Розробка моделі для оцінки надійності систем релейного захисту на основі нечіткої логіки

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.310549

Ключові слова:

RPA, SIPROTEC, SIEMENS, JSC, LCD, нечітка логіка, модель Мамдані

Анотація

У цій статті наведено модель оцінки надійності пристроїв релейного захисту з використанням нечіткої логіки. Вона представляє алгоритм для моделювання цих пристроїв, використовуючи модель Мамдані з базою правил «якщо-тоді». Вхідні дані включають відсоток правильних операцій і частоту правильних і неправильних операцій. Реалізована в Matlab за допомогою 21 правила, модель нечіткої логіки використовує трикутні функції належності для вхідних і вихідних змінних із дефазифікацією за допомогою методу центру ваги. Модель була перевірена з використанням статистичних даних з терміналів SIEMENS SIPROTEC, зокрема пристроїв дистанційного захисту та диференційного захисту для трансформаторів і автотрансформаторів. Оцінка враховує робочі частоти від 1 до 3 пристроїв, поєднуючи статистичні дані та дані моделювання для комплексного аналізу. Результати показують, що включення робочих частот підвищує точність оцінювання. Запропонована модель не тільки оцінює поточну надійність, але й прогнозує поведінку в майбутньому, допомагаючи в плануванні та оптимізації систем релейного захисту. Ця модель є цінною для професіоналів у генеруючих компаніях, мережевих організаціях та органах оперативного диспетчерського керування, допомагаючи їм аналізувати ефективність релейного захисту та розробляти стратегії для забезпечення надійної роботи.

Дослідження зосереджено на надійності пристроїв релейного захисту в енергетичних системах, розглядаючи потребу в більш точному та комплексному методі оцінки. Традиційні методи можуть не повністю врахувати складності сучасних засобів захисту на основі мікропроцесора. Це дослідження спрямоване на покращення оцінки надійності за допомогою моделі, яка об’єднує статистичні дані та методи моделювання, що в кінцевому підсумку підтримує краще планування та оптимізацію систем релейного захисту

Біографії авторів

Aigul Uakhitova, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Candidate of Technical Sciences

Department of Power Supply

Gulmira Yerbolkyzy, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Master of Technical Sciences

Department of Power Supply

Galina Tatkeyeva, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctor of Technical Sciences

