بهبود عملکرد طرح آشکارسازی خطای مبتنی بر اعوجاج ‌هارمونیکی کل در ریزشبکه‌های ‌اینورتری جزیره‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

با توجه به گرم شدن زمین و نگرانی‌های زیست محیطی، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر که به واسطه مبدل‌های الکترونیک قدرت به ریزشبکه متصل می‌شوند، رو به افزایش است. یکی از چالش‌های اساسی ریزشبکه‌های اینورتری، آشکارسازی خطا در حالت کار جزیره‌ای است. این مقاله به بررسی عملکرد طرح آشکارسازی خطای مبتنی بر اعوجاج هارمونیکی کل (THD) هنگام استفاده از پیکربندی‌های مختلف، محدودکننده‌های جریان اصلی و قاب‌های مرجع متفاوت محاسبات سیستم کنترل مبدل می‌پردازد. سپس بر مبنای تحلیل انجام شده، طرح آشکارسازی خطای مبتنی بر THD اصلاح می‌گردد که از محدودکننده اشباع لحظه‌ای و ویژگی کنترل مستقل قاب مرجع فاز بهره می‌برد. طرح پیشنهادی در حضور بارهای غیرخطی به اشتباه عمل نکرده و توانایی تمییز وقوع خطا از تغییر بار ریزشبکه را داراست. همچنین با استفاده از سیستم کنترل کمکی، طرح آشکارسازی خطای پیشنهادی قادر است خطاهای تکفاز به زمین در سیستم‌های سه سیمه‌ای که محاسبات سیستم مبدل آنها‌ در قاب مرجع ساکن و سنکرون انجام می‌شود را به درستی تشخیص دهد. نتایج شبیه‌سازی خطاهای متقارن و نامتقارن مؤید کارآیی روش پیشنهادی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving Performance of Total Harmonic Distortion Based Fault Detection Scheme for Inverter Interfaced Islanded Microgrids

نویسنده [English]

  • Iman Sadeghkhani
Islamic Azad University, Najafabad Branch
چکیده [English]

Global warming and environmental concerns have led to increasing penetration of converter interfaced renewable energy resources. One of the main challenges of inverter interfaced islanded microgrids is the fault detection. This paper investigates the performance of total harmonic distortion (THD) based fault detection scheme when various inverter topologies, main current limiting strategies, and different reference frame are employed. Then, based on this analysis, the performance of THD based fault detection scheme is improved using the instantaneous saturation limit and independent control capability in the natural reference frame. The proposed scheme does not mal-operate in the presence of non-linear loads and can distinguish fault condition from load change. Also, using the auxiliary control system, the proposed fault detection scheme is capable of detecting single line to ground fault in three wire system when synchronous/stationary reference frame is employed. Various time-domain simulations verify the effectiveness of the proposed scheme in the case of symmetrical and unsymmetrical faults.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Current limiting
  • fault detection
  • microgrid
  • reference frame
  • voltage-sourced inverter
[1] A. Hooshyar and R. Iravani, “Microgrid Protection,” Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 7, pp. 1332-1353, July 2017.

[2] J. J. Q. Yu, Y. Hou, A. Y. S. Lam and V. O. K. Li, “Intelligent Fault Detection Scheme for Microgrids with Wavelet-based Deep Neural Networks,” IEEE Trans. Smart Grid, accepted for publication, Nov. 2017.

[3] D. E. Olivares et al., “Trends in Microgrid Control,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919, July 2014.

[4] A. Soleimanisardoo, H. K. Karegar and H. H. Zeineldin, “Differential Frequency Protection Scheme Based on Off-Nominal Frequency Injections for Inverter-Based Islanded Microgrids,” IEEE Trans. Smart Grid, accepted for publication, Jan. 2018.

[5] M. Brucoli, “Fault behaviour and fault detection in islanded inverter-only microgrids,” PhD. Dissertation, Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College London, 2008.

[6] E. Sortomme, S. S. Venkata and J. Mitra, “Microgrid Protection Using Communication-Assisted Digital Relays,” IEEE Trans. Power Del., vol. 25, no. 4, pp. 2789-2796, Oct. 2010.

[7] S. R. Samantaray, G. Joos and I. Kamwa, “Differential energy based microgrid protection against fault conditions,” in IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies (ISGT), Washington, DC, 2012, pp. 1-7.

[8] E. Casagrande, W. L. Woon, H. H. Zeineldin and D. Svetinovic, “A Differential Sequence Component Protection Scheme for Microgrids With Inverter-Based Distributed Generators,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 1, pp. 29-37, Jan. 2014.

[9] G. Buigues, A. Dyko, V. Valverde, I. Zamora, E. Fernndez., “Microgrid protection: Technical challenges and existing techniques,” in International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ13).

[10]           H. Nikkhajoei, R. Lasseter, “Microgrid fault protection based on symmetrical and differential current components,” Technical Report, Public Interest Energy Research, California Energy Commission, 2006.

[11]           M. A. Haj-ahmed and M. S. Illindala, “The Influence of Inverter-Based DGs and Their Controllers on Distribution Network Protection,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 50, no. 4, pp. 2928-2937, July-Aug. 2014.

[12]           M. A. Zamani, T. S. Sidhu and A. Yazdani, “A Protection Strategy and Microprocessor-Based Relay for Low-Voltage Microgrids,” IEEE Trans. Power Del., vol. 26, no. 3, pp. 1873-1883, July 2011.

[13]           H. Al-Nasseri, M. Redfern, “A new voltage based relay scheme to protect micro-grids dominated by embedded generation using solid state converters,” in 19th International Conference on Electricity Distribution, May 2007.

[14]           T. Loix, T.Wijnhoven, G. Deconinck, Protection of microgrids with a high penetration of inverter-coupled energy sources, in CIGRE/IEEE PES Joint Symposium, pp. 1–6.

[15]           H. Al-Nasseri, M.A. Redfern, “Harmonics content based protection scheme for micro-grids dominated by solid state converters, “ in 12th International Middle-East Power System Conference, pp. 50 – 56, Aswan, Mar. 2008.

[16]           S. Ndjaba, G. T. Machnida, M. Nthontho, S. Chowdhury, S. P. Chowdhury and N. Mbuli, “Modeling and simulation of fault detection methods for power electronic interfaced microgrids,” in 47th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), London, 2012.

[17]           I. Sadeghkhani, “Management of inverter-based microgrids performance during and after short-circuit and overload faults,” Ph.D. dissertation, Dept. Elect. Comp. Eng., Isfahan Univ. Tech., Isfahan, Iran, Jan. 2017. (in Persian)

N. Bottrell, T.C. Green, “Comparison of Current-Limiting Strategies During Fault Ride-Through of Inverters to Prevent Latch-Up and Wind-Up,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 7, pp. 3786-3797, Jul. 2014.