Hardware in the loop simulation of advanced fault protection systems

Hardware In the loop simulation is a perfect tool to test and understand a given system. Employing this method, it is possible to simulate signals that reproduce currents and voltages in LV circuit breakers. Using this technology, a set of specific simulations were implemented in a test bench able to emulate electrical systems and interface in a closed loop with real protection and switching devices. This test bench can test a set of circuits breakers under given conditions of fault and coordination of protections. Many typical transient and steady state currents and voltage can be simulated with controlled parameters. System models are created on MATLAB/Simulink, a modeling software with a graphical user interface, and later translated on NI LabVIEW software and hardware suite. An innovative tool called Model Interface Toolkit is used to join these two software programs in a flexible and effective way. Our system was used to simulate short circuit faults in low voltage, including interruption and electric arc, and then on more complex simulations to test advanced detection of faults using directional protection and compensated neutral in MV distribution. The flexibility in the design and implementation of this models enables an easy process of simulation and test. This makes it also possible to add more models according to the specific system requirements in the future.

La simulazione Hardware In the Loop permette di riprodurre segnali di corrente e tensione negli interruttori di bassa tensione. Utilizzando questa tecnologia, abbiamo progettato un banco di prova in grado di riprodurre il comportamento dei sistemi elettrici interfacciandosi in anello chiuso e in tempo reale con dispositivi di protezione e interruzione. Questo banco prova permette di provare un insieme di interruttori automatici con specifiche condizioni di guasto e di coordinamento delle protezioni I modelli vengono progettati utilizzando MATLAB/Simulink, un programma con interfaccia grafica per modellazione di sistemi, e poi tradotti su NI LabVIEW. Questa traduzione consente di interfacciare il simulatore con dispositivi reali. Il tool “Model Interface Toolkit” è utilizzato per unire questi due software in modo flessibile ed efficace. Il sistema realizzato è stato utilizzato per simulare condizioni di guasto a terra e corto circuito in bassa tensione, compreso l’effetto dell'arco elettrico nell’interruzione, e successivamente per testare il rilevamento dei guasti utilizzando la protezione direzionale, e dei guasti a terra in sistemi di distribuzione in media tensione con neutro compensato. La flessibilità nella progettazione e implementazione consentirà in futuro l'inclusione di ulteriori modelli in base ai requisiti specifici di test di sistema.