Department of Power Supply

Посилання

  1. Gurevich, V. (2009). Reliability of microprocessor-based relay protection devices: Myths and reality. Serbian Journal of Electrical Engineering, 6 (1), 167–186. https://doi.org/10.2298/sjee0901167g
  2. Bkhaitawi, A. H. Z., Abdoos, A. A., Ebadi, A. (2022). Presenting an Adaptive Restraint Method to Improve Performance of Ground Differential Protection of Power Transformer. International Journal of Engineering, 35 (11), 2213–2219. https://doi.org/10.5829/ije.2022.35.11b.16
  3. Ataei, M. A., Gitizadeh, M., Lehtonen, M., Razavi‐Far, R. (2021). Multi‐agent based protection scheme using current‐only directional overcurrent relays for looped/meshed distribution systems. IET Generation, Transmission & Distribution, 16 (8), 1567–1581. https://doi.org/10.1049/gtd2.12234
  4. Gao, H., Shi, Z., Wu, F., Yu, J., Xu, Q., He, H., Huang, Z. (2022). Network attacks identification method of relay protection devices communication system based on Fp-Growth algorithm. 2022 IEEE Sustainable Power and Energy Conference (ISPEC). https://doi.org/10.1109/ispec54162.2022.10033041
  5. Ying, L., Jia, Y., Li, W. (2020). Research on state evaluation and risk assessment for relay protection system based on machine learning algorithm. IET Generation, Transmission & Distribution, 14 (18), 3619–3629. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2018.6552
  6. Akhmedova, O., Soshinov, A., Gazizov, F., Ilyashenko, S. (2021). Development of an Intelligent System for Distance Relay Protection with Adaptive Algorithms for Determining the Operation Setpoints. Energies, 14 (4), 973. https://doi.org/10.3390/en14040973
  7. Yerbolkyzy, G., Tatkeyeva, G., Uakhitova, A. (2022). Reliability assessment of fuzzy logic based protective relay and automation device. International Scientific And Practical Conference “Energy, Ecology and Technology in Agriculture” (EEA2022). https://doi.org/10.1063/5.0128351
  8. Informatsiya o rezul'tatah funktsionirovaniya ustroystv RZA v EES Rossii v 2022 godu. Available at: https://www.so-ups.ru/functioning/tech-base/rza/rza-account-analys/rza-results-info/2022/
  9. Shalin, A. I. (2002). Reliability and diagnostics of relay protection of power systems. Novosibirsk: NSTU production, 384.
  10. Gurevich, V. (2017). Protection of Substation Critical Equipment Against Intentional Electromagnetic Threats. John Wiley & Sons Ltd. https://doi.org/10.1002/9781119271444
  11. Naumov, I. V., Polkovskaya, M. N. (2021). On the Rural Electric Networks Reliability Level Issue. Journal of Physics: Conference Series, 2096 (1), 012180. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2096/1/012180
  12. Polkovskaya, M. N., Yakupova, M. A. (2021). Analysis of the Causes of Emergency Shutdowns on Electric Networks. Journal of Physics: Conference Series, 2096 (1), 012130. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2096/1/012130
  13. Li, S., Hua, Y. (2016). Short‐term reliability evaluation of protection systems in smart substations based on equivalent state spaces following semi‐Markov process. IET Generation, Transmission & Distribution, 10 (9), 2225–2230. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2015.1436
  14. Fuzzy Logic Toolbox™ User's Guide. MathWorks Inc. Available at: https://person.dibris.unige.it/masulli-francesco/lectures/ML-CI/lectures/MATLAB%20fuzzy%20toolbox.pdf
  15. Goh, Y. L., Ramasamy, A. K., Nagi, F. H., Abidin, A. A. Z. (2011). Digital Signal Processor Based Over-current Relay Using Fuzzy Logic Controller. Electric Power Components and Systems, 39 (13), 1437–1451. https://doi.org/10.1080/15325008.2011.584111
  16. Sampaio, F. C., Tofoli, F. L., Melo, L. S., Barroso, G. C., Sampaio, R. F., Leão, R. P. S. (2022). Adaptive fuzzy directional bat algorithm for the optimal coordination of protection systems based on directional overcurrent relays. Electric Power Systems Research, 211, 108619. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2022.108619
  17. Yadav, A., Swetapadma, A. (2015). Enhancing the performance of transmission line directional relaying, fault classification and fault location schemes using fuzzy inference system. IET Generation, Transmission & Distribution, 9 (6), 580–591. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2014.0498
  18. Zheng, T., Wang, Y., Ma, J., Tang, Z., Li, H. (2020). Fuzzy logic based novel directional relay using positive-sequence fault component for line equipped with unified power flow controller. Autom. Electr. Power Syst. 44 (17), 145–152 (2020). https://doi.org/10.7500/AEPS20200123003
  19. Sahu, S. K., Yadav, A. (2018). Fuzzy Logic Based Protective Relaying Scheme for IEEE-39 Bus Transmission System. 2018 2nd International Conference on Power, Energy and Environment: Towards Smart Technology (ICEPE). https://doi.org/10.1109/epetsg.2018.8658630
  20. Andrade-Benavides, D., Vallejo-Huanga, D., Morillo, P. (2022). Fuzzy Logic Model for Failure Analysis in Electric Power Distribution Systems. Procedia Computer Science, 204, 497–504. https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.08.061
  21. Platonova, E. V., Panteleev, V. I., Chistyakov, G. N., Mainagashev, A. V., Kochetkov, V. P. (2018). Prediction of improper operation of microprocessor relay protection devices during geomagnetic storms. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 450, 072013. https://doi.org/10.1088/1757-899x/450/7/072013
  22. Ansabekova, G., Sarsikeyev, Y., Abdimuratov, Z., Appakov, N., Kaliyev, Z., Umurzakova, A. et al. (2024). Development of intelligent protection and automation control systems using fuzzy logic elements. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 14 (1), 556. https://doi.org/10.11591/ijece.v14i1.pp556-565
  23. Momesso, A. E. C., Bernardes, W. M. S., Asada, E. N. (2018). Fuzzy-based Non-communicating Adaptive Overcurrent Relay. IFAC-PapersOnLine, 51 (28), 315–320. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.11.721
