Relé de inferencia difusa y procedimiento de protección de corriente diferencial en una línea de transmisión.

Un relé (100, 100a, 100b) de protección de corriente diferencial de al menos una línea (204) de transmisión,

que comprende al menos:

una primera calculadora (110) de las corrientes simétricas de secuencia, que incluyen las corrientes i0 desecuencia cero, las corrientes i1 de secuencia positiva y las corrientes i2 de secuencia negativa, de lascorrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión en los extremos local yremoto de la línea (204) de transmisión protegida;

una segunda calculadora (110) de las diferencias de fase Φ 12 y Φ 012 entre las corrientes de combinación i12e i012 de las corrientes simétricas de secuencia i0, i1 e i2 de cada uno de los extremos de la línea (204) detransmisión;

un sistema (112) de inferencia difusa que emite una variable "y" cuyo valor se calcula de acuerdo con losvalores de las diferencias de fase Φ12 y Φ012;

una tercera calculadora (120) que emite una señal de desconexión para el control de al menos undisyuntor (200.1a, 200.2a, 200.3a, 200.1b, 200.2b, 200.3b) dispuesto en la línea (204) de transmisión yasociado con el relé (100, 100a, 100b), calculándose el valor de la señal de desconexión de acuerdo conlos valores de la variable "y" y los valores de las corrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea(204) de transmisión en los extremos local y remoto de la línea (204) de transmisión protegida.

Relé de inferencia difusa y procedimiento de protección de corriente diferencial en una línea de transmisión Campo técnico de la invención La invención se refiere a la protección de una línea de transmisión que utiliza mediciones de corriente obtenidas con transductores de medición del tipo transformador de corriente.

La invención también se refiere a sistemas de protección de una línea de transmisión y, más específicamente, a un relé de protección de corriente diferencial y a un procedimiento para líneas de transmisión de energía.

La invención también se refiere a un procedimiento para operar un relé de protección de corriente diferencial eléctricamente acoplado a una zona de protección de una línea de transmisión de energía eléctrica, a procedimientos para proteger una zona de una línea de transmisión que tenga relés de protección de corriente diferencial acoplados a la misma, y a un relé de protección de corriente diferencial.

La zona de protección puede incluir partes de una línea de transmisión que tenga dos extremos terminales.

Técnica anterior

Un sistema de protección de corriente diferencial sólo utiliza la información de los valores de corrientes eléctricas obtenida de la línea protegida. La protección de corriente diferencial requiere una comparación de las corrientes que entran y salen de una zona protegida de la línea. En la figura 1 se representa un ejemplo de un sistema de protección de corriente diferencial de una línea de transmisión eléctrica. Unos relés 2, 4 de protección están situados en cada extremo de una línea protegida 1. Tal sistema puede proporcionar una protección de corriente diferencial de fase segregada. Unos disyuntores 6, 8 y unos transformadores 7, 9 de corriente (CT) están asociados, respectivamente, con los relés 2, 4. Los relés 2, 4 se comunican a través de una línea 10 de comunicación.

El documento US 2007/0070565 da a conocer un relé para la protección de corriente diferencial de al menos una línea de transmisión, que comprende una función de cálculo de las corrientes de secuencia simétricas, que incluyen corrientes de secuencia nula y corrientes de secuencia negativa de las corrientes de cada fase de la línea de transmisión en los extremos local y remoto de la línea de transmisión protegida, y una función de cálculo adicional que emite una señal de desconexión para el control de al menos un disyuntor dispuesto en la línea de transmisión y asociado con el relé.

En operación, cada transformador 7, 9 de corriente mide los valores de la corriente de la línea en cada extremo de la línea protegida 1, y transmite esos valores a su relé asociado. Cada relé 2, 4 transmite esos valores al relé situado en el otro extremo de la línea 1, para cada fase de la línea 1 de transmisión. Así, para cada fase, el relé 2 combinará el valor is de la corriente dado por el transformador 7 de corriente con los valores ir enviados desde el relé remoto, esto es el relé 4, y transmitidos por la línea 10 de comunicación. Cuando aparece un fallo externo (por ejemplo en la línea externa 12) , la suma de los valores de la corriente será cero (is + ir = 0) , mientras que los fallos internos (en la línea protegida 1, entre los relés 2, 4) resultarán en corrientes combinadas no nulas (is + ir ≠ 0) . Adicionalmente, la suma de los valores de las corrientes será igual a cero cuando no haya fallos, ni en la línea externa 12 ni en la línea protegida 1.

