linhas de transmissão adicionais. Por contribuírem para aumentar a segurança e a confiabilidade do sistema, há interesse em linhas de transmissão de circuito duplo. No entanto, a proximidade dos circuitos gera acoplamento mútuo, desafiando os esquemas de proteção. Devido à sua grande extensão e exposição climática, as linhas de transmissão são suscetíveis a defeitos. Portanto, sistemas de proteção eficientes são vitais para garantir a integridade dos equipamentos, a estabilidade do sistema e evitar apagões generalizados. A proteção de linhas de transmissão de circuito duplo é crucial para garantir a confiabilidade do sistema elétrico. As abordagens tradicionais, como esquemas de teleproteção e proteção diferencial, dependem da existência de canais de comunicação e sincronização de dados, o que pode aumentar os custos e a complexidade do sistema. Uma alternativa eficaz é a proteção de distância, que opera com base em um único terminal, não depende de comunicações entre terminais, mas pode ter atrasos na detecção de faltas. Uma solução promissora que está sendo investigada é a proteção diferencial cruzada, a qual elimina a dependência de canal de comunicação, mas por necessitar da estimação fasorial pode refletir em atrasos na sua atuação. Dada a crescente demanda por eletricidade, há uma busca contínua por elementos de proteção mais rápidos, como os fundamentados no domínio do tempo, com o objetivo de assegurar tempos de eliminação de faltas mais curtos e, assim, preservar a estabilidade do sistema elétrico. Nesse contexto, o algoritmo proposto representa uma solução inovadora para a proteção de linhas de circuito duplo. Ele combina a eficácia da proteção diferencial cruzada, conhecida por sua alta cobertura instantânea de proteção, com a agilidade do domínio do tempo, caracterizado por tempos de operação rápidos. O conjunto de entrada do algoritmo proposto é composto por correntes secundárias provenientes do TCs instalado em cada fase, no mesmo terminal, para ambos os circuitos da linha de transmissão do circuito duplo em análise. Esses sinais são normalizados na mesma base, a fim de eliminar as diferenças na relação de transformação dos TCs e nos parâmetros da linha, para os casos em que os circuitos não compartilham a mesma torre de transmissão. Após a normalização, novos sinais de corrente são inseridos diretamente no bloco de cálculo de valor incremental, geralmente chamado de filtro delta. Para eliminar os efeitos da componente CC de decaimento exponencial, são calculadas correntes de réplica incremental. Após esse procedimento, as correntes de operação e restrição são obtidas de maneira analogada à função de proteção diferencial cruzada e condições de operação são avaliadas. Para facilitar isso, as condições examinadas são integradas e referidas como energias operacionais dos circuitos 1 e 2. Ao mesmo tempo, um sinal senoidal, que representa a corrente de pickup escolhida, também é integrado. Finalmente, o bloco que representa a lógica de trip usa as quantidades integradas como entrada, para que o elemento diferencial proposto determine se um comando de trip deve ser emitido ou não. Dos resultados percebe-se que o desempenho do algoritmo proposto não é afetado pela variação da intensidade do acoplamento de sequência zero entre os circuitos. O algoritmo proposto exibiu também um desempenho superior em relação ao tempo de operação e à cobertura de proteção instantânea da linha de transmissão, mesmo em cenários com variações na localização da falta e na força das fontes. Além disso, o algoritmo não tem seu desempenho prejudicado pela variação da resistência de falta, ao considerar a faixa de avaliação avaliada, e opera corretamente para todos os casos simulados. Notavelmente, sua operação não requer comunicação entre os terminais da linha de transmissão nem a utilização de sinal GPS e sincronização de dados, por utilizar dados provenientes de um único terminal.Zero-sequence mutual coupling in double-circuit transmission lines leads to challenges related to protection systems dependability and security. When it comes to protecting double circuit lines, differential and distance protection functions present disadvantages such as the requirement of communication channel and data synchronization, which increases the complexity and cost of the protection scheme implementation, and the presence of underreaching elements, caused by zero-sequence coupling. The solution presented by the cross-protection function is based on only one terminal and it is immune to the effects of zero-sequence coupling. However, its operation is limited by the inherent delay regarding phasor estimation. Thus, this thesis proposes a new cross-differential time domain-based protection algorithm for double circuit transmission lines. For this purpose, concepts of time domain-based incremental elements are combined with the principle of phasor-based cross-differential protection. Incremental replica currents are used for each phase of both circuits of the evaluated double circuit line. Then, operating and restraining currents are obtained similarly to the cross-differential protection function. The ATP/EMTP software was used to simulate a real 200 km 500 kV transmission line subjected to different fault scenarios. The simulated cases were experimentally evaluated using real commercially available relays. In this manner, the performance of the proposed algorithm could be compared with native functions of the relays under analysis. The use of the proposed algorithm results in secure, wide-ranging and fast operations. Thus, adoption of the proposed cross-differential time domain-based algorithm alongside readily available device-embedded protection functions represents a promising and appropriate alternative for protecting double circuit transmission lines.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaSilva, Kleber Melo eGama, Letícia Almeida2024-06-24T17:38:20Z2024-06-24T17:38:20Z2024-06-242023-09-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfGAMA, Letícia Almeida. A time-domain cross-differential protection algorithm for double circuit transmission lines. 2023. 98 f., il. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48383engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-06-24T17:38:20Zoai:repositorio.unb.br:10482/48383Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-06-24T17:38:20Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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