  24. Alasali, F., Saad, S. M., Saidi, A. S., Itradat, A., Holderbaum, W., El-Naily, N., Elkuwafi, F. F. (2023). Powering up microgrids: A comprehensive review of innovative and intelligent protection approaches for enhanced reliability. Energy Reports, 10, 1899–1924. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.08.068
  25. Alasali, F., El-Naily, N., Saidi, A. S., Itradat, A., Saad, S. M., Holderbaum, W. (2023). An advanced dual-setting protection scheme for microgrid resilience based on nonstandard tripping characteristics of overcurrent relays. Electric Power Systems Research, 225, 109869. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.109869
  26. Samonto, S., Kar, S., Pal, S., Sekh, A. A. (2020). Fuzzy logic based multistage relaying model for cascaded intelligent fault protection scheme. Electric Power Systems Research, 184, 106341. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106341
  27. Samonto, S., Kar, S., Pal, S., Atan, O., Sekh, A. A. (2021). Fuzzy logic controller aided expert relaying mechanism system. Journal of the Franklin Institute, 358 (15), 7447–7467. https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2021.07.035
  28. Chang, C.-K., Elmashtoly, A. M. (2022). Protection Coordination Index Assessment Using Fuzzy Logic Controller. Energies, 15 (4), 1377. https://doi.org/10.3390/en15041377
  29. Kumari, R., Naick, B. K. (2024). Enhancing protection in AC microgrids: An adaptive approach with ANN and ANFIS models. Computers and Electrical Engineering, 115, 109103. https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2024.109103
  30. GOST R 56865-2016. Unified energy system and isolated energy systems. Operational dispatch control. Relay protection and automation. Technical accounting and analysis of functioning.
  31. The system operator presented the results of relay protection and automation devices operation in the UES of Russia for the first half of 2022. Available at: http://energo-cis.ru/ennews/the_system_operator_presented/
  32. Voloshin, A. A., Nukhulov, S. M. (2022). Development of a Technique for Automated Testing of Digital Protection and Automatic Control System of Substation. 2022 5th International Youth Scientific and Technical Conference on Relay Protection and Automation (RPA). https://doi.org/10.1109/rpa57581.2022.9951128
  33. Uakhitova, A. B. (2022). Electricity Consumption Forecast Based on Neural Networks. Mathematical Models and Computer Simulations, 14 (5), 863–874. https://doi.org/10.1134/s2070048222050167
  34. Wang, F., Xiao, J., Feng, J., Xiong, F., Huang, L., Xu, H. (2019). State Assessment of Relay Protection Device Based on Defect Information. 2019 IEEE 3rd Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2). https://doi.org/10.1109/ei247390.2019.9062256
  35. Kuzhekov, S. L., Okley, P. I., Nudel’man, G. S. (2010). An analysis of relay protection requirements for the purpose of estimating its effectiveness. Power Technology and Engineering, 44 (2), 159–164. https://doi.org/10.1007/s10749-010-0158-4
  36. Gurevich, V. (2010). Problems with evaluation of the reliability of relay protection. Electrotech. Complexes and Control Systems, 3, 56–59. Available at: https://www.researchgate.net/publication/228388021_PROBLEMS_WITH_EVALUATION_OF_THE_RELIABILITY_OF_RELAY_PROTECTION
  37. Network Protection & Automation Guide (2002). ALSTOM.
  38. Guidelines for Accounting and Evaluation of the Operation of Relay Protection and Automation of the Unified Energy System of Russia. Standard of OJSC "System Operator of the Unified Energy System" (2011). Moscow.
  39. Fuzzy Sets (2007). Fuzzy Logic for Business, Finance, and Management, 1–36. https://doi.org/10.1142/9789812770622_0001
  40. Ahmetovic, H., Saric, M., Hivziefendic, J. (2021). Reliability Based Power Distribution Network Planning Using Fuzzy Logic. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 19 (2). https://doi.org/10.15598/aeee.v19i2.4011
  41. Gani, A. N., Assarudeen, S. N. M. (2012). A new operation on triangular fuzzy number for solving fuzzy linear programming problem. Applied Mathematical Sciences, 6 (11), 525–532. https://doi.org/10.13140/2.1.3405.8881
  42. Ram, M., Chandna, R. (2013). Fuzzy system availability analysis with different membership functions of system failure mode. Probl. Mech. Eng. Autom., 1, 44–50.
  43. Recent Developments and the New Direction in Soft-Computing Foundations and Applications (2018). Studies in Fuzziness and Soft Computing. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-75408-6
  44. Sivanandam, S. N., Sumathi, S., Deepa, S. N. (2007). Introduction to Fuzzy Logic using MATLAB. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-35781-0
  45. Li, J.-H. (2010). Fuzzy PD type control of magnetic levitation system. 2010 5th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. https://doi.org/10.1109/iciea.2010.5515445
  46. Piegat, A. (2013). Fuzzy modeling and control. Physica Heidelberg, 728. https://doi.org/10.1007/978-3-7908-1824-6
  47. Gibadullin, A., Morkovkin, D., Shmanev, S., Ilminskaya, S. (2020). Ensuring a balance of production and consumption of electric energy in order to preserve the environment. E3S Web of Conferences, 175, 14011. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017514011
Розробка моделі для оцінки надійності систем релейного захисту на основі нечіткої логіки

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-30

Як цитувати

Uakhitova, A., Yerbolkyzy, G., & Tatkeyeva, G. (2024). Розробка моделі для оцінки надійності систем релейного захисту на основі нечіткої логіки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(2 (130), 67–77. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.310549

Номер

Том 4 № 2 (130) (2024): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Aigul Uakhitova, Gulmira Yerbolkyzy, Galina Tatkeyeva

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.