Cada relé 2, 4 controla su disyuntor 6, 8 asociado de acuerdo con una función de estabilización en forma de una característica de polarización diferencial apropiada que representa las condiciones de desconexión de los disyuntores 6, 8 asociados con los relés 2, 4. El uso de dicha característica de polarización diferencial evita una desconexión no deseada de la línea por parte de los relés como resultado de una corriente de carga no completamente compensada, errores de los CT, etc. En la figura 2 se muestra una correspondiente característica de polarización diferencial. De acuerdo con esta característica, los criterios de desconexión son:

para |ipolarización|< IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k1 |ipolarización| + IS1;

para |ipolarización| > IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k2 |ipolarización| - (k2-k1) IS2 + IS1;

en donde:

|ipolarización| = 0, 5 (|iS| + |ir|) ;

|idiferencial| = |iS + ir|;

k1 , k2: porcentajes de polarización.

Los valores de Is1, Is2, k1 y k2 se eligen arbitrariamente de acuerdo con las características de la línea a proteger y el tipo de protección deseada.

Aunque en la mayoría de los casos esta disposición de protección estándar es suficiente, aún existen casos en los que la protección puede fallar, especialmente en fallos externos con una saturación severa de los CT debida al 5 deterioro de componentes de CC en corrientes de pérdida con una larga constante de tiempo.

Descripción de la invención Así pues, existe la necesidad de una protección mejorada de las líneas de transmisión con una estabilización mejorada en casos de fallos externos, pero que mantenga la sensibilidad y la velocidad de operación cuando haya fallos internos que requieran una rápida desconexión.

Una realización de la invención propone un relé de protección de corriente diferencial de al menos una línea de transmisión, que comprende al menos:

una primera calculadora de las corrientes simétricas de secuencia, o de los componentes simétricos de secuencia, que incluyen las corrientes i0 de secuencia cero, las corrientes i1 de secuencia positiva y las corrientes i2 de secuencia negativa, de las corrientes de cada fase de la línea de transmisión en los extremos local y remoto de la línea protegida de transmisión;

una segunda calculadora de las diferencias de fase φ12 y φ012 entre las corrientes de combinación i12 ei012 de las corrientes simétricas de secuencia i0, i1 e i2 de cada extremo de la línea de transmisión;

un sistema de inferencia difusa que emite una variable “y” cuyo valor se calcula de acuerdo con los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012;

una tercera calculadora que emite una señal de desconexión para el control de al menos un disyuntor dispuesto en la línea de transmisión y asociado con el relé, calculándose el valor de la señal de desconexión de acuerdo con los valores de la variable “y” y los valores de las corrientes de cada fase de la línea de transmisión en los extremos local y remoto de la línea de transmisión protegida.

Tal protección de corriente diferencial permite mejores rendimientos de desconexión, particularmente en los casos de fallos externos con saturación severa de los CT, cuando la protección de corriente diferencial tradicional puede funcionar mal. Evita la desconexión no deseada de una línea de transmisión sana, que puede poner en peligro la estabilidad del sistema global de electricidad, especialmente cuando la línea protegida está fuertemente cargada.

La protección de corriente diferencial de acuerdo con la invención combina las ventajas de los criterios comparativos de los valores tanto de magnitud como de fase de las corrientes. El valor de la señal de desconexión,

que puede corresponder a una característica de estabilización del relé, se adapta de acuerdo con el valor de salida del sistema de inferencia difusa que aplica lógica difusa a las diferencias de fase de las combinaciones de corrientes de secuencia. Dicha característica de estabilización adaptativa mejora el rendimiento de la protección de corriente diferencial y asegura una mayor robustez, en particular en los casos de fallos externos con saturación de los CT.

