Non-communication protection method for meshed and radial distribution networks with synchronous-based DG

چکیده

این مقاله یک روش محافظت موثری را ارائه می کند که می تواند برای هر دو شبکه توزیع (DN ها) مش و شعاعی با واحدهای تولید پراکنده سنکرونی (SBDG) استفاده شود. این روش نیاز به هیچ سیستم ارتباطی در هر دو حالت کاری اتصال تورینی (شبکه ای) و جزیره ای ندارد. رله های مبتنی بر میکروپروسسورهای استفاده شده در DN ها، با ویژگی های زمان-جریان-ولتاژ جدیدی برنامه ریزی شده اند که فقط از مقادیر ولتاژ و جریان خطای محلی استفاده می کنند. این روش توسط تحقیق شبیه سازی درباره DN سیستم تست 30 باس IEEE به عنوان یک شبکه مش در حالت اتصال تورینی تائید شده است. این روش همچنین روی یک DN شعاعی عملی ایرانی در هر دو حالت کاری متصل تورینی و جزیره ای تست شده است. حالات تست شامل شرایط خطای مختلفی هستند، با SBDG در مکانهای مختلف و سطوح نفوذ DG متفاوت، و همچنین بدون هیچ SBDG در شبکه ها. در یک تحقیق قیاسی نشان داده شده است که ویژگی زمان-جریان-ولتاژ جدید، به کاهش قابل توجهی در زمان های کل کار رله بدون هیچ پیوند ارتباطی دست می یابد. به علاوه، این روش از همان تست های محافظتی برای هر دو حالت کاری متصل تورین و جزیره ای استفاده می کند.

Abstract

This paper presents an efficient protection method which can be used for both meshed and radial distribution networks (DNs) with synchronous-based distributed generation (SBDG) units. The method does not require any communication system in the both grid-connected and islanded modes of operation. The microprocessor-based relays used in the DNs are programmed with a new time-current-voltage characteristic utilising only local fault voltage and current magnitudes. The proposed method is verified by simulation study on the DN of IEEE 30-bus test system as a meshed network in grid-connected mode. The method is also tested on an Iranian practical radial DN in the both grid-connected and islanded modes of operation. The test cases include different fault conditions, with SBDG at various locations and different DG penetration levels, and also without any SBDG in the networks. It is shown in a comparative study that the new time-current-voltage characteristic achieves a notable reduction in total relay operating times without any communication links. In addition, the method uses the same protection settings for the both grid-connected and islanded modes of operation.

Keywords: Distribution networks; Non-communication protection; Non-standard characteristic; Meshed and radial DN protection; Synchronous-based DG; Protection coordination

مقدمه

هماهنگی محافظت، یکی از چالش های اصلی برای عملکرد بهینه شبکه های توزیع (DN ها) می باشد که مجهز به واحدهای تولید پراکنده (DG) هستند. افزایش سطح نفوذ DG در DN ها باعث چالش های محافظتی به دلیل تغییر سطوح خطا و مسیر جریان های خطا می شود، که ممکن است منجر به عدم هماهنگی وسایل محافظتی شود. از طرف دیگر، توانایی عملکرد DV در حالت جزیره ای، یک مفهوم جدیدی است که باید در طراحی سیستم محافظتی که با سطوح خطای مختلف در حالات کاری متصل تورینی و جزیره ای مواجه می شوند در نظر گرفته شوند.

به دلیل اینکه طراحی مجدد یا جایگزینی سیستم حفاظتی در یک DN گران است و ممکن است از نظر فنی دشوار باشد، دو روش موثر برای تعیین بهترین اندازه و مکان DG و موقعیت های رله های با جریان مازاد بدون تغییر روش های حفاظتی اولیه در مقاله [1,2] پیشنهاد شده است. با افزایش سطح نفوذ DG، اصلاح موقعیت رله ها که وابسته به اندازه و مکان DG است امری ضروری می باشد. معمولا در محافظت تطبیقی DN های شعاعی، روشها موقعیت رله ها را با روشهای سیستم ارتباطی تغییر می دهند. با این وجود، ایجاد سیستمی ارتباطی برای کاربردهای محافظتی ممکن است گزینه ای گران قیمت در بسیاری از DN ها باشد.

روشهای حفاظتی اصلی در DN های با واحدهای DG می توانند به 6 دسته به شرح زیر تقسیم بندی شوند:

1.1 محدود کردن نقش جریان خطای DG

به منظور محدود کردن نقش جریان خطای DG سنکرونی (SBDG) یک روش بر اساس مدار تخلیه میدان برای ژنراتور سنکرون در مرجع [3] پیشنهاد شده است. مرجع های [4-11] از محدودکننده جریان خطا (FCL) یا FCL ابررسانا (SFCL) برای کاهش نقش تجهیزات یا DG در جریان های خطا استفاده می کنند.

1.2. حفاظت جریان مازاد

بسیاری از روشهای محافظت جریان مازاد از پیوندهای ارتباطی برای انتقال دیتا بین رله ها و مرکز کنترل استفاده می کنند. زمانی که سیستم ارتباطی به خوبی کار نمی کند، سیستم محافظت پشتیبان مانند یک روش رتبه بندی زمان-محدود می تواند باعث زمانی طولانی برای ایزوله کردن خطا شود. یک روش حفاظتی بر اساس رله های جریان مازاد جهتی موقعیت دوگانه برای DN مش در [18] پیشنهاد شده است. با این وجود، به منظور حل مشکل انتخاب این روش، استفاده از پیوند ارتباطی بین رله ها امری ضروری می شود.