Algoritmo adaptativo para la coordinación de protecciones de distancia y sobrecorriente de respaldo que considere cambios de topología de un sistema eléctrico de potencia

Abstract

Hoy en día, los operadores de redes eléctricas han aumentado la capacidad de transferencia de energía eléctrica de los sistemas de potencia para satisfacer el continuo crecimiento de la demanda de energía de los usuarios finales. Por lo tanto, la complejidad para coordinar las protecciones eléctricas utilizadas para preservar los elementos en una red eléctrica ha aumentado. Además, cuando la configuración cambia, el ajuste inicial de la protección eléctrica falla y se requieren nuevas modificaciones para funcionar correctamente. Por lo tanto, este trabajo presenta un algoritmo adaptativo para la coordinación de un esquema de protección que involucra relés de distancia principal y sobrecorriente direccionales de respaldo. Inicialmente, el algoritmo detecta cualquier cambio de topología y define la nueva configuración de la red eléctrica. Luego, se procede a calcular la coordinación del esquema de protección, con base en un método de optimización heurístico que computa los nuevos parámetros para el relé de protección. El algoritmo se validó en el sistema eléctrico del caso de prueba IEEE14 y en el área Atlántico de la red eléctrica colombiana. En ambos casos, se informan los valores del parámetro utilizado para los relés de protección, verificando las restricciones para garantizar la selectividad en el funcionamiento de los relés principal y de respaldo. Posteriormente, se realiza un análisis de los resultados, destacando algunas características de las redes eléctricas implementadas que tienen un efecto directo en la respuesta del método de optimización. Además, este método se puede implementar para aplicaciones en línea en un sistema de potencia real.

Nowadays, operators of electrical networks have increased the electric power transfer capability of power systems to supply the continuous growing in power demand of end users. Therefore, the complexity to coordinate the electric protections used to preserve the elements in a power grid has increased. Besides, when the configuration changes the initial adjustment of electrical protection fails and new modifications are required to work properly. Thus, this work presents an adaptive algorithm for the coordination of a protection scheme that involves main distance and backup directional overcurrent relays. Initially, the algorithm detects any topology change and defines the new configuration of the electrical network. Then, it proceeds to calculate the protection scheme coordination, based on a heuristic optimization method that compute the new parameters for the protection relays. The algorithm was validated in the IEEE 14 power system test case and the Atlántico area of the Colombian electrical power grid. In both cases, the values of the parameter used for the protection relays are reported, verifying the constraints to guarantee the selectivity in the operation of the main and backup relays. Subsequently, an analysis about the results is performed, highlighting some characteristics of the implemented electric networks that have direct effect in the response of the optimization method. Additionally, this method can be implemented for online applications in a real power system.