Sistema automatizado para coordenação de ajustes de proteção de sobrecorrente direcional em sistemas malhados

Abstract

Resumo: Para que um Sistema Elétrico de Potência opere satisfatoriamente, deve haver uma adequada coordenação do sistema de proteção, que é feita através de parametrização de ajustes de relés de proteção. Essa parametrização envolve estudos relacionados aos cálculos de correntes de curto-circuito, seletividade e coordenação entre os dispositivos de proteção. Esses estudos devem garantir que os sistemas de proteção operem no menor tempo possível e desliguem o mínimo de circuitos possíveis, ou seja, que os relés de proteção mais próximos da ocorrência do curto-circuito operem mais rapidamente do que os relés das linhas adjacentes. Por ser uma tarefa complexa, esse trabalho propõe que a obtenção desses parâmetros de ajustes, relacionados especificamente a relés de sobrecorrente instalados em sistemas malhados, seja feita utilizando um processo de otimização. Os parâmetros de entrada do problema de otimização são os valores de impedâncias de sequência das linhas de transmissão, geradores e transformadores que compõem o sistema elétrico. A partir desses dados são simulados alguns casos de curto-circuito que são necessários para inicializar o processo de otimização dos parâmetros de ajustes de sobrecorrente direcional de neutro instantâneo (67NI) e sobrecorrente direcional de neutro temporizado (67NT) em todos os terminais de linha do sistema em análise. A otimização envolve o ajuste de tempo de atuação dos relés temporizados 67NT que é dado por curvas inversas padronizadas, time dial (TDS) e corrente de Pick-up (IPS). Portanto, os parâmetros de ajuste do 67NT têm 3 variáveis que devem ser ajustadas: tipo de curva, TDS e IPS. A formulação do problema de otimização proposto para realização dos ajustes ótimos é resolvida via Algoritmos Genéticos e foi testada utilizando sistemas de 5 e 30 barras. Foi testada a coordenação de várias combinações desses ajustes até obter os valores ótimos coordenados para todos os relés dos sistemas testados.

Abstract: For an Electric Power System to operate satisfactorily there must be an adequate coordination of the protection system, which is done through parameterization of protection relay settings. This parameterization involves studies related to the calculation of short-circuit currents, selectivity and coordination between protection devices. These studies must ensure that the protection systems operate in the shortest time possible and disconnect as few circuits as possible, that is, that the protection relays closest to the occurrence of the short circuit operate faster than the relays in the adjacent lines. As it is a complex task, this work proposes that the obtaining of these adjustment parameters, specifically related to overcurrent relays installed in meshed systems, be done using an optimization process. The input parameters of the optimization problem are the sequence impedance values of the transmission lines, generators and transformers that make up the electrical system. From these data, some short-circuit cases are simulated that are necessary to start the optimization process of the instantaneous directional overcurrent (67NI) and timed directional overcurrent (67NT) adjustment parameters in all the line terminals of the system under analysis. The optimization involves adjusting the actuation time of the 67NT timed relays which is given by standardized inverse curves, time dial (TDS) and Pick-up current (IPS). Therefore, the 67NT adjustment parameters have 3 variables that must be adjusted: curve type, TDS and IPS. The formulation of the optimization problem proposed to perform the optimal fits is solved via Genetic Algorithms and was tested using 5 and 30 bus systems. Coordination of various combinations of these settings was tested until the optimal coordinated values were obtained for all relays in the tested systems.