Coordination of distance and overcurrent relays using a mathematical optimization technique

• Main Author: Angel Esteban Labrador Rivas
• Other Authors: Luis Alfonso Gallego Pareja .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Tecnologia e Urbanismo. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. 2018
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000218372

A proteção da rede de transmissão tem um papel importante nos sistemas de energia. Para melhorar a proteção é comum combinar diferentes tipos de relés; a combinação de relés de sobrecorrente e distância é um esquema bem conhecido. A lenta velocidade operacional do relé de sobrecorrente força a aplicação do relé de distância como o dispositivo de proteção principal. Os relés de sobrecorrente são usados como proteção de retaguarda tendo o esquema de distância como principal. Para atingir esse objetivo, a coordenação entre os sistemas de proteção primária e de retaguarda deve ser realizada desenvolvendo uma função objetivo com ambos parâmetros. Velocidade, seletividade e estabilidade são restrições, que devem ser satisfeitas através da coordenação. A coordenação do problema de relés direcionais de sobrecorrente (DOCRs) é um problema de programação não linear (NLP), geralmente resolvido com uma técnica de programação linear (LP) apenas considerando a configuração de tempo de atraso (TDS) como uma variável de decisão, sem lidar com o problema não-linear de configuração da corrente de partida (PS), ou com a resolução do componente PS usando uma técnica heurística. Um método meta-heurístico apresentado para resolver o problema de otimização é o algoritmo de otimização de colônias de formigas (ACO). O ACO empregado é uma extensão do algoritmo ACO para problemas de otimização de domínio contínuo implementados para problemas de otimização de variáveis mistas, condensados em dois tipos de variáveis tanto contínuas como categóricas. Neste trabalho, tanto o TDS como o PS são variáveis de decisão, o TDS é considerado contínuo e o PS categórico. Normalmente, a solução inicial é gerada aleatoriamente, além disso, esses resultados são comparados usando os mesmos valores aleatórios PS para resolver um relaxamento do problema DOCR com LP para obter novos valores TDS. A inclusão de relés de distância na formulação adicionará uma variável de tipo contínuo, mas com características lineares (constantes) que não alteram a formulação de DOCR para este problema de PNL. Para esta metodologia, cinco sistemas de transmissão (3, 6, 8, 9 e 15 Barras) foram avaliados para comparar a coordenação DOCR clássica, a introdução dos relés de distância e a resposta do modelo a soluções iniciais de alta qualidade junto a uma metodologia hibrida utilizando LP. === Protection of power transmission has an important role in power systems. To improve protection is common to combine different types of relays, which combination of overcurrent and distance relays is a well-known protection scheme. A slow operational speed of overcurrent relay forces application of distance relay as the main protection device. Overcurrent relays are used as backup protection to main distance protection system. To achieve this aim, coordination between primary and backup protection systems should be performed developing an objective function with both parameters. Speed, selectivity, and stability are constraints, which must be satisfied by performing coordination. The coordination of directional overcurrent relays (DOCRs) problem is a nonlinear programming problem (NLP), usually solved with a linear programming technique (LP) only considering the time dial setting (TDS) as a decision variable, without dealing with the non-linear problem of plug setting (PS), or solving the PS component using a heuristic technique. A metaheuristic algorithm method presented to solve the optimization problem is an ant colony optimization (ACO) algorithm. The ACO used is an extension of the ACO algorithm for continuous domain optimization problems implemented to mixed variable optimization problems, condensed in two types of variables both continuous and categorical. In this work, both TDS and PS are decision variables, TDS is considered continuous and PS categorical. Normally, the initial solution is random generated, in addition, those results are compared by using the same random PS values for solving a relaxation of the DOCRs problem with LP to obtain new TDS values. Including distance relays in the formulation will add an additional variable continuous type, but with linear (barely constant) characteristics making no changes in DOCRs formulation for this NLP problem. For this methodology, five transmission systems (3, 6, 8, 9, and 15 Bus accordingly) were evaluated to compare classical DOCR coordination, distance relays introduction and model response to high-quality initial solutions within a hybrid method using LP.