Анализ влияния переходного сопротивления электрической дуги на работу дистанционной защиты с использованием динамической модели
Новобрицкий В.А., к.т.н. Федосов Д.С.,
Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ), г. Иркутск, Россия.

Аннотация: в статье рассматривается проблема функционирования дистанционной защиты при коротких замыканиях через переходное сопротивление дуги. Разработана динамическая модель электрической дуги, сопротивление которой зависит от параметров текущего режима. Исследование проводилось при различных параметрах режима питающей электрической системы, задаваемых мощностью короткого замыкания и начальным фазовым углом напряжения, при разной протяженности линии электропередачи, для различных характеристик реле сопротивления и моделей электрической дуги. Произведена верификация модели дуги, также получены замеры сопротивления дистанционной защиты с учетом динамической модели дуги и с переходным сопротивлением дуги, определенным традиционным способом. По результатам исследования установлено, что наиболее неблагоприятным режимом для дистанционной защиты является дуговое короткое замыкание в конце короткой линии (до 10 км), при котором наличие переходного сопротивления вызывает искажения замера в сторону увеличения и выход сопротивления за пределы характеристики срабатывания реле сопротивления. Это может привести к замедлению второй ступени и к увеличению времени отключения повреждения. При этом сдвиг между фазовыми углами напряжений систем по концам линии по условию статической устойчивости в диапазоне от -67° до 67° не вызывает критичного искажения замера сопротивления в сторону уменьшения и ложной работы первой ступени защиты ни в одном из режимов.

Ключевые слова: дистанционная защита, переходное сопротивление, короткое замыкание, электрическая дуга, вольт-амперная характеристика, MATLAB Simulink.

The analysis of an impact of an arc resistance on a distance protection using a dynamic model
Novobritsky V.А., Ph.D. Fedosov D.S.,
Irkutsk National Research Technical University (INRTU), Irkutsk, Russia.

Abstract: this paper represents how an arc resistance can impact on a distance protection and what problem it may cause. A dynamic model of the electric arc has been developed. The model is able to change its parameters depending on the state of the actual mode. The variable parameters in the study were the following: the short-circuit power of two systems and their initial phase voltage angle, the length of the transmission line, the operation regions of an impedance relay and the parameters of the arc model itself. The model was verified; there was made a comparison of impedance measurements obtained by means of an electric arc and through the classical method. The results of the study revealed that the greatest negative impact of an arc resistance on a distance protection is for short power lines under 10 km. The negative effect is expressed in increasing measurements and forcing them to go beyond the relay operation characteristic. This may cause some delaying of second distance protection zone and also may increase the tripping time. At the same time there was no modes where shifting phase angles of power system voltage within the range of -67° to 67° according to the condition of steady-state stability caused a measurement reduction and false functioning of first distance protection zone.

Keywords: distance protection, arc resistance, short circuit, current –voltage characteristic, MATLAB Simulink.

Повышение точности и быстродействия алгоритмов при цифровой обработке сигналов в задачах релейной защиты и автоматики
к.т.н. Климова Т.Г., Ревякин В.А.,
Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, Россия.

Аннотация: в статье приведен обзор различных вариаций реализации дискретного преобразования Фурье. В условиях отсутствия помех любой описанный алгоритм показывает идеальные выходные результаты, по которым можно судить о состоянии энергосистемы. Но при наличии помех практически ни один из алгоритмов не способен полностью определить спектр их воздействия. В статье исследуется модернизированное дискретное преобразование Фурье, дающее быстрый (окно наблюдения 10 мс), точный и простой для реализации алгоритм получения оценок параметров синусоидального колебания при соблюдении требований стандарта МЭК C37.118. Разработанный алгоритм предлагает доступное решение устройства синхронизированных векторных измерений (УСВИ) для улучшения качества наблюдения и управления энергосистемой при наличии интергармонических колебаний с возможностью определения их
параметров.

Ключевые слова: возможности синхронизированных векторных измерений, модифицированный алгоритм дискретного преобразования Фурье, параметры интергармонических колебаний.

Improving the accuracy and speed of algorithms in digital signal processing in relay protection and automation tasks
Ph.D. Klimova T.G, Revyakin V.A.,
National Research University «MPEI», Moscow, Russia.

Abstract: the article provides an overview of various variations of the implementation of the discrete Fourier transform. In the absence of interference, any described algorithm shows ideal output results, which can be used to judge the state of the power system. But in the presence of interference, almost none of the algorithms is able to fully determine the spectrum of their impact. The article investigates an upgraded discrete Fourier transform, which gives a fast (observation window of 10 m s), accurate and easy-to-implement algorithm for obtaining estimates of the parameters of a sinusoidal oscillation in compliance with the requirements of the IEC C37.118 standard. The developed algorithm offers an affordable phasor measurement unit (PMU) solution to improve the quality of monitoring and control of the power system in the presence of interharmonic oscillations with the possibility of determining their parameters.