Las corrientes de combinación i12 e i012 pueden ser tales que:

i12 =i2 -k1gi1;

i012 = k2pi2 + k1g (i1 + i0) ;

en donde k1g = k2p = 0 cuando la amplitud de corriente de cada fase es superior, o igual, a aproximadamente 1, 5 por unidad en cualquier fase, y en otro caso siendo k1g y k2p números reales distintos a cero.

El sistema de inferencia difusa puede comprender al menos:

-una unidad de fusificación que pueda convertir los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012 en variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) ;

-una unidad de operación de inferencia que pueda ejecutar una operación de inferencia en variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) de acuerdo con una base de reglas difusas y que pueda emitir unos conjuntos 45 difusos finales μ (y) como resultado de dicha operación de inferencia;

-una unidad de defusificación que pueda convertir... [Seguir leyendo]

1. Un relé (100, 100a, 100b) de protección de corriente diferencial de al menos una línea (204) de transmisión, que comprende al menos:

una primera calculadora (110) de las corrientes simétricas de secuencia, que incluyen las corrientes i0 de secuencia cero, las corrientes i1 de secuencia positiva y las corrientes i2 de secuencia negativa, de las corrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión en los extremos local y remoto de la línea (204) de transmisión protegida;

una segunda calculadora (110) de las diferencias de fase φ12 y φ012 entre las corrientes de combinación i12 e i012 de las corrientes simétricas de secuencia i0, i1 e i2 de cada uno de los extremos de la línea (204) de transmisión;

un sistema (112) de inferencia difusa que emite una variable “y” cuyo valor se calcula de acuerdo con los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012;

una tercera calculadora (120) que emite una señal de desconexión para el control de al menos un disyuntor (200.1a, 200.2a, 200.3a, 200.1b, 200.2b, 200.3b) dispuesto en la línea (204) de transmisión y 15 asociado con el relé (100, 100a, 100b) , calculándose el valor de la señal de desconexión de acuerdo con los valores de la variable “y” y los valores de las corrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión en los extremos local y remoto de la línea (204) de transmisión protegida.

2. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual las corrientes de combinación i12 e i012 son tales que:

i12 = i2 -k1gi1;

i012 = k2pi2 + k1g (i1 + i0) ;

en donde k1g = k2p = 0 cuando la amplitud de corriente de cada fase es superior, o igual, a aproximadamente 1, 5 por unidad en cualquier fase, y en otro caso siendo k1g y k2p números reales distintos a cero.

3. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el sistema (112) de 25 inferencia difusa comprende al menos:

-una unidad (114) de fusificación que convierte los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012 en variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) ;

-una unidad (116) de operación de inferencia que ejecuta una operación de inferencia sobre las variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) de acuerdo con una base de reglas difusas y emite unos conjuntos 30 difusos finales μ (y) como resultado de dicha operación de inferencia;

-una unidad (118) de defusificación que convierte los conjuntos difusos finales μ (y) en la variable “y” mediante una operación de defusificación.

4. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la unidad (114) de fusificación convierte la diferencia de fase φ12 en la variable difusa μ (φ12) , de tal modo que:

- cuando el valor de φ12 esté incluido entre 0º y 75º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a 1, y “Alta” con un valor igual a 0;

-cuando el valor de φ12 esté incluido entre 80º y 180º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a 0, y “Alta” con un valor igual a 1;

-cuando el valor de φ12 esté incluido entre 75º y 80º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a

∀12 ! 75 ∀12 ! 75

1! , y “Alta” con un valor igual a . 55

5. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 ó 4, en el cual la unidad (114) de fusificación convierte la diferencia de fase φ012 en la variable difusa μ (φ012) , de tal modo que:

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 0º y 75º, μ (φ012) será “Baja” con un valor igual a 1, y “Alta” con un valor igual a 0;

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 85º y 180º, μ (φ012) será “Baja” con un valor igual a 0, y “Alta” con un valor igual a 1;

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 75º y 85º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a

