Power Swing Detection to the Distance Relay Blocking based on Mean Error of Periodic Functions

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Mikaela Melgaço
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1 Power Swing Detection to the Distance Relay Blocking based on Mean Error of Periodic Functions Code: 9.6 C. Lazaro, C.V. Dias, L. Zapata and G. Cardoso Federal University of Santa Maria - UFSM 6//7

The North American Electric Reliability Corporation (NERC) reportou que uma parcela do

2 MOTIVAÇÃO Em regímen estacionário: Opera perto da frequência nominal; Tensões em barras não variam mais de 5%; Existe um balance entre potencia gerada e consumida. The North American Electric Reliability Corporation (NERC) reportou que uma parcela do 75% das grandes perturbações que causaram saídas em cascata e blecautes envolvem relés de distância.

Histórico de blecautes 3 EUA e Canada 3 Itália India 9 Brasil 3 Malásia OBJETIVOS 5 Malásia Bloquear contra oscilação de potência e desbloquear

3 Histórico de blecautes 3 EUA e Canada 3 Itália India 9 Brasil 3 Malásia OBJETIVOS 5 Malásia Bloquear contra oscilação de potência e desbloquear para eventos diferentes de oscilação; Frequência de amostragem adequada para os relés atuais; Fácil ajuste e independente de estudos complexos da rede.

4 OSCILAÇÃO DE POTENCIA FENÔMENO: Variação da potência trifásica; Avanço e retrocesso dos ângulos relativos dos geradores; instável Reatância (X) M O N Resistência (R) estável

5 METODOLOGIA PROPOSTA Filtro de funções características SAÍDA Filtro de assimetria DETECÇÃO DE OSCILAÇÃO: Funções características; ENTRADA V EQM_ EQM_5 ENTRADA SAÍDA I I CA F _I DETECÇÃO DE FALTA: Coeficiente de assimetria de uma distribuição de dados; EQM_6

6 EQM 6 EQM 5 EQM Va (kv) DETECÇÃO DE OSCILAÇÃO Filtro de funções características SAÍDA EQM_ FUNÇÕES CARACTERISTICAS Composta pelas funções senoidal, triangular com pico negativo e triangular com pico positivo. Na saída do filtro se obtém o erro quadrático médio (EQM) entre o valor do sinal de entrada e o valor da função característica correspondente para uma janela de ciclo de 6Hz. Erro quadrático médio N EQM x( n) xc( n) N n Entrada em p.u. Valores da função característica em p.u. ENTRADA V - (a) (b) (c) (d) EQM_5 EQM_ Time (s)

7 EQM 6 Erro (%) EQM 5 EQM Va (kv) DETECÇÃO DE OSCILAÇÃO Filtro de funções características SAÍDA EQM_ FUNÇÕES CARACTERISTICAS EQM_: Determina se o sinal de entrada possui o não uma forma de onda senoidal de 6Hz; EQM_5 e EQM6: Estes erros juntos geram uma nova variável chamada de Desvio_56; Desvio com respeito à média max EQM _ 5, EQM _ 6 Desvio _ 56 EQM _ 5 EQM _ 6 Estado estacionário Intervalo de ciclo de 6Hz ENTRADA V - Desvio_56 Intervalo de ciclo de 6Hz Média (a) (b) (c) (d) EQM_5 EQM_6 EQM_5 EQM_6 Desvio_56 Média Tempo (s) Time (s)

segundo sua assimetria: Assimetria negativa, simétrica e assimetria positiva.

8 DETECÇÃO DE FALTA Filtro de assimetria COEFICIENTE DE ASSIMETRIA É a medida que indica a simetria da distribuição de uma variável respeito à média, sem necessidade de fazer uma representação gráfica; Existem três tipos de curva de distribuição segundo sua assimetria: Assimetria negativa, simétrica e assimetria positiva. Coeficiente de assimetria de Fisher CA F N i Tamanho do conjunto Entrada x 3 i x Ns 3 Desvio padrão Média do conjunto ENTRADA SAÍDA I I CA F _I Media Media Media CAF < CAF = CAF >

9 FLUXOGRAMA Início 3,V A,V B AJUSTES I C,V C ajuste_o: 5%; 7 ajuste_f: ; contador_co: 9 ciclos de 6Hz. I A I B 64apc Curto-circuito detectado e desbloquear relé Fim Aplicar filtros e obter EQM_, Desvio_56 e CAF_I sim 6 5 Se para qualquer fase, CAF_I > ajuste_f não Bloquear Relé Se para cada fase, Desvio_56 ou EQM_ > ajuste_o sim Presença de de potência ativada e zerar contador CO 4 Desbloquear Relé sim não Presença de oscilação sim CO=CO+ CO < ajuste_co não 8 9 Presença de de potência desativada não

10 RESULTADOS E ANALISES WESTERN SYSTEMS COORDINATING COUNCIL (WSCC) 9 BUS TEST SYSTEM DigSilent Power Factory; TC: 5/5A; TP: 3/. kv; Governor data : Type BPA_GG; System exciter data: Type IEEET; EVENTO: estável (s) Curto-circuito 3F em 5% de L4-5 por 5ms; (.5s) Abertura de L4-5 através de CB e CB; G 8kV 3kV 7 CB Load A CB CB6 3kV Load C CB CB9 CB8 CB7 8/3 3/3.8 CB CB 3/ kV 3kV G CB5 R96 CB4 9 Load B CB kV 3 G3 Mho Relay - R96: CT: 5/5A - Y, VT: 3/.kV - Y Zone : º, Timer Z: Instant. Zone : 5.8 7º, Timer Z: 4ms Zone 3: 6.5 7º, Timer Z3: 8ms

