یک طرح اصلاح شده جهت هماهنگی رله‌ها در شبکه‌های توزیع با در نظر گرفتن معیار پایداری گذرا

فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز

مقاله 2، دوره 1، شماره 1، خرداد 1401، صفحه 1-12   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30486/teeges.2022.690987

نویسندگان

فرزاد حاجی محمدی¹؛ محمد رضا اسماعیلی^{* 2، 3}؛ غضنفر شاهقلیان⁴؛ جواد فیض⁵

¹شرکت اختر برق اصفهان، اصفهان، ایران

²شرکت برق منطقه ای اصفهان، اصفهان، ایران

³دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

⁴دانشکده مهندسی برق، واحد نجف ‏آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف ‏آباد، ایران

⁵گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

توجه به مسائل زیست محیطی و استفاده از منابع انرژی‌ سبز، منجر به افزایش اتصال تولیدات پراکنده به شبکه‌ قدرت الکتریکی شده است. در کنار مزایای متعدد، این تولیدات چالش‌هایی به سیستم الکتریکی تحمیل می‌‌کنند. دو چالش عمده که در این مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرد مربوط به تاثیر تولیدات پراکنده بر روی هماهنگی تجهیزات حفاظتی و پایداری گذرای این منابع در زمان وقوع خطا است. به طور ویژه برای تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون، چالش هماهنگی حفاظتی ناشی از سهم جریان تزریقی این منابع در شرایط خطا بوده و چالش پایداری گذرا به دلیل ثابت اینرسی پایین می‌باشد. در روش پیشنهادی به کمک شیفت منحنی مشخصه رله به سمت پائین و قرار گرفتن مجدد منحنی زیر مقدار زمان بحرانی رفع خطا، نه تنها هماهنگی بین تجهیزات حفاظتی بهبود پیدا خواهد کرد؛ بلکه از ناپایدار شدن تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون نیز جلوگیری می‌شود. در این مقاله یک منحنی مشخصه زمان - جریان - ولتاژ اصلاح شده برای رله‌ها ارائه می‌گردد. نتایج شبیه‌سازهای انجام شده با نرم افزار ETAP، عملکرد موثر روش پیشنهادی را تائید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون؛ شبکه توزیع؛ پایداری گذرا؛ هماهنگی حفاظتی

مراجع

[1] J. Iqbal, M. Khan, M. Talha, H. Farman, B. Jan, A. Muhammad, and H. A. Khattak, “A generic Internet of Things architecture for controlling electrical energy consumption in smart homes,” Sustainable Cities and Society, vol. 43, pp. 443–450, 2018, doi: 10.1109/10.1016/j.scs.2018.09.020.

[2] K. Yigit, and B. Acarkan, “A new electrical energy management approach for ships using mixed energy sources to ensure sustainable port cities,” Sustainable Cities and Society, vol. 40, pp. 126–135, 2018, doi: 10.1109/10.1016/j.scs.2018.04.004.

[3] A. Maleki, M. G. Khajeh, and M. A. Rosen, “Two heuristic approaches for the optimization of grid-connected hybrid solar–hydrogen systems to supply residential thermal and electrical loads,” Sustainable Cities and Society, Vol. 34, pp. 278–292, 2017, doi: 10.1016/j.scs.2017.06.023.

[4] D. Ranamuka, A. P. Agalgaonkar, and K. M. Muttaqi, “Examining the interactions between DG units and voltage regulating devices for effective voltage control in distribution systems,” IEEE Trans. Ind. Appl, Vol. 53, no. 2, pp. 1485–1496, 2017, doi: 10.1109/TIA.2016.2619664.

[5] K. A. Joshi, and N. M. Pindoriya, “Case-specificity and its implications in distribution network analysis with increasing penetration of photovoltaic generation,” CSEE J. Power Energy Syst, Vol. 3, no. 1, pp. 101-113, 2017, doi: 10.17775/CSEEJPES.2017.0013.

[6] H. Hooshyar, and M. E. Baran, “Fault analysis on distribution feeders with high penetration of PV systems,” IEEE Trans. Power Syst, Vol. 28, no. 3, pp. 2890–2896, 2013, doi: 10.1109/TPWRS.2012.2227842.

[7] H. H. Zeineldin, Y. Rady, I. Mohamed, V. Khadkikar, and V. R. Pandi, “A protection coordination index for evaluating distributed generation impacts on protection for meshed distribution systems,” IEEE Trans. Smart Grid, Vol. 4, no. 3, pp. 1523–1532, 2013, doi: 10.1109/TSG.2013.2263745.

[8] A. Yazdaninejadi, D. Nazarpour, and S. Golshannavaz, “Sustainable electrification in critical infrastructure: Variable characteristics for overcurrent protection considering DG stability,” Sustainable Cities and Society, vol. 54, 2020, doi.org/10.1016/j.scs.2020.102022.

[9] K. A. Saleh, H. H. Zeineldin, A. Al-Hinai, and E. F. El-Saadany, “Optimal coordination of directional overcurrent relays using a new time-current-voltage characteristic,” IEEE Trans Power Delivery; pp. 537-544, 2015, doi: 10.1109/TPWRD.2014.2341666.

