Effect of flexible AC transmission system (FACTS) devices on distance relay performance in a transmission line

Abstract

Güç iletim hatlarındaki sınırlı gelişme ve büyüme temelinde artan talep yüzünden güç sistemi daima büyük bir yük altında çalışmaktadır. Bu nedenle, elektrik enerjisi talebini mümkün olduğunca karşılamak için güç iletim sisteminden tam olarak faydalanmak gerekir. Böylelikle yeni iletim hatları inşa etmek için daha az gereksinim duyulur. FACTS (Esnek AC İletim Sistemleri) teknolojisi iletim hatlarının yanı sıra yeni ve güncellenmiş iletim hatlarından tam olarak faydalanmak için olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte, bu tür aygıtların varlığı, sistemin direncin, voltajların ve hat akımlarının büyük değişiklikleri gibi sorunlardan korunması için ele alınması gereken hat nakliye hatlarıyla ilgilidir.Bu problem daha önce de işlenmiş olup, böylelikle bu çalışmada, mesafe rölesindeki faz elementleri için özellikler olarak Mho mesafe rölesi özelliklerini araştırmış bulunmaktayız. Irak güvenlik sektörü, Irak ulusal şebekesinin 400 kV iletim hatlarındaki tüm mesafe röleleri için bu özelliklerden istifade etmektedir. Mesafe rölesi performansı, kesinliğin elde edilmesi ve işletim süresi kapsamında açıklanmıştır. Kesinliği elde edilmesi, mesafe rölesi ayar empedansı ile pratik şartlar kapsamında rölenin hatalı bir empedans erişiminin mukayesesidir. Bu tez, iki farklı FACT cihazının sisteme başlıca etkisini belirlemek için uygulanan detaylı çalışmanın sonuçlarını ortaya koymaktadır, Statik eş zamanlı kompansatör (STATCOM) ve birleştirilmiş güç akım denetleyici(UPFC) koruma mühendislerinin tasarlama ve koruma sistemleri işletimi aşamalarını göz önünde bulunduracağı önemli sorunları fark edebilmek için mesafe koruma rölesi sistemidir.Simülasyon çalışmaları MATLAB/SIMULINK kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlk önce mesafe rölesi , literatürdeki test sistemleri kullanılarak FACTS araç modelleri ile modellendirilmiş ve doğrulanmıştır. Ardından mesafe rölesi performansı analiz edilmiş, ve çeşitli arıza ve yükleme koşullarının FACTS cihazları ile etkileri analiz edilmiştir. Genellikle koruma röle ile ortaya çıkan görünür empedans FACTS cihazları olmayan bir sistemindekinden farklı olacağı gösterebilmektedir. Röle sırasının bozulmasına neden olabilir, arıza boyunca güç sistemini korumak için güvenilmez bir işletim ile sonuçlanmasına neden olmaktadır. Buna ek olarak, sonuçlar mesafe rölesi işletiminin birçok tasarım ve işletim faktörlerine bağlılığını açıkça ortaya koymaktadır. Bunlar, FACTS cihaz çeşidini ve amacını, FACTS cihaz bağlantı noktası veya konumunu, arıza çeşidini ve hat ve güç akımı boyunca arıza nokta konumunu da kapsamaktadır.

Based on the limited expansion and development of power transmission networks, the power system continuously works under a large load due to increase of the demand. It is therefore necessary to make full use of the power transmission system to meet the demand for electrical power as much as possible, hence, less need to build new transmission lines. The technology of FACTS (Flexible AC Transmission Systems) provides a way to take full advantage of transmission lines as well as new and updated transmission lines. However, the presence of such devices is associated with transmission line leads to changes that need to be addressed in order to protect the system from issues such as large changes of resistance, voltages and line currents.This problem have been handled previously, so in this work we investigated Mho distance relay characteristics have been selected as characteristics for the phase element in the distance relay. The Iraqi protection sector uses these characteristics for all distance relays in the 400kV transmission lines of the Iraqi national grid.' Distance relay performance is defined in terms of reach accuracy and operating time. Reach accuracy is a comparison of the fault impedance reach of the relay under practical conditions with the distance relay setting impedance'. In this study we investigated the impact of mainly two FACTS devices: The Static Synchronous Compensator (STATCOM) and the Unified Power Flow Controller (UPFC) on the distance protection relaying system so as to recognize the important problems that protection engineers need to consider during the stages of design and operation of protection systems.Simulation studies are carried out using MATLAB/SIMULINK. First, the distance relay has been modeled and validated with FACTS device models using test systems from the literature. Then, the distance relay performance is analyzed and the effects of various fault and loading conditions with FACTS devices are analyzed. Generally, the results show that the apparent impedance seen by a protection relay would vary from that of a system without FACTS devices. This may cause the relay sequence to be disrupted, resulting in an unreliable operation to protect the power system during faults. Furthermore, the results show clearly the dependency of the distance relay operation on many design and operational factors. These include the FACTS device type and its purpose, the FACTS device connection point or location, the fault type and fault point location along the line and the power flow.