Keywords: possibilities of synchronized vector measurements, modified algorithm of discrete Fourier transform, parameters of interharmonic oscillations.

Обзор принципов построения и методов управления режимами микросетей переменного тока низкого напряжения
Вольный В.С.,
Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, Россия,
д.т.н. Илюшин П.В.,
Институт энергетических исследований Российской академии наук, г. Москва, Россия.

Аннотация: распределительные сети низкого напряжения должны позволять свободно интегрировать в них большое количество микросетей с распределенными источниками энергии (РИЭ). Потребители, внедряя РИЭ, удовлетворяют собственный спрос на электроэнергию и активно участвуют в управлении режимами, параметры которых существенно изменяются в зависимости от величины генерации и потребления в каждый момент времени. Это создает новые вызовы для управления нормальными, аварийными и послеаварийными режимами микросетей, требуя развития информационно-коммуникационной инфраструктуры. Силовые преобразователи – инверторы (конвертеры), применяемые для интеграции РИЭ на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), безынерционны. Одновременно в микросети интегрируются топливные генерирующие установки, имеющие малые (до 1-2 с) значения механических постоянных инерции. Это приводит к увеличению скорости протекания электромеханических переходных процессов в 5-10 раз, что требует повышения быстродействия систем автоматического управления (САУ) микросетей, а также применения современных методов управления. Сложность этой задачи обусловлена необходимостью корректного выбора видов и дозировок управляющих воздействий для предотвращения возникновения и развития аварий. Применяемые методы управления должны обеспечивать надежное электроснабжение потребителей и качество электроэнергии в микросетях, а также надежное функционирование распределительных сетей, в которые они интегрируются. В статье приведен обзор принципов построения микросетей переменного тока низкого напряжения, позволяющих эффективно решать задачи управления их режимами в указанных условиях.

Ключевые слова: микросеть переменного тока, распределенные источники энергии, возобновляемые источники энергии, генерирующая установка, инвертор, конвертер, управление режимами, управляющее воздействие.

Overview of the principles of construction and methods of control of modes of low-voltage AC microgrids
Volnyi V.S.,
National Research University «MPEI», Moscow, Russia,
D.Sc. Ilyushin P.V.,
Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Abstract: low-voltage distribution networks should allow for the free integration of a large number of micro-grids with distributed energy sources (DES) into them. By implementing DES, consumers satisfy their own demand for electricity and actively participate in the management of modes, the parameters of which vary significantly depending on the amount of generation and consumption at any given time. This creates new challenges for the management of normal, emergency and post-emergency modes of micro-networks, requiring the development of information and communication infrastructure. Power converters – inverters (converters) used for the integration of DES based on renewable energy sources (RES) are inertialess. At the same time, fuel generating units with small (up to 1-2 s) values of mechanical inertia constants are integrated into the microgrid. This leads to an increase in the rate of flow of electromechanical transients by 5-10 times, which requires an increase in the speed of automatic control systems (ACS) of microgrids, as well as the use of modern control methods. The complexity of this task is due to the need for the correct choice of types and dosages of control actions to prevent the occurrence and development of accidents. The applied management methods should ensure reliable power supply to consumers and the quality of electricity in micro grids, as well as reliable functioning of distribution networks into which they are integrated. The article provides an overview of the principles of construction of low-voltage AC microgrids, which effectively solve the problems of controlling their modes under these conditions.

Keywords: AC microgrid, distributed energy sources, renewable energy sources, generating plant, inverter, converter, mode control, control action.

Результаты экспериментальных исследований процессов при однофазных замыканиях на землю в распределительной сети с управляемыми ДГР плунжерного и конденсаторного типа управления
Александров А.С., Багаев Д.В.,
ПАО «Россети Волга», г. Саратов, Россия,
к.т.н. Козлов В.Н., к.т.н. Соловьев И.В., Яковлев А.В.,
ООО «НПП Бреслер», г. Чебоксары, Россия.

Аннотация: в статье представлены результаты исследований процессов, происходящих в распределительных электрических сетях 6-35 кВ при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ), при создании искусственного замыкания в реальной электрической сети 10 кВ. В целях анализа и оценки эффективности работы управляемых дугогасящих ректоров (ДГР) плунжерного и конденсаторного типа управления были проведены экспериментальные исследования в сети 10 кВ ПС «Новый город» Северного производственного отделения филиала ПАО «Россети Волга» - «Чувашэнерго». Проведен анализ полученных осциллограмм при имитации металлических и дуговых замыканий. Представлена оценка эффективности работы управляемых ДГР при ОЗЗ на основании анализа измеренных параметров сети.