[10] S. Jamali, and H. Borhani-Bahabadi, “Recloser time-current-voltage characteristic for fuse saving in distribution networks with DG,” IET Gener Transm Distrib, Vol. 11, pp.272-279, 2017, doi: 10.1049/iet-gtd.2016.0979.

[11] S. Jamali, and H. Borhani-Bahabadi, “Non-communication protection method for meshed and radial distribution networks with synchronous-based DG,” Int J Electr Power Energy Syst, Vol. 93, pp. 468-478, 2017, doi: 10.1016/j.ijepes.2017.06.019.

[12] S. Jamali, and H. Borhani-Bahabadi, “Self-adaptive relaying scheme of reclosers for fuse saving in distribution networks with DG,” Int J Power Energy Res; Vol. 1, pp.8-19, 2017, doi: 10.22606/ijper.2017.11002.

[13] F. Hajimohammadi, B. Fani, and I. Sadeghkhani, “Fuse saving scheme in highly photovoltaic-integrated distribution networks,” Int Trans Electr Energ Syst; Vol. 30, no.1, 2019, doi: 10.1002/2050-7038.12148.

[14] B. Fani, H. Bisheh, and A. Karami-Horestani, “An offline penetration-free protection scheme for PV-dominated distribution systems,” Electric Power Systems Research; Vol. 157, pp. 1-9, 2018, doi: 10.1016/j.epsr.2017.11.020.

[15] B.Fani, H. Bisheh, and I. Sadeghkhani, “A Protection Coordination Scheme for Distribution Networks with High Penetration of Photovoltaic Generators,” IET Generation Transmission & Distributio; Vol. 12, pp.1802-1814, 2018, doi: iet-gtd.2017.1229.

[16] Z. Liu, C. Su, H. K. Høidalen, and Z. Chen, “A multiagent system-based protection and control scheme for distribution system with distributed-generation integration,” IEEE Trans. Power Deliv, Vol.32, pp. 536–545, 2017, doi: 10.1109/TPWRD.2016.2585579.

[17] P. C. Maiola, and J. G. Rolim, “A multi-agent system for protection coordination of radial systems in the presence of distributed generation,” 11th IET International Conference on Developments in Power Systems Protection, 2012, doi: 10.1049/cp.2012.0051.

[18] H. Bisheh, and B. Fani, “Local penetration-free control approach against numerous changes in PV generation level in MAS-based protection schemes,” IET Renewable Power Generation; Vol. 13, pp.1197-1204, 2019, doi: 10.1049/iet-rpg.2018.6083.

[19] T. Keil, and J. Jager, “Advanced coordination method for overcurrent protection relays using nonstandard tripping characteristics,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 23, no. 1, pp. 52–57, 2007, doi: 10.1109/TPWRD.2007.905337.

[20] A. Yazdaninejadi, A. Hamidi, S. Golshannavaz, F. Aminifar, and S. Teimourzadeh, “Impact of inverter-based DERs integration on protection, control, operation, and planning of electrical distribution grids,” The Electricity Journal, Vol. 32, no. 6, pp. 43–56, 2019, doi: 10.1016/j.tej.2019.05.016.

[21] M. Ojaghi, and R. Ghahremani, “Piece–wise linear characteristic for coordinating numerical overcurrent relays,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 32, no. 1, pp. 145–151, 2016, doi: 10.1109/TPWRD.2016.2578324.

[22] S. Teimourzadeh, F. Aminifar, and M. Davarpanah, “Microgrid dynamic security: Challenges, solutions and key considerations,” The Electricity Journal, Vol. 30, no. 4, pp. 43–51, 2017, doi.org/10.1016/j.tej.2017.04.015.

[23] T. S. Aghdam, H. K. Karegar, and H. H. Zeineldin, “Transient stability constrained protection coordination for distribution systems with DG,” IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 9, no. 6, pp. 5733–5741, 2017, doi: 10.1109/TSG.2017.2695378.

[24] T. S. Aghdam, H. K. Karegar, and H. H. Zeineldin, “Optimal coordination of double inverse overcurrent relays for stable operation of DGs,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 15, no. 1), pp. 183–192, 2018, doi: 10.1109/TII.2018.2808264.

[25] P. P. Barker, and R.W. de Mello, “Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: part1-radial distribution systems,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 15, pp. 486–493, 2000, doi: 10.1109/PESS.2000.868775.

[26] R. M. Kumar, and P. Vahab, “Overcurrent and Earth fault Relay Coordination for Microgrids with Modern Numerical Relay Features,” International Journal of Engineering Research and General Science, Volume 4, no. 3, 2016.

[27] P. M. Anderson, “Power System Protection,” McGraw-Hill, New York, 1999.

[28] Y. G. Paithankar, and S. R. Bhide, “Fundamentals of Power System Protection,” Prentice Hall of India Private Limited, New Delhi, 2007.

[29] IEC standard for single input energizing quantity measuring relays with dependent or independent time, IEC standard 60255-3.

[30] A. A. Kalage1, and N. D. Ghawghawe, “Optimum Coordination of Directional Overcurrent Relays Using Modified Adaptive Teaching Learning Based Optimization Algorithm,” Intelligent Industrial Systems, Vol. 2, no. 1, pp. 55–71, 2016.

[31] Instructions for distributed generation sources connection to Iran's electricity grid, Power Generation, Transmission and Distribution Management Company (Tavanir), 1400.