Как примирить релейную защиту и Smart Grid

Релейная защита постоянно контролирует состояние всех элементов электроэнергетической системы и мгновенно реагирует на возникновение повреждений и нарушение режима работы системы. Реакция заключается в выявлении поврежденного элемента и отключении его от энергосистемы.

Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты: селективность, чувствительность, быстродействие и надежность.

Селективность – способность устройства релейной защиты выявить поврежденный элемент энергосистемы, и отключить его только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.

Чувствительность – способность устройства релейной защиты четко отличать режим короткого замыкания любого вида от всевозможных даже утяжеленных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии короткого замыкания.

Быстродействие – способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени (лучше всего мгновенно) выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы. Заметим, что сегодня в технической литературе вполне серьезно обсуждаются вопросы релейной защиты с упреждающими функциями.

Надежность – отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты.

О развитии релейной защиты сегодня говорят в основном с позиции повсеместного введения технологий Smart Grid (интеллектуальные сети). При этом все эксперты замечают, что в России понятия Smart Grid имеет наполнение отличное от концепций, реализуемых в Европе или Америке. По максимуму в России под Smart Grid следует понимать электросети, имеющие глубокую степень автоматизации, позволяющие управлять перетоками активной мощности (в т.ч. с реверсом) и реактивной мощности, а также допускающие интеграцию малой и распределенной генерации в общую энергосистему. Кроме того, данная система должна автоматически регулировать подачу электроэнергии в зависимости от режима потребления.
«Смартгридизация» сетей предъявляет новые требования к устройствам релейной защиты. Можно даже говорить о смене подхода к обеспечению упомянутых выше характеристик релейной защиты: селективности и чувствительности.
 
Авария, не похожая на аварию

Smart Grid – это изменение принципов построения электрических сетей. В сетях появляется большое количество управляемых (или самоуправляемых) компонентов, например, таких, как быстродействующие компенсаторы реактивной мощности, токоограничивающие устройства и пр. Плюс к этому, ожидается, что в энергосистеме появится огромное количество генерирующих источников, режим работы которых (особенно когда речь идет о ВИЭ) невозможно спланировать. Ну и к тому же не следует забывать о появлении реверсивных потоков. Все эти новшества будут оказывать серьезное влияние на режимы работы сети, что, в свою очередь, потребует изменений функций и алгоритмов релейной защиты
Усложнение режимов работы сети и невозможность их адекватного прогнозирования ставит вопрос о принципиальной возможности расчета уставок для релейной защиты. Штатный режим работы такой сложной системы может иметь характеристики свойственные аварийному режиму и наоборот – взаимное влияние элементов сети может скрыть от релейной защиты факт вхождения системы в аварийный режим. В случае возникновения сбоев в работе такой сложной сети с огромным количеством активных компонентов, влияющих друг на друга, выяснить причину этих сбоев будет очень непросто.
 
Будем упрощать или усложнять?

Развитие элементной базы релейной защиты и повсеместное внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты (МУРЗ) фактически подталкивает разработчиков совместить несколько систем в рамках одной. В частности, некоторые из концепций Smart Grid подразумевают наделение релейной защиты функциями информационно-измерительной системы. Возможно, что релейной защите поручат также вести мониторинг и диагностировать состояние электрооборудования. Теоретически современные МУРЗ могут взять на себя даже функции учета и контроля потребления. Все это означает повышение концентрации функций в единичных микропроцессорных модулях. Что, в свою очередь, чревато снижением надежности релейной защиты.

Указанный конфликт технологий ставит под сомнение в принципе концепцию Smart Grid. Релейная защита должна оставаться обособленной системой, элементы которой выполняют функции только релейной защиты. Но даже при такой постановке задачи, открытым остается вопрос расчета уставок релейной защиты для работы в системе со сложным и непредсказуемым режимом.
В то же время существует и иная точка зрения. Ряд аналитиков считают, что проблемы интеграции релейной защиты со Smart Grid можно решить, если вывести МУРЗ на новый уровень. Для чего можно использовать алгоритмы нечеткой логики, нейронные сети, элементы пресловутого искусственного интеллекта, и т.д. Что же касается снижения надежности усложненных систем (каковыми окажутся МУРЗ нового поколения), то и эта проблема так же устраняется в процессе совершенствования МУРЗ.
Один из векторов развития релейной защиты – использование автоматических программно-технических комплексов проверки устройств РЗА, а также переход к динамическому тестированию функций защит.