ANALYSIS OF DIFFERENTIAL RELAY PROTECTION ALGORITHMS AND THEIR MODELLING IN MATLAB

The paper is devoted to identifying the prospects for software implementation of differential relay protection. The purpose of this study was to analyse the algorithms of the devices' operation, which allowed to create a mathematical model in the MATLAB software environment with the prospect of integration in the form of a single regional relay protection server into the unified energy system of Ukraine. It has been established that virtual models have both advantages and disadvantages compared to digital-analog devices. Their positive feature is that, due to the block principle of construction, it is possible to easily change not only the parameters but also the configuration of the primary network. The disadvantage is that the configuration of virtual protections differs from the configuration of their prototypes - real relays and terminals. The article evaluates the existing, widely used methodology and considers the actual algorithms of two-stage differential relay protection. It is established that differential protection has two stages: 1 - fast-acting differential current cut-off; 2 - sensitive differential current protection with inhibition from through current and recovery from magnetisation current surges. A simplified diagram of a fragment of the electrical system and differential relay protection of a transformer are developed and presented in MATLAB. The algorithms are considered in detail, and it is established that with their help and with the help of the considered principles of differential protection in the Simulink package, the logic of the model is implemented similarly to the logic of microprocessor-based transformer protection "RS-83DT2" of RZA Systems LLC, SPAD 346 C of ABB. Based on the modelling results, the oscillograms of primary currents of normal mode and emergency modes with external and internal short circuits are obtained. The conclusions establish the prospects of using this model and algorithms for the development of a software solution for the relay protection server and for future integration into the integrated power system.
Робота присвячена виявленню перспектив програмної реалізації диференційного релейного захисту. Метою статті був аналіз алгоритмів роботи пристроїв, що дозволило створити математичну модель в програмному середовищі MATLAB з перспективою інтеграції у вигляді єдиного регіонального серверу релейного захисту до об’єднаної енергетичної системи України. Встановлено що віртуальні моделі мають як переваги, так і недоліки порівняно з цифро-аналоговими пристроями. Їхня позитивна властивість – завдяки блоковому принципу побудови можна легко змінювати не тільки параметри, але й конфігурацію первинної мережі. Недолік – налаштування віртуальних захистів відрізняється від налаштування їхніх прототипів – реальних реле і терміналів. Оцінено існуючу широко застосовану методику, розглянуто актуальні алгоритми двоступеневого диференційного релейного захисту. Встановлено, що диференційний захист має два ступені – швидкодіючу диференціальну струмову відсічку та чутливий диференційний струмовий захист із гальмуванням від наскрізного струму і відбудовою від кидків струму намагнічування. Розроблено та наведено спрощену схему фрагмента електричної системи та диференціальний релейний захист трансформатора в середовищі MATLAB. Детально розглянуто алгоритми та встановлено, що за їх допомогою та допомогою розглянутих принципів диференціального захисту в пакеті Simulink реалізовано логіку роботи моделі аналогічно логіці мікропроцесорних захистів трансформаторів «РС-83ДТ2» ТОВ «РЗА СІСТЕМЗ» і SPAD 346 C фірми ABB. За результатами моделювання отримано осцилограми первинних струмів нормального режиму й аварійних режимів із зовнішнім та внутрішнім короткими замиканнями. Встановлено перспективність використання даної моделі та алгоритмів для розробки програмного рішення для сервера релейного захисту та для майбутньої інтеграції в об’єднану енергосистему.