INNOVATIVE NUMERICAL PROTECTION RELAY DESIGN ON THE BASIS OF SAMPLED MEASURED VALUES FOR SMART GRIDS
CONCEPTION DE RELAIS DE PROTECTION NUMERIQUE INNOVANTS A BASE D'ECHANTILLONS HORODATES POUR LES RESEAUX INTELLIGENTS
Résumé
With the Smart Grid paradigm, protection engineers now have available to them a large
range of new communication technologies. Among them, IEC Standard 61850-9-2 has introduced the
process bus concept which permits sending of absolute time-stamped digitized analogue values from
the instrument transformers of the field to numerical relays. The latter can incorporate the phasor
measurement unit function which can be used for exchanging synchrophasors between protection
functions and for new anti-islanding protection. Frequency and rate-of-change-of-frequency relays are,
nowadays, the most commonly employed anti-islanding methods but their performance is not
satisfactory. In this context, a new generation of signal processing techniques for protection relays
having time-stamped digitized analogue values as input signal with synchrophasors measurement
capability is required. This thesis first studies the impact of sampled measured values on the signal
processing. Three solutions are then proposed to compute phasor, frequency and rate-of-change-offrequency
estimates under various static and dynamic conditions, and tested via simulation. Finally, a
synchronized phasor measurement algorithm incorporated into the initial signal processing is
proposed. This algorithm has been tested following the latest version of the phasor measurement unit
standard and the results obtained comply with the measurement requirements
Avec le paradigme réseau intelligent, les ingénieurs de protection ont maintenant à leur
disposition une large gamme de nouvelles technologies de communication. Parmi elles, la norme CEI
61850-9-2 a introduit le concept de bus de procédé qui permet l'envoi de valeurs échantillonnées
horodatées à un temps absolu depuis les transformateurs de mesure du terrain jusqu’aux relais de
protection numériques. Ces derniers peuvent intégrer la fonction d'unité de mesure de phaseur qui peut
être utilisé pour échanger des synchrophaseurs entre les fonctions de protection et pour une nouvelle
protection anti-îlotage. Les relais de fréquence et de dérivée de fréquence sont, de nos jours, les
méthodes anti-îlotage les plus couramment employées, mais leurs performances ne sont pas
satisfaisantes. Dans ce contexte, une nouvelle génération de techniques de traitement du signal pour
les relais de protection ayant des échantillons horodatées comme signal d'entrée et intégrant la mesure
de synchrophaseurs est nécessaire. Cette thèse étudie d'abord l'impact des valeurs échantillonnées sur
le traitement du signal. Trois solutions sont ensuite proposées pour calculer les phaseurs, les
fréquences et les dérivées de fréquence dans diverses conditions statiques et dynamiques, puis testées
par simulation. Enfin, un algorithme de mesure de synchrophaseurs incorporé dans le traitement de
signal initial est proposé. Cet algorithme a été testé par simulation selon la dernière version de la
norme d'unité de mesure de phaseur et les résultats obtenus sont conformes aux exigences de mesure.
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