11 Bloqueio Magnitude X [Ohm] Ia (ka) EQM Va (kv) EVENTO: OSCILAÇÃO ESTÁVEL Estado estacionário (a) Limpeza de falta t(s):.5 Sem deformação da forma de onda da tensão estável Comportamento dos EQMs não variam CAF_I está com valor menor ao ajuste Falta t(s): Ponto de operação -5 5 R [Ohm] - (b) (c) - (d) Falta (e) Tempo (s) G 8kV 3kV forma de 8onda da 7 CB6 R CB CB4 Comportamento dos Load A CB 3kV 3kV Load C Deformação da CB CB9 CB8 CB7 8/3 3/3.8 CB CB tensão 3/ kV CAF_I está com G ajuste CB5 EQMs variam valor menor ao Tempo de bloqueio: ms 9 Load B CB kV 3 G3 Mho Relay - R96: CT: 5/5A - Y, VT: 3/.kV - Y Zone : º, Timer Z: Instant. Zone : 5.8 7º, Timer Z: 4ms Zone 3: 6.5 7º, Timer Z3: 8ms

12 Bloqueio Magnitude X [Ohm] Ia (ka) EQM Va (kv) EVENTO: OSCILAÇÃO INSTÁVEL Estado estacionário (a) Limpeza de falta Falta EVENTOS t(s):. t(s): (s) Curto-circuito 3F Ponto de em 5% de L4-5 por operação ms; - instável (.s) Abertura de L4-5 através de CB e CB; R [Ohm] - - (b) (c) (d) Falta (e) Tempo (s) G 8kV 3kV forma de 8onda da 7 CB6 R CB CB4 Comportamento dos Load A CB 3kV 3kV Load C Deformação da CB CB9 CB8 CB7 8/3 3/3.8 CB CB tensão 3/ kV CAF_I está com G ajuste CB5 EQMs variam valor menor ao 9 Load B CB3 Tempo de bloqueio: 8,64ms 4 3.8kV 3 G3 Mho Relay - R96: CT: 5/5A - Y, VT: 3/.kV - Y Zone : º, Timer Z: Instant. Zone : 5.8 7º, Timer Z: 4ms Zone 3: 6.5 7º, Timer Z3: 8ms

13 Bloqueio Magnitude Ia (ka) EQM Va (kv) EVENTO: FALTA DURANTE OSCILAÇÃO EVENTOS (s) Curto-circuito 3F em 5% de L4-5 por ms; (.s) Abertura de L4-5 através de CB e CB; - - Falta (a) (b) (c) (d) (e) G 8kV 3kV forma de 8onda da 7 CB6 R CB CB4 Comportamento dos Load A CB 3kV 3kV Load C Deformação da CB CB9 CB8 CB7 8/3 3/3.8 CB CB tensão 3/ kV CAF_I está com G ajuste CB5 EQMs variam valor menor ao 9 Load B CB kV 3 G3 Mho Relay - R96: CT: 5/5A - Y, VT: 3/.kV - Y Zone : º, Timer Z: Instant. Zone : 5.8 7º, Timer Z: 4ms Zone 3: 6.5 7º, Timer Z3: 8ms Tempo (s)

14 Bloqueio Magnitude Ia (ka) EQM Va (kv) EVENTO: FALTA DURANTE OSCILAÇÃO EVENTOS (s) Curto-circuito 3F em 5% de L4-5 por ms; (.s) Abertura de L4-5 através de CB e CB; (.9s)Curto-circuito 3F em 75% de L6-9 por ms; (s) Limpeza da falta sem abertura da linha Falta (a) (b) (c) (d) (e) G Falta durante OS 8kV 3kV 7 Load A CB ajuste_f 8 CB kV 6.5kV Tempo de 3kV Load C CAF_I supera o CB CB9 CB8 CB7 8/3 3/3.8 CB CB 3/6.5 G CB5 R96 CB Tempo de detecção: 4ms CB4 bloqueio: ms 9 Load B CB kV 3 G3 Mho Relay - R96: CT: 5/5A - Y, VT: 3/.kV - Y Zone : º, Timer Z: Instant. Zone : 5.8 7º, Timer Z: 4ms Zone 3: 6.5 7º, Timer Z3: 8ms Tempo (s)

CONCLUSÃO Foco diferente para detecção e bloqueio contra oscilação de potência; Filtros de funções características e assimetria; Ajustes predefinidos (ainda em

15 CONCLUSÃO Foco diferente para detecção e bloqueio contra oscilação de potência; Filtros de funções características e assimetria; Ajustes predefinidos (ainda em pesquisa); Simplicidade de implementação; Desempenho satisfatório quando usado um valor maior de 3apc; Promissor para implementação em rele de distância comercial.

16 Obrigado pela atenção! Gracias por la atención! CARLOS LAZARO MENCO 6//7 6

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