Ключові слова
автоматизовані системи керування технічним процесом
захист підстанцій
підвищення надійності систем електропостачання
перехідні процеси
алгоритми адаптації
інтелектуальні мережі
Як цитувати
Анотація
У статті представлено нову концепцію проектування централізованої багатоканальної системи управління середньовольтовими розподільними пристроями, основна інновація якої полягає в інтеграції алгоритмів первинної та резервної релейної захисту в обчислювальну інфраструктуру підстанції, а саме в резервний або дублюючий серверний блок, відомий як Front-End Controller. Ця архітектура спрямована на підвищення економічної ефективності та практичної експлуатації рішень з релейного захисту та автоматизації для енергетичних компаній та операторів електромереж. Запропонований підхід особливо застосовний до найпоширеніших типів розподільних мереж середньої напруги, а також до систем електропостачання на промислових підприємствах. Завдяки переміщенню логіки захисту з розподілених апаратних реле до центрального обчислювального вузла, система забезпечує більш гнучке впровадження сучасних адаптивних алгоритмів релейного захисту та автоматизації, що полегшує їх інтеграцію в сучасну енергетичну інфраструктуру. Крім того, це рішення сприяє впровадженню технологій, що відповідають стандарту IEC 61850, забезпечуючи взаємодію та стандартизацію між системами автоматизації. У статті наведено детальну оцінку надійності та експлуатаційних характеристик запропонованої централізованої системи релейного захисту та автоматизації, яка призначена для виконання всіх основних функцій захисту середньовольтних розподільних пристроїв, включаючи захист ліній та шин. Крім того, в роботі описано архітектуру системи управління, охарактеризовано її основні компоненти та оцінено продуктивність центрального контролера. Показано, що обчислювальні вимоги такого контролера для типової розподільної підстанції середньої напруги залишаються в межах діапазону продуктивності сучасних контролерів, сумісних з SCADA, що постачаються провідними виробниками автоматики в електроенергетичному секторі. Результати підкреслюють доцільність переходу до централізованих архітектур захисту без шкоди для функціональної цілісності або швидкості реагування системи.
Посилання
S. Shevchenko, V. Tsiupa, D. Danylchenko, and A. Potryvai, “Possibility of building a data-driven modern power systems”, Scientific Papers of Donetsk National Technical University. Series: Electrical and Power Engineering, no. 2(27), pp. 5–9, Nov. 2022, doi: https://doi.org/10.31474/2074-2630-2022-2-5-9
Communication Networks and Systems for Power Utility Automation. Part 5: Communication Requirements for Functions and Device Models (IEC 61850- 5:2013IDT), DSTU IEC 61850- 5:2019Tekhnichnyi komitet standartyzatsii «Keruvannia enerhetychnymy systemamy ta poviazani z nym protsesy informatsiinoi vzaiemodii» (TK 162) [Technical Committee for Standardisation “Energy Systems Management and Related Information Interaction Processes” (TC 162)]. (in Ukrainian)
D. Danylchenko, A. Potryvai, and V. Tsiupa, “Implementation of digital remote line protection in Java language”, in 2023 IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine, Sep. 27–30, 2023. IEEE, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/mees61502.2023.10402459
M. Loukkalahti, K. Majer, and J. Valtari, “Experiences on the Kalasatama Digital Substation”, in Protection, Automation&Control World Confeerence 2024 (PACW 2024), Athens, Greece, Jun. 17–20, 2024.
