Microgrid Protection Systems

Micro grids are miniature version of conventional large power grids functioning either autonomously or with inter connection to the main grid. Primary function of micro grid is to serve power at distribution level. Distributed energy resources (DERs) connected to the micro grid enables reliable and efficient operation of micro grid. Protection of micro grids assumed importance due to increased penetration of distributed energy resources. Most of the distribution systems in earlier days are radial in nature and protection systems are designed for that. These protection systems pose serious challenges when applied to present day distribution systems which are mesh connected and fed by the distributed energy resources. Limitation of the conventional protection scheme demands new insights and methodologies for micro grid protection. Due to intermediate current injection from DERs the conventional coordination of over current (O/C) relays is not possible. Further in meshed systems the fault current flow is bidirectional. Hence the protection of micro grid systems with DERs require different approach to ensure faults are cleared in less time and minimal number of consumers connected to the system are affected. A comprehensive analysis of the suitable techniques applicable for micro grid protection is presented in this chapter

Protection of microgrid with high amounts of renewables : challenges and solutions

Microgrid is a small-scale network including generators, loads and storage system, which provides a friendly way for the penetration of renewables and releases the burden of transmission system arising from the increased energy demand. Moreover, since microgrid can operate in islanded mode, it can provide backup power to local consumers when the main grid is disconnected. However, the utilization of microgrid causes serious problems in the area of power system protection. The main issues comprise varied fault levels in different operating modes and fault detection in islanded microgrid particularly when the microgrid is dominated by inverter based DGs (IIDGs). In addition, to avoid non-necessary power losses raised from multi-stage power conversion of DC loads and generators, DC microgrid becomes another attractive choice, which further increases the difficult on designing protection system for the futuristic microgrid. In this paper, a comprehensive review of the existing issues and protection methods for AC and DC microgrids is presented. Furthermore, to facilitate better understanding to readers, the benefits and limitations of each method are discussed in depth. Potential protection tools for future microgrid are suggested at the end of this paper

Mikroşebekeler için koruma rölesi koordinasyonu

06.03.2018 tarihli ve 30352 sayılı Resmi Gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır.Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talebin artmasıyla birlikte elektrik şebekelerine çok sayıda dağıtık enerji üretim kaynağı (DEÜK) bağlanmaya başlamıştır. DEÜK'lerin kullanımının artması, klasik elektrik şebekelerinde sorunlara neden olduğundan mikro şebekeler tercih edilmektedir. Mikro şebekeler, DEÜK'leri ve yükleri koordine ederek şebekenin daha etkili çalışmasını sağlamaktadır. Mikro şebekelerde kullanılan DEÜK'lerle, klasik şebekelerde kullanılan üreteçler arasında ciddi farklılıklar bulunmaktadır. DEÜK'ler çoğunlukla invertör tabanlıdır ve şebekede bir arıza meydana gelmesi durumunda genellikle yüksek miktarda arıza akımı üretememektedir. Ayrıca enerji üretme kapasiteleri düşük olduğundan şebekedeki arz talep dengesinde yaşanan değişimlerden daha çok etkilenmektedir. Klasik şebekelerde kullanılan arıza akımına dayalı koruma fonksiyonları mikro şebekelerde etkisiz kalabildiğinden mikro şebekeler için farklı koruma fonksiyonları geliştirilmiştir. Bu çalışmada, ring şebeke yapısına sahip mikro şebekelerde yürüyen dalga tabanlı arıza yeri tespit yöntemi geliştirilmiştir. Yürüyen dalga tabanlı arıza yeri tespitinde hattın bir veya iki ucundan alınan ölçümler kullanılmaktadır. Ring şebeke yapılarında kullanılan hatların ise bir başı veya sonu bulunmamaktadır. Yürüyen dalga tabanlı korumanın ring şebekelerde kullanılabilmesi için şebeke üç bölgeye ayrılmıştır. Ayrılan her bölgeye ayrı ayrı D tipi arıza yeri tespit algoritması uygulanmıştır ve bu algoritmaların kendi aralarında uyumlu çalışması sağlanarak ring şebeke yapısına sahip mikro şebekelerde arıza yeri tespiti sağlanmıştır. Arıza yeri tespit edildikten sonra koruma algoritması arızayı izole edecek şekilde ilgili şalterlere açma komutu göndererek arızayı enerjisiz bırakmaktadır. Geliştirilen koruma fonksiyonu Matlab/Simulink ortamında test edilmiştir. Yapılan testlerde arıza yerinin 46,39 metrelik bir hata payı ile tespit edilebildiği saptanmıştır. Arıza yeri tespit edildikten sonra ilgili şalterlere açma komutu gönderilerek arızanın enerjisiz bırakılması sağlanmıştır.With the increase in demand for renewable energy sources, a large number of distributed generators (DG) have been connected to electrical grids. Since the increase in the use of DGs causes problems in traditional electrical grids, microgrids are preferred. Microgrids help the grids work more efficiently by coordinating DGs and loads. There are critical differences between the DGs that are used in microgrids, and the generators that are used in traditional grids. Generally, DGs are inverter based and unable to produce vast amounts of fault current when a fault occurs in the grid. In addition, due to their relatively low energy generating capacities, they are more affected by the changes that occur regarding the supply and demand balance in the grid. Since current-based protection functions which are used in traditional grids may remain ineffective in microgrids, different protection functions are developed for microgrids. In this study, a traveling wave-based fault location detection system for looped microgrids was developed. In traveling wave-based fault location detection, measurements that are taken from one or both ends of the line are used. However, there is no beginning or end of the lines in looped grids. To allow the use of traveling wave-based protection in loop distribution systems, the system is separated into three zones. To each three separate zone a type D fault locator method was applied, and by ensuring that these algorithms worked in accordance, fault location detection was carried out in a looped microgrid. After the detection of fault location, the protection algorithm isolates the fault and sends a "power on" command to related switches and thus leaves the fault without energy. The developed protection function is tested in Matlab/Simulink setting. In the performed tests it was determined that the fault location could be detected with an error rate of 46.39 meters. After the fault location was detected, a "power on" command was sent to the related switches to ensure that the fault was left without energy

Efficacia dei sistemi di protezione in microgrids con basse correnti di cortocircuito

In questo lavoro si sono presentate le principali problematiche che i sistemi di protezione hanno nel funzionamento delle reti in isola e le principali soluzioni proposte in letteratura. Successivamente si è simulato il funzionamento dei principali sistemi proposti all'interno di una rete modellizzata in DIgSILENT PowerFactory. Infine si è fatto un confronto tra le prestazioni ottenute per determinare pro e contro dei sistemi di protezione implementati