Захист за стрибком вектора (ANSI 78) — альтернативний метод виявлення острівного режиму поряд із ROCOF

Гайд про частотний захист і ROCOF (81O/81U/81R) коротко згадує зсув фазового вектора (vector shift) як альтернативний пасивний метод виявлення острівного режиму при розподіленій генерації, поряд із ROCOF. Ця стаття детальніше розглядає цей метод: захист за стрибком вектора, ANSI 78.

Принцип: контроль фазового кута, а не частоти

Звичайний частотний захист (81O/81U) і ROCOF (81R) обидва контролюють частоту напруги — відповідно, її абсолютний рівень і швидкість зміни. Реле стрибка вектора натомість контролює фазовий кут форми напруги відносно внутрішнього опорного сигналу, заснованого на попередньому періоді (періодах). Поки генератор працює синхронно з мережею, цей фазовий кут майже не змінюється від періоду до періоду. Якщо мережа відключається, а генератор продовжує працювати, імпеданс навантаження, який "бачить" генератор, різко змінюється, і ротор генератора — який через власну інерцію не може миттєво підлаштуватися — реагує раптовим, вимірюваним стрибком фазового кута генерованої напруги відносно очікуваної траєкторії. Якщо цей стрибок перевищує встановлений поріг (зазвичай кілька градусів), реле спрацьовує.

Чому стрибок вектора може реагувати швидше за ROCOF при невеликому дисбалансі

Захисту ROCOF потрібен виявний сигнал, що виникає з реального дисбалансу потужності між генерацією та навантаженням у щойно утвореному острові: чим менший цей дисбаланс у момент утворення острова, тим менша й повільніша результуюча зміна частоти, і тим важче ROCOF своєчасно розпізнати острів. Стрибок вектора, навпаки, може виникнути саме в момент відключення, навіть якщо генератор перед відключенням випадково майже точно покривав власне острівне навантаження — раптовий стрибок імпедансу, який відчуває ротор, значною мірою не залежить від того, наскільки малим виявиться підсумковий дисбаланс потужності. Це робить захист за стрибком вектора на практиці привабливим як додатковий, а не замінний, метод виявлення поряд із ROCOF та звичайними межами напруги/частоти.

Та сама вразливість, що й у ROCOF: хибні спрацювання

Як і ROCOF, реле стрибка вектора чутливе до подій, що не мають стосунку до утворення острова, але спричиняють раптову зміну фазового кута:

• Серйозне пошкодження в іншому місці мережі (наприклад, коротке замикання на сусідній лінії) може спричинити тимчасовий стрибок фази протягом інтервалу пошкодження, який зникає після усунення пошкодження — у цьому випадку генератор залишається підключеним і не повинен відключатися.
• Пуск великого двигуна в іншому місці тієї самої мережі може спричинити подібне короткочасне збурення фазового кута.

Щоб обмежити хибні спрацювання від таких подій, реле стрибка вектора зазвичай поєднується з коротким часом блокування після виявлення стрибка фази, який не супроводжується стійким відхиленням, а також з тим самим контролем напруги, що застосовується при ROCOF і звичайному частотному захисті, аби запобігти спрацюванню в мережі, яка вже практично знеструмлена.

Практична значущість

Під час оцінки налаштувань захисту від острівного режиму інвертора або синхронного генератора, підключеного до загальної мережі згідно з NEN-EN 50549-1, необхідно встановити, яка комбінація методів виявлення справді активна: лише ROCOF, лише стрибок вектора, чи обидва методи в поєднанні з межами напруги/частоти. Інвертор, що покладається лише на стрибок вектора, може реагувати повільніше очікуваного в мережі з випадково дуже малим дисбалансом потужності в момент утворення острова, якщо стрибок фази в цьому конкретному випадку виявиться невеликим; і навпаки, генератор, що покладається лише на ROCOF, може пропустити ситуацію, чутливу до стрибка вектора, у якій дисбаланс випадково дуже малий, але стрибок імпедансу все ж чітко присутній.

Типові помилки

1. Плутати захист за стрибком вектора (78) з ROCOF (81R) — обидва методи пасивного виявлення острівного режиму, але вимірюють принципово різний сигнал (стрибок фазового кута проти швидкості зміни частоти).
2. Вважати, що стрибок вектора за визначенням швидший за ROCOF — це залежить від конкретної ситуації; при великому дисбалансі потужності в момент утворення острова ROCOF може спрацювати швидше.
3. Не враховувати хибні спрацювання через серйозні мережеві пошкодження або пуски двигунів в іншому місці мережі, що може призвести до необґрунтованого відключення розподіленої генерації без фактичного утворення острова.
4. Застосовувати лише один із двох методів виявлення там, де стандарт або оператор мережі вимагає комбінації методів, підвищуючи ризик пропущеного виявлення острова саме в тому випадку, коли цей єдиний метод працює слабо.

Пов'язане

• Частотний захист (81O/81U) та ROCOF (81R, df/dt)
• PV-інвертор — режим проти острівної роботи (NEN-EN 50549)
• Мала вітротурбіна — підключення до мережі та захист
• Захист від зниженої/підвищеної напруги (реле 27/59)