Sistema de protección de relés de sobrecorriente direccional implementando un sistema de 8 buses utilizando DigSilent PowerFactory
Este trabajo describe el desarrollo y la validación de una plataforma automatizada, basada en Python y DigSilent PowerFactory, para la coordinación de relés de sobrecorriente direccional (DOCR) en sistemas eléctricos de potencia. La propuesta integra la metodología estadística de De Oliveira-De Jesú...
- Autores:
-
Jaimes Puerto, Santiago Alejandro
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/75778
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/1992/75778
- Palabra clave:
- Protection coordination
Directional overcurrent relay (DOCR)
Typhoon HIL
DigSilent PowerFactory
IEC 60255
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Elasticidad
Selectividad
Sensibilidad
Velocidad
Ingeniería
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De Oliveira De Jesus, Paulo Manuel |
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Este trabajo describe el desarrollo y la validación de una plataforma automatizada, basada en Python y DigSilent PowerFactory, para la coordinación de relés de sobrecorriente direccional (DOCR) en sistemas eléctricos de potencia. La propuesta integra la metodología estadística de De Oliveira-De Jesús y Sorrentino (2022), abarcando tanto fallas trifásicas como monofásicas en el sistema IEEE de 8 barras, con el fin de analizar sensibilidad, selectividad y velocidad de respuesta. De igual modo, se aborda la problemática asociada al uso de buses infinitos para simplificar el modelado de generadores, asegurando la coherencia de las corrientes de falla y evitando las complejidades de la dinámica de máquinas. En primera instancia, se explican los fundamentos de los relés DOCR y la justificación del reemplazo de generadores por buses infinitos. A continuación, se describe el procedimiento de coordinación, el cual combina un muestreo estadístico de ubicaciones de falla (con variaciones de magnitud) y la evaluación de índices globales de desempeño. La implementación se lleva a cabo mediante scripts en Python que llaman a las rutinas de cálculo de cortocircuito en DigSilent PowerFactory, permitiendo así automatizar tanto el ajuste de parámetros (pickup, TMS y curvas IEC 60255) como la verificación de los tiempos de operación de los relés. Los resultados indican que la coordinación lograda mantiene un equilibrio adecuado entre rapidez y confiabilidad, evidenciando una relación inelástica entre velocidad y selectividad: variaciones moderadas en la selectividad no producen cambios significativos en los tiempos de despeje. Asimismo, se corroboró que los relés primarios detectan eficazmente fallas de diferente severidad —desde aquellas con corrientes monofásicas relativamente pequeñas hasta las trifásicas más extremas— sin sacrificar la coordinación con los relés de respaldo. Esta versatilidad subraya la viabilidad de la metodología para aplicaciones en redes de tamaño medio y sienta las bases para ampliaciones hacia sistemas de mayor complejidad. En síntesis, la plataforma presentada aprovecha la flexibilidad de Python y la potencia analítica de DigSilent PowerFactory para ofrecer un entorno confiable de ajuste de relés DOCR. Ello posibilita analizar de manera integral el impacto de variaciones en pickup, TMS y curvas de operación sobre los tres pilares de la protección (sensibilidad, selectividad y velocidad). Como trabajos futuros, se propone incluir modelos dinámicos avanzados, efectos de saturación de transformadores de corriente y validaciones hardware-in-the-loop, con miras a afinar aún más la robustez de los esquemas de protección en escenarios de penetración renovable y topologías de red más exigentes. |
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Braga, A. S. and Saraiva, J. T. (1996). Coordination of overcurrent directional relays in meshed networks using the simplex method. In Proceedings of the 8th MELECON 96, pages 1535–1538. IEEE. De Oliveira-De Jesus, P. M. and Sorrentino, E. (2022). Methodology to assess performance indexes for sensitivity, selectivity, and speed of coordination of directional overcurrent protections. Electric Power Systems Research, 213:108758. De Oliveira-De Jesus, P. M. and Sorrentino, E. (2024a). A graphical tool to examine the coordination details of directional overcurrent protections as a function of fault location. IEEE Transactions on Power Delivery. Forthcoming. De Oliveira-De Jesus, P. M. and Sorrentino, E. (2024b). A monte carlo method to solve the optimal coordination of directional overcurrent protections considering all the possible fault locations. Electric Power Systems Research, 236:110974. De Oliveira-De Jesus, P. M., Sorrentino, E., Abello, J. S., Archilla, O., Alza, C. A., et al. (2020). Optimal coordination of directional earth fault overcurrent relays 67n in interconnected electric power systems. In 2020 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pages 1–8. IEEE. De Oliveira-De Jesus, P. M. and Urdaneta, A. J. (2024). A crucial remark on the importance of considering transient configurations on the optimal coordination of directional overcurrent relays in power systems with high penetration . . . . Electrical Engineering, pages 1–17. Forthcoming. Ezzeddine, M., Kaczmarek, R., and Iftikhar, M. U. (2011). Coordination of directional overcurrent relays using a novel method to select their settings. IET Generation, Transmission & Distribution, 5(7):743–750. Hernández Santafé, J. D., Gómez Olaya, F. A., and De Oliveira De Jesús, P. M. (2023). Directional overcurrent relay protection system implementation on 8-bus system using typhoon hil. In Tripathi, S. M. and Gonzalez-Longatt, F. M., editors, Real-Time Simulation and Hardware-in-the-Loop Testing Using Typhoon HIL, pages 339–356. Springer. Sorrentino, E. and De Oliveira-De Jesus, P. M. (2024). Coordination of protections as a multi-objective problem, and pareto frontiers relating speed and selectivity in the particular case of directional overcurrent functions. Electrical Engineering, pages 1–10. Forthcoming. |
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De igual modo, se aborda la problemática asociada al uso de buses infinitos para simplificar el modelado de generadores, asegurando la coherencia de las corrientes de falla y evitando las complejidades de la dinámica de máquinas. En primera instancia, se explican los fundamentos de los relés DOCR y la justificación del reemplazo de generadores por buses infinitos. A continuación, se describe el procedimiento de coordinación, el cual combina un muestreo estadístico de ubicaciones de falla (con variaciones de magnitud) y la evaluación de índices globales de desempeño. La implementación se lleva a cabo mediante scripts en Python que llaman a las rutinas de cálculo de cortocircuito en DigSilent PowerFactory, permitiendo así automatizar tanto el ajuste de parámetros (pickup, TMS y curvas IEC 60255) como la verificación de los tiempos de operación de los relés. Los resultados indican que la coordinación lograda mantiene un equilibrio adecuado entre rapidez y confiabilidad, evidenciando una relación inelástica entre velocidad y selectividad: variaciones moderadas en la selectividad no producen cambios significativos en los tiempos de despeje. Asimismo, se corroboró que los relés primarios detectan eficazmente fallas de diferente severidad —desde aquellas con corrientes monofásicas relativamente pequeñas hasta las trifásicas más extremas— sin sacrificar la coordinación con los relés de respaldo. Esta versatilidad subraya la viabilidad de la metodología para aplicaciones en redes de tamaño medio y sienta las bases para ampliaciones hacia sistemas de mayor complejidad. En síntesis, la plataforma presentada aprovecha la flexibilidad de Python y la potencia analítica de DigSilent PowerFactory para ofrecer un entorno confiable de ajuste de relés DOCR. 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