∀012 ! 75 ∀012 ! 75

1! , y “Alta” con un valor igual a . 10 10

6. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, en el cual la unidad (116) de operación de inferencia ejecuta la operación de inferencia de acuerdo con la siguiente base de reglas difusas: SI φ012 es “Alta” Y φ12 es “Alta” ENTONCES “y” es “L”; SI φ012 es “Baja” Y φ12 es “Alta” O φ012 es “Alta” Y φ12 es “Baja” ENTONCES “y” es “M”; SI φ012 es “Baja” Y φ12 es “Baja” ENTONCES “y” es “H”;

en donde “L”, “M” y “H”, que son simples, corresponden a los valores de salida 0, 1 y 2, respectivamente. 7. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual las funciones lógicas “Y” y “O” de la base de reglas difusas corresponden a los operadores “Producto” y “Máximo” respectivamente.

8. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 7, en el cual la operación de defusificación es un procedimiento de factor de ponderación, expresándose el valor “y” de salida resultante por:

# y ∃# y ∃# y

LLMM HH

y %

# ∃# ∃#

LM H

en donde μL = 1 cuando y = 0, y μL = 0 en otro caso; μM = 1 cuando y = 1, y μM = 0 en otro caso; μH = 1 cuando y = 2, y μL = 0 en otro caso. 9. El relé (100, 100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la tercera

calculadora (120) calcula valores de los porcentajes de polarización k1 y k2 de una característica estabilizada que corresponda con la señal de desconexión, de tal modo que: k1 = 0, 3 + 0, 8y cuando el parámetro “y” es superior a aproximadamente 1, 5, y k1 = 0, 3 en otro caso; k2 = 1, 5 + 1, 6y; siendo las condiciones de desconexión del disyuntor (200.1a, 200.2a, 200.3a, 200.1b, 200.2b, 200.3b) : para |ipolarización| < IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k1 |ipolarización| + IS1;

para |ipolarización| > IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k2 |ipolarización| - (k2-k1) IS2 + IS1; en donde, para cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión: |ipolarización| = 0, 5 (|iS| + |ir|) y

|idiferencial| = |iS + ir|, en donde iS: corriente en el extremo local de la línea (204) de transmisión protegida; ir: corriente en el extremo remoto de la línea (204) de transmisión protegida; IS1, IS2: números reales positivos distintos a cero.

10. Un procedimiento de protección de corriente diferencial de al menos una línea (204) de transmisión, que comprende al menos las etapas de:

-calcular las corrientes simétricas de secuencia, que incluyen las corrientes i0 de secuencia cero, las corrientes i1 de secuencia positiva y las corrientes i2 de secuencia negativa, de las corrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión en los extremos local y remoto de la línea (204) de

transmisión protegida;

-calcular las diferencias de fase φ12 y φ012 entre las corrientes de combinación i12 e i012 de las corrientes simétricas de secuencia i0, i1 e i2 de cada uno de los extremos de la línea (204) de transmisión;

-aplicar un procedimiento de inferencia difusa a las diferencias de fase φ12 y φ012, que emite una variable “y” cuyo valor se calcula de acuerdo con los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012;

- calcular un valor de una señal de desconexión para el control de al menos un disyuntor (200.1a, 200.2a, 200.3a, 200.1b, 200.2b, 200.3b) dispuesto en la línea (204) de transmisión de acuerdo con los valores de la variable “y” y los valores de las corrientes de cada fase (204.1, 204.2, 204.3) en los extremos local y remoto de la línea (204) de transmisión protegida.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual las corrientes de combinación i12 e i012 son 15 tales que:

i12 = i2 -k1gi1;

i012 = k2pi2 + k1g (i1 + i0) ;

en donde k1g = k2p = 0 cuando la amplitud de corriente de cada fase es superior, o igual, a aproximadamente 1, 5 por unidad en cualquier fase, y en otro caso siendo k1g y k2p números reales distintos a cero.

12. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 ó 11, en el cual el procedimiento de inferencia difusa comprende al menos las etapas de:

-una operación de fusificación que convierte los valores de las diferencias de fase φ12 y φ012 en variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) ;

-una operación de inferencia sobre las variables difusas μ (φ12) y μ (φ012) de acuerdo con una base de 25 reglas difusas para emitir unos conjuntos difusos finales μ (y) ;

-una operación de defusificación que convierte los conjuntos difusos finales μ (y) en la variable “y”.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual la operación de fusificación convierte la diferencia de fase φ12 en la variable difusa μ (φ12) , de tal modo que:

-cuando el valor de φ12 esté incluido entre 0º y 75º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a 1, y “Alta” 30 con un valor igual a 0;

-cuando el valor de φ12 esté incluido entre 80º y 180º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a 0, y “Alta” con un valor igual a 1;

-cuando el valor de φ12 esté incluido entre 75º y 80º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a

∀12 ! 75 ∀12 ! 75

1! , y “Alta” con un valor igual a . 55

14. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 ó 13, en el cual la operación de fusificación convierte la diferencia de fase φ012 en la variable difusa μ (φ012) , de tal modo que:

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 0º y 75º, μ (φ012) será “Baja” con un valor igual a 1, y “Alta” con un valor igual a 0;

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 85º y 180º, μ (φ012) será “Baja” con un valor igual a 0, y 40 “Alta” con un valor igual a 1;

-cuando el valor de φ012 esté incluido entre 75º y 85º, μ (φ12) será “Baja” con un valor igual a

∀012 ! 75 ∀012 ! 75

1! , y “Alta” con un valor igual a . 10 10

15. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, en el cual la operación de inferencia se ejecuta de acuerdo con la siguiente base de reglas difusas: SI φ012 es “Alta” Y φ12 es “Alta” ENTONCES “y” es “L”; SI φ012 es “Baja” Y φ12 es “Alta” O φ012 es “Alta” Y φ12 es “Baja” ENTONCES “y” es “M”; SI φ012 es “Baja” Y φ12 es “Baja” ENTONCES “y” es “H”;

en donde “L”, “M” y “H”, que son simples, corresponden a los valores de salida 0, 1 y 2, respectivamente. 16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el cual las funciones lógicas “Y” y “O” de la base de reglas difusas corresponden a los operadores “Producto” y “Máximo” respectivamente.

17. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, en el cual la operación de defusificación es un procedimiento de factor de ponderación, expresándose el valor “y” de salida resultante por:

# y ∃# y ∃# y

LLMM HH

y %

# ∃# ∃#

LM H

en donde μL = 1 cuando y = 0, y μL = 0 en otro caso; μM = 1 cuando y = 1, y μM = 0 en otro caso; μH = 1 cuando y = 2, y μL = 0 en otro caso. 18. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 17, en el cual los valores de los porcentajes

de polarización k1 y k2 de una característica estabilizada, que corresponde con la señal de desconexión, se calculan de tal modo que: k1 = 0, 3 + 0, 8y cuando el parámetro “y” sea superior a aproximadamente 1, 5, y k1 = 0, 3 en otro caso; k2 = 1, 5 + 1, 6y; siendo las condiciones de desconexión del disyuntor (200.1a, 200.2a, 200.3a, 200.1b, 200.2b, 200.3b) : para |ipolarización| < IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k1 |ipolarización| + IS1;

para |ipolarización| > IS2, desconectar cuando |idiferencial| > k2 |ipolarización| - (k2-k1) IS2 + IS1; en donde, para cada fase (204.1, 204.2, 204.3) de la línea (204) de transmisión: |ipolarización| = 0, 5 (|iS| + |ir|) y

|idiferencial| = |iS + ir|, en donde iS: corriente en el extremo local de la línea (204) de transmisión protegida; ir: corriente en el extremo remoto de la línea (204) de transmisión protegida; IS1, IS2: números reales positivos distintos a cero.

19. Un sistema (1000) de protección de corriente diferencial que comprende al menos dos relés (100a, 100b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, estando acoplado cada uno de los mismos a un extremo de una línea (204) de transmisión y enlazados entre sí con un medio de comunicación.