13845

12583

كارشناسي ارشد

قدرت

اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده برق و كامپيوتر

۱۳۹۷

ده، ۱۶۱ص.: مصور، جدول، نمودار

محمداسماعيل همداني گلشن

داور (اختياري): حميدرضا كارشناس، محمدصادق گلسرخي

1397/06/25

كتابنامه

برق و كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

ID12583

چكيده ريزشبكه DC يك سيستم قدرت در مقياس كوچك شامل بارها واحدهاي توليد پراكنده و دستگاههاي ذخيرهسازي انرژي است با توجه به ساختار ريزشبكهها و توليد و مصرف بصورت محلي همۀ ريزشبكهها داراي مزايايي همچون بازدهي باالتر قابليت اطمينان و امنيت بيشتر و سيستم مديريت انرژي كارآمدتري نسبت به سيستمهاي قدرت سنتي هستند اما ريزشبكۀ DC عالوه بر مزاياي فوق داراي مزايايي از قبيل تغذيۀ بارهاي حساس با كيفيت بهتر تسهيل اتصال منابع توليد پراكنده توان قابل انتقال بيشتر ايمني بيشتر و حذف مشكل سنكرون شدن منابع با هم است به اين ترتيب انتظار ميرود در آيندهاي نه چندان دور ريزشبكههاي DC بتواند جايگزين مناسبي براي بخشهايي از سيستم قدرت سنتي باشد اما مسائلي همچون حفاظت ريزشبكۀ DC بهعنوان يكي از اصليترين موانع موجود در سر راه تحقق اين هدف به حساب ميآيد حفاظت ريزشبكۀ DC با چالشهاي بسياري روبهرو است كه مي توان از آنها به مشخصۀ خاص جريان خطا در سيستم DC همراه با گذراهاي شديد ناشي از جريان دشارژ خازن در سمت DC عدم وجود استاندارد كامل و جامع براي مشخصههاي جريان خطا در ريزشبكۀ DC عدم وجود نقطۀ گذر از صفر در جريان خطاي DC اثرگذاري شديد نوع سيستم زمين در مشخصات جريان خطاي زمين نيازمندي به روش حفاظت بسيارسريع كمتر از 2 ميلي ثانيه براي جلوگيري از آسيب به برخي از تجهيزات هزينۀ باالي تجهيزات حفاظتي DC بواسطۀ قطع جريان بدون نقطۀ گذار از صفر كارايي محدودتر حفاظتهاي مرسوم م انند حفاظت ديفرانسيل اضافه جريان و كمبود ولتاژ و وابستگي شديد عملكرد طرح هاي حفاظتي به مقاومت خطا اشاره كرد اين موارد حفاظت ريزشبكۀ DC را به يك موضوع تحقيقاتي و مهندسي جذاب تبديل كرده است هدف اين پاياننامه نشان دادن اهميت ريزشبكۀ DC به عنوان يك سيستم نوظهور و بيان مسائلي است كه حفاظت اين سيستمها با آنها روبهرو است و در ادامه يك طرح حفاظتي مناسب با استفاده از اصول و رلههاي حفاظت مرسوم براي برطرف كردن اين مشكالت ارائه شود در بخش اول مروري بر مفاهيم تعاريف و ساختارهاي ريزشبكۀ DC انجام ميشود سپس بطور تفضيلي به مشخصات جريان خطاي حاصل از منابع مختلف موجود در ريزشبكه و نحوۀ محاسبۀ آنها پرداخته ميشود و در ادامه طرحهاي حفاظتي مهم و پايهاي كه تاكنون براي حفاظت ريزشبكه ارائه شدهاند با جزئيات مورد بررسي قرار ميگيرند اين بخش ركن اصلي براي انجام دادن پاياننامه است زيرا هرچه شناخت محققين نسبت به ريزشبكۀ DC بيشتر باشد امكان رسيدن به طرحهاي حفاظتي مطلوبتر و با مشكالت كمتر بيشتر خواهد شد در بخش دوم يك ريزشبكۀ DC عملي شامل مبدل AC DC منبع خورشيدي و باتري در نرمافزار PSCAD پيادهسازي شده است كه از آن براي بررسي اثرات خطاي قطب به قطب و قطب به زمين با مقاومت هاي مختلف خطا روي ولتاژ ريزشبكه و رفتار مبدل AC DC استفاده مي شود به عالوه مشخصۀ جريان خطاي قطب به قطب در روي باس و فيدر بار و خطاي قطب به زمين در روي باس اصلي ريزشبكۀ DC بررسي شده تا از نتايج آن در طراحي سيستم حفاظت ريزشبكۀ DC استفاده گردد با استفاده از مشخصههاي جريان خطا در ريزشبكۀ DC موردمطالعه يك طرح حفاظتي جديد ارائه شده است كه در آن براي حفاظت باس DC از حفاظت ديفرانسيل و براي حفاظت فيدرهاي بار از حفاظت اضافه جريان استفاده شده است همچنين براي حفاظت سريع خط اتصالدهندۀ باتري به باس از تركيب حفاظت اضافه جريان و جهت جريان بهرهگيري شده و براي حفاظتهاي مبدل AC DC و مبدل منبع خورشيدي از تركيب حفاظت اضافه جريان با يك تاخير زماني مشخص استفاده شده است تا ويژگيهاي يك حفاظت مطلوب برقرار و از مشكالت معمول در حفاظت ريزشبكۀ DC اجتناب شود كلمات كليدي ريزشبكۀ DC حفاظت سيستمهاي قدرت حفاظت اضافه جريان حفاظت ديفرانسيل مشخصۀ جريان خطاي ريزشبكۀ DC