V. Liubčuk, V. Radziukynas, G. Kairaitis, and D. Naujokaitis, “Power quality impact and its assessment: A review and A survey of lithuanian industrial companies”, Inventions, vol. 10, no. 2, Apr. 2025, Art. no. 30, doi: https://doi.org/10.3390/inventions10020030
Z. Yao, D. Li, Z. Li, P. Zhou, and L. Li, “Relay protection mirror operation technology based on digital twin”, Protection and Control of Modern Power Systems, vol. 8, no. 1, Oct. 2023, Art. no. 51, doi: https://doi.org/10.1186/s41601-023-00328-4
S. M. Radimov and V. P. Plis, “Relay protection devices functionality comparative analysis”, Herald of Advanced Information Technology, vol. 6, no. 3, pp. 227–239, Oct. 2023, doi: https://doi.org/10.15276/hait.06.2023.15
D. Danylchenko and A. Potryvai, “System for dynamic prediction of the technical condition of the equipment of a combined electric power system”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (6), pp. 16–21, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.10 (in Ukrainian)
M. F. B. Hamdan, W. U. Bt Wan Nowalid, M. T. B. Iskandar, A. F. B. M. Kamal, M. F. B. A. Rahman, and F. B. Shafe'i, “Digitalization of protection relay management”, in 2022 IEEE International Conference on Power and Energy (PECon), Langkawi, Kedah, Malaysia, Dec. 5–6, 2022. IEEE, 2022, pp. 95–98, doi: https://doi.org/10.1109/pecon54459.2022.9988859
V. Cherkashyna and V. Tsyupa, “Analysis of differential relay protection algorithms and their modelling in MATLAB”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (6), pp. 113–118, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.13 (in Ukrainian)
M. F. Elrawy, L. Hadjidemetriou, C. Laoudias, and M. K. Michael, “Modelling and analysing security threats targeting protective relay operations in digital substations”, in 2023 IEEE International Conference on Cyber Security and Resilience (CSR), Venice, Italy, Jul. 31–Aug. 2, 2023. IEEE, 2023, pp. 523–529, doi: https://doi.org/10.1109/csr57506.2023.10224964
D. Danylchenko, V. Tsiupa, and V. Mylko, “Digital implementation of relay protection algorithms. Transformer differential protection”, in 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 2–6, 2023. IEEE, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek61412.2023.10312912
M. V. Petrovskyi, I. O. Kramskyi, I. M. Diahovchenko, S. M. Lebedka, and I. I. Borzenkov, “Development of complex relay protection models in the MATLAB software”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (6), pp. 58–64, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.05 (in Ukrainian)
D. Danylchenko, A. Potryvai, and M. Mazur, “System for prediction of the technical condition of electric power equipment”, in 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 2–6, 2023. IEEE, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek61412.2023.10312919
A. Presekal, V. S. Rajkumar, A. Ştefanov, K. Pan, and P. Palensky, “Cyberattacks on power systems”, in Smart Cyber‐Physical Power Systems, vol. 1, Fundamental Concepts, Challenges, and Solutions. Wiley-IEEE Press, 2025, pp. 365–403.
M. V. Petrovskyi, I. O. Kramskyi, I. M. Diahovchenko, S. M. Lebedka, and I. I. Borzenkov, “Development of models of current relays and power direction relays in the MATLAB software”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (6), pp. 51–57, Jul. 2023, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.01.04 (in Ukrainian)
Q. Li, Y. Zhang, Z. Zhang, and Z. Li, “Operation monitoring platform of relay protection equipment at distribution network side under the background of new power system”, Energy Informatics, vol. 7, no. 1, Dec. 2024, Art. no. 145, doi: https://doi.org/10.1186/s42162-024-00440-1
V. V. Volokhin, M. V. Petrovskyi, S. Yu. Shevchenko, O. O. Ivanov, and O. I. Ihnatova, “Modeliuvannia napriamlenoho dystantsiinoho zakhystu linii elektroperedach v prohramnomu kompleksi PSCADEMTDC [Modelling of directional remote protection of power lines in the PSCADEMTDC software package]”, Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 3 (1175), pp. 36–42, 2016. (in Ukrainian)
F. Abilzhanova, F. Bulatbaev, and A. Kuanyshtaeva, “Development of a method for reliability assessment of distribution power networks up to 110 kV”, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 1, no. 8 (133), pp. 15–23, Feb. 2025, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.322920
M. M. Roomi, S. M. S. Hussain, D. Mashima, C. Chang, and T. S. Ustun, “Analysis of false data injection attacks against automated control for parallel generators in IEC 61850-based smart grid systems”, IEEE Systems Journal, vol. 17, no. 3, pp. 4603–4614, Feb. 2023, doi: https://doi.org/10.1109/jsyst.2023.3236951
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Дмитро Олексійович Данильченко, Владислав Миколайович Цюпа