Ключевые слова: управляемые дугогасящие реакторы, компенсация емкостных токов, однофазные замыкания на землю, экспериментальные исследования, дуговые замыкания, оценка эффективности.

Results of experimental studies of processes single-phase earth faults in the distribution network with controlled ASC plunger and capacitor control type
Alexandrov A.S., Bagaev D.V.,
PJSC «Rosseti Volga», Saratov, Russia,
Ph.D. Kozlov V.N., Ph.D. Solovyev I.V., Yakovlev A.V.,
«NPP Bresler» LLC, Cheboksary, Russia.

Abstract: the article presents the results of studies of processes that occur in 6-35 kV distribution electrical networks during single-phase earth faults (SEF) due to creating an artificial fault in a real 10 kV electrical network. In order to analyze and evaluate the efficiency of controlled arc-extinguishing reactors (AER) of plunger and condenser type of control, experimental studies were conducted in the 10 kV network of the electrical substation «Novyi Gorod» of the Severnoye Production Department of the PJSC «Rosseti Volga» branch «Chuvashenergo». The analysis of the waveforms that had been obtained in the simulation of metal and arc faults is carried out. An assessment of the efficiency of the controlled AER during the SEF is presented based on the analysis of the measured network parameters.

Keywords: controlled arc-extinguishing reactors, compensation of capacitive currents, single-phase earth faults, experimental studies, arc faults, efficiency evaluation.

Повышение пропускной способности межсистемных транзитных ЛЭП объединенных энергосистем
д.т.н. Попов М.Г. (1,2), Петрушин Д.Е. (2,3), к.т.н. Васильева О.А. (1),
1) Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), г. Санкт-Петербург, Россия,
2) Петрозаводский государственный университет (ПетрГУ), г. Петрозаводск, Россия,
3) Филиал АО «СО ЕЭС» Карельское РДУ, г. Петрозаводск, Россия.

Аннотация: в условиях ограничений сетевого строительства является актуальной задача наиболее полного использования пропускной способности существующих межсистемных линий электропередачи. Целью исследований, основные результаты которых представлены в настоящей статье, является обоснование предлагаемых авторами уточненной методики расчета и способов повышения передаваемой по межсистемным транзитам обменной мощности объединенных энергосистем. Методология исследований заключалась в проведении численных экспериментов по исследованию нестационарных, аварийных режимов работы в специализированных программных комплексах. В заключительной части статьи сформулированы основные выводы и отмечены внедрения полученных результатов. В результате исследований предложен и обоснован новый дополнительный критерий выбора слабых связей, входящих в контролируемые сечения. Выполнено обоснование эффективности замыкания ранее разомкнутых по технологическим ограничениям обходных связей 110-220 кВ с точки зрения повышения передаваемой мощности с учетом ввода второй цепи 330 кВ в системообразующей электросети. Результаты исследования актуальны, обладают научной новизной, имеют существенную практическую значимость и внедрены в практику оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическими режимами объединенных энергосистем.

Ключевые слова: энергоэффективность, линии электропередачи, пропускная способность сети, опасное, контролируемое сечение, максимально допустимый переток мощности, обходные электрические связи, системообразующая электрическая сеть.

Increasing the capacity of intersystem transit transmission lines of united power systems
D.Sc. Popov M.G. (1,2), Petrushin D.E. (2,3), Ph.D. Vasilyeva O.A. (1),
1) Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, Saint Petersburg, Russia,
2) Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia,
3) The Karelian Regional Dispatching Office Branch of the System Operator of the United Power System, Petrozavodsk, Russia.

Abstract: under the constraints of network construction, the task of making the most complete use of the capacity of existing intersystem power transmission lines is urgent. The purpose of the research, the main results of which are presented in this article, is to substantiate the refined calculation methods and methods proposed by the authors to increase the exchange capacity of combined power systems transmitted through intersystem transits. The research methodology consisted in conducting numerical experiments to study non-stationary, emergency modes of operation in specialized software complexes. In the final part of the article, the main conclusions are formulated and the implementation of the results obtained is noted.
As a result of the research, a new additional criterion for the selection of weak bonds included in the controlled sections is proposed and justified. The substantiation of the efficiency of the closure of 110-220 kV bypass connections previously opened according to technological limitations from the point of view of increasing the transmitted power, taking into account the input of the second 330 kV circuit in the backbone power grid.
The results of the study are relevant, have scientific novelty, have significant practical significance and have been introduced into the practice of operational dispatch control of electric power modes of integrated power systems.