AbstractDC Microgrid is a small scale power system including loads distributed generation units andenergy storage devices Due to the grid structure and local production and consumption allmicrogrids have the benefits of higher efficiency greater reliability and more efficient energymanagement systems than conventional power systems In addition DC microgrids also havesome advantages such as easy integration of distributed generation much transmission capacity great safety and eliminating resources synchronization problems Nowadays DC microgrids canbe a good alternative to parts of the traditional power systems while DC microgrids protection areconsidered as one of the main barriers to achieving this goal DC microgrid protection has manychallenges including the special fault current characteristic coupled with the extreme transientcaused by the capacitor discharge current the absence of a complete and comprehensive standardfor DC fault current absence of zero crossing in the DC current impact of earth system on earthfault current very fast protection requirement to prevent damage to some equipment high cost of DCprotective device more limited performance of the conventional protection and the muchdependency of the protection schemes on the fault resistance These problems have made DCmicrogrids protection as an attractive research and engineering subject The purpose of this thesis is to demonstrate the importance of the DC microgrid as anewfound system and indicate aforementioned issues that the protection of these systems face For this purpose some common protection schemes using the principles and conventionalprotection relays are investigated In the first section we present an overview of concepts definitions and DC microgrid structures Then the fault current characteristics of the varioussources in the DC microgrid and their calculation are discussed Moreover basic protective plans which have been proposed for the protection of the DC microgrid will be presented Thissection will be the key part of this thesis because the more researchers be aware of the DCmicrogrid higher feasibility of achieving protection schemes with fewer problems willincrease In the second section a practical DC microgrid including a AC DC converter a solar powersource and a battery is implemented in the PSCAD software After that we investigate theeffects of pole to pole and pole to ground faults with various fault resistances on the voltage ofthis microgrid and its AC DC converter behavior Furthermore the pole to pole fault currentcharacteristic on the main bus and load feeder and the pole to ground fault current characteristicon the main DC bus has been investigated in order to use its results in designing the DCmicrogrid protection system Thanks to using DC fault current characteristics we haveproposed a new protection scheme that uses differential protection to protect the DC bus andovercurrent protection to protect the load feeders Additionally a combination of overcurrentand current direction protection has been applied for the fast protection of the connectingbattery line to the bus In this scheme for protection of AC DC converter and solar powerconverter we presented a combination of overcurrent protection with a given time delay toavoid common issues related to the protections coordination in DC microgrids Keywords DC microgrid Power Systems protection Overcurrent protection Differentialprotection DC microgrid fault current characteristic

محمداسماعيل همداني گلشن

داور (اختياري): حميدرضا كارشناس، محمدصادق گلسرخي