Problems of Applying a Statistical Approach to Calculating the Digital Relay Protection Operation Parameters
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-6-65-73Keywords:
electric power system, relay protection and automation, multidimensional protections, adaptability, statistical approach, simulation modeling, Monte-Carlo methodAbstract
The article analyzes the ways to develop methods for calculating the pickup parameters and the logical part of promising multidimensional digital relay protection and automation (RPA) of electric power systems (EPS). Electric networks with a complex configuration and with a growing share of power plants using renewable energy sources and distributed generation feature increased complexity and variety of EPS operation modes. Under these conditions, conventional RPA algorithms often show degradation of performance indicators (sensitivity, response speed, and selectivity) due to a limited level of the RPA technical excellence and the inability to quickly adapt to changing conditions. The article discusses promising methods for calculating the digital RPA pickup parameters based on information and statistical approaches. They make it possible to simplify and unify the logical part of multidimensional RPA, optimize the pickup parameters, and speed up the coordination of various RPA among themselves. A number of important problems hindering the widespread use of RPA based on the statistical approach and possible ways of solving them are outlined.
References
1. Приказ Минэнерго России от 29.11.2024 г. № 2328 «Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетических систем России на 2025–2030 годы».
2. Системный оператор единой энергетической системы. Общественное обсуждение Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2042 г. [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/public-discussion-genshema/2042/ (дата обращения 15.11.2025).
3. Madsen D.N., Hansen J.P. Outlook of Solar Energy in Europe Based on Economic Growth Characteristics. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, vol. 114, DOI: 10.1016/j.rser. 2019.109306.
4. Илюшин П.В. Автоматика управления нормальными и аварийными режимами энергорайонов с распределённой генерацией. Н. Новгород: НИУ РАНХиГС, 2019, 364 с.
5. Лоскутов А.А., Куликов А.Л. Современные методы формирования логической части цифровой защиты и автоматики систем электроснабжения промышленных потребителей. Н. Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2025, 392 с.
6. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. СПб.: ПЭИПК, 2012, 350 с.
7. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1992, 528 с.
8. Приказ Минэнерго России от 08.02.2019 г. № 80 «Об утверждении правил технического учета и анализа функционирования релейной защиты и автоматики и о внесении изменений в приказ Минэнерго России от 23 июля 2012 г. № 340 «Об утверждении перечня предоставляемой субъектами электроэнергетики информации, форм и порядка ее предоставления».
9. Системный оператор единой энергетической системы. Технический учет и анализ функционирования РЗА [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/functioning/tech-base/rza/rza-account-analys/ (дата обращения 15.11.2025).
10. Шарыгин М.В., Куликов А.Л. Защита и автоматика систем электроснабжения с активными промышленными потребителями. Н. Новгород: НИУ РАНХиГС, 2017, 286 с.
11. Концепция «Цифровая трансформация 2030». М.: ПАО «Россети», 2018 [Электрон. ресурс], URL: https://www.rossetivolga.ru/i/files/2019/2/7/kontseptsiya_tsifrovaya_transformatsiya_2030.pdf (дата обращения 15.11.2025).
12. Йыуду К.А., Мёллер К.Ю, Терно О.Р. Вероятностный подход к определению уставок релейной защиты. – Труды Таллинского политехнического института, 1965, Серия А, № 225, с. 63–76.
13. Лямец Ю.Я. и др. Эффекты многомерности в релейной защите. – Электричество, 2011, № 9, с. 48–54.
14. Якоб Д. Вероятностный подход к оценке технического совершенства и расчету характеристик устройств релейной защиты. – Электричество, 1974, № 7, с. 23–27.
15. Ван-Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т.1: Теория обнаружения, оценок и линейной модуляции. М.: Советское радио, 1972, 744 c.
16. Шарыгин М.В. и др. Метод автоматического расчёта параметров срабатывания токовой релейной защиты распределительных сетей. – Электрические станции, 2022, № 11 (1096), с. 52–57.
17. Шарыгин М.В., Куликов А.Л., Петров А.А. Синтез универсального многомерного измерительно-пускового органа релейной защиты. – Электричество, 2020, № 1, с. 4–11.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00362, https://rscf.ru/project/25-29-00362.