Keywords: еnergy efficiency, power transmission lines, network capacity, dangerous, controlled cross-section, maximum allowable power flow, bypass electrical connections, backbone electrical network.

Анализ результатов исследований времени до насыщения магнитопроводов трансформаторов тока электроэнергетических объектов
к.т.н. Яблоков А.А., Панащатенко А.В., Родин Н.А., к.т.н. Лифшиц А.С.,
Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина (ИГЭУ), г. Иваново, Россия.

Аннотация: аварийные ситуации, связанные с неправильной работой устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) по причине насыщения трансформаторов тока (ТТ), могут привести к большому экономическому ущербу. Последние крупные аварии в РФ по этой причине (в 2014 и 2018 гг.) инициировали создание нормативной документации и выполнение работ по определению времени до насыщения ТТ. Целью данной статьи является исследование характеристик ТТ в переходных режимах, сопровождающихся наличием апериодической составляющей в токе короткого замыкания (ТКЗ), а также выработка рекомендаций к существующим методикам оценки таких характеристик. Научная новизна выполняемого исследования обуславливается тем, что подобные расчеты начали выполняться с 2019 г. и по ним еще не представлено большого количества практических результатов в научно-технической литературе.
В качестве метода исследования используется статистический анализ результатов расчета времени до насыщения более чем 1000 трехфазных комплектов реально функционирующих ТТ на электрогенерирующих и сетевых объектах РФ. В статье представлен анализ нормативно-технической документации, содержащей требования к качеству функционирования ТТ в переходных режимах, статистические данные о результатах расчетов, выполненных в соответствии с требованиями ГОСТ Р 58869, а также анализ корректности вводимых им допущений. Для расчета времени до насыщения ТТ была разработана специальная программа, автоматизирующая расчетные методики. В программе учтено варьирование угла коммутации КЗ, отличие фаз ТКЗ, протекающих по ветвям, питающим точку КЗ, расчет всех ТТ трехфазной группы с автоматическим выбором наихудшего результата. Полученные результаты позволяют сделать вывод об относительном количестве ТТ, не удовлетворяющих требованиям
ГОСТ Р 58869, необходимости модернизации существующих методик и возможных направлениях такой модернизации. Кроме того, в статье приведены рекомендации по созданию автоматических специализированных программных комплексов, которые могут быть использованы в работе проектных, эксплуатирующих и исследовательских организаций при осуществлении ими расчетов времени до насыщения магнитопроводов ТТ.

Ключевые слова: насыщение, остаточная намагниченность, трансформатор тока, прямоугольная характеристика намагничивания, ГОСТ Р 58869-2019, релейная защита.

Analysis of the time to saturation data for current transformers at various power system facilities
Ph.D. Yablokov A.A., Panaschatenko A.V., Rodin N.A., Ph.D. Lifshits A.S.,
Ivanovo State Power Engineering University (ISPU), Ivanovo, Russia.

Abstract: emergencies associated with improper operation of relay protection and automation (RPA) devices due to saturation of current transformers (CTs) can lead to great economic damage. The last major accidents in the Russian Federation for this reason (in 2014 and 2018) initiated the creation of regulatory documentation and the performance of work to determine the time to saturation of HP. The purpose of this article is to study the characteristics of CTs in transient conditions, accompanied by the presence of an aperiodic component in the short circuit current (SCC), as well as to develop recommendations for existing methods for assessing such characteristics. The scientific novelty of the ongoing research is due to the fact that such calculations began to be performed in 2019 and a large number of practical results have not yet been presented in the scientific and technical literature. As a research method, a statistical analysis of the results of calculating the time to saturation of more than 1000 three-phase sets of actually functioning CTs at power generating and network facilities of the Russian Federation is used. The article presents an analysis of regulatory and technical documentation containing requirements for the quality of CT functioning in transient modes, statistical data on the results of calculations performed in accordance with the requirements of GOST R 58869, as well as an analysis of the correctness of the assumptions introduced by it. To calculate the time to saturation of the HP, a special program was developed that automates the calculation methods. The program takes into account the variation of the short circuit switching angle, the phase difference of the SCC flowing through the branches feeding the short circuit point, the calculation of all CTs of a three-phase group with automatic selection of the worst result. The results obtained allow us to conclude about the relative number of HPs that do not meet the requirements of GOST R 58869, the need to modernize existing methods and possible directions for such modernization. In addition, the article provides recommendations on the creation of automatic specialized software systems that can be used in the work of design, operating and research organizations when they calculate the time to saturation of the CT magnetic circuits.

Keywords: CT saturation, remanence, current transformer, rectangular magnetizing characteristic, GOST R 58869-2019, relay protection.