#
1. Prikaz Minenergo Rossii (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation) No. 2328 dated 29.11.2024.
2. Sistemnyy operator edinoy energeticheskoy sistemy. Obshchest-vennoe obsuzhdenie General’noy shemy razmeshcheniya obektov elektroenergetiki do 2042 g. (System Operator of the Unified Energy System. Public Discussion of the General Plan for the Placement of Electric Power Facilities through 2042) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/public-discussion-genshe ma/2042/ (Accessed on 15.11.2025).
3. Madsen D.N., Hansen J.P. Outlook of Solar Energy in Europe Based on Economic Growth Characteristics. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, vol. 114, DOI: 10.1016/j.rser.2019.109306.
4. Ilyushin P.V. Avtomatika upravleniya normal’nymi i avariynymi rezhimami energorayonov s raspredelyonnoy generatsiey (Automation of Control of Normal and Emergency Modes of Power Districts with Distributed Generation). N. Novgorod: NIU RANHiGS, 2019, 364 p.
5. Loskutov A.A., Kulikov A.L. Sovremennye metody formiro-vaniya logicheskoy chasti tsifrovoy zashchity i avtomatiki sistem elektrosnabzheniya promyshlennyh potrebiteley (Modern Methods of Forming the Logical Part of Digital Protection and Automation of Power Supply Systems for Industrial Consumers). N. Novgorod: NGTU im. R.E. Alekseeva, 2025, 392 p.
6. Shabad M.A. Raschety releynoy zashchity i avtomatiki raspredelitel’nyh setey (Calculations of Relay Protection and Auto-mation of Distribution Networks). SPb.: PEIPK, 2012, 350 p.
7. Fedoseev A.M. Releynaya zashchita elektroenergeticheskih sis-tem (Relay Protection of Electric Power Systems). M.: Energoatom-izdat, 1992, 528 p.
8. Prikaz Minenergo Rossii (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation) No. 80 dated 08.02.2019.
9. Sistemnyy operator edinoy energeticheskoy sistemy. Tekhni-cheskiy uchet i analiz funktsionirovaniya RZA (System Operator of the Unified Energy System. Technical Accounting and Analysis of the Functioning of Relay Protection and Automation Systems) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/functioning/tech-base/rza/rza-account-analys/ (Accessed on 15.11.2025).
10. Sharygin M.V., Kulikov A.L. Zashchita i avtomatika sistem elektrosnabzheniya s aktivnymi promyshlennymi potrebitelyami (Protection and Automation of Power Supply Systems with Active Industrial Consumers). N. Novgorod: NIU RANHiGS, 2017, 286 p.
11. Kontseptsiya «Tsifrovaya transformatsiya 2030». M.: PAO «Rosseti», 2018 (The Concept of "Digital Transformation 2030". Moscow: PJSC "Rosseti", 2018) [Electron. resource], URL: https://www.rossetivolga.ru/i/files/2019/2/7/kontseptsiya_tsifrovaya_transfor-matsiya_2030.pdf (Accessed on 15.11.2025).
12. Yyuldu K.A., Myoller K.Yu., Terno O.R. Trudy Tallinskogo politekhnicheskogo instituta – in Russ. (Proceedings of the Tallinn Polytechnic Institute), 1965, Series A, No. 225, pp. 63–76.
13. Lyamets Yu.Ya. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 9, pp. 48–54.
14. Yakob D. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1974, No. 7, pp. 23–27.
15. Van-Tris G. Teoriya obnaruzheniya, otsenok i modulyatsii. T.1: Teoriya obnaruzheniya, otsenok i lineynoy modulyatsii (Detection Estimation and Modulation Theory, Part I: Detection, Estimation, and Filtering Theory). M.: Sovetskoe radio, 1972, 744 p.
16. Sharygin M.V. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2022, No. 11 (1096), pp. 52–57.
17. Sharygin M.V., Kulikov A.L., Petrov A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2020, No. 1, pp. 4–11
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation Grant No. 25-29-00362, https://rscf.ru/project/25-29-00362
