Geri Dön

Loop type DC micro-grid protection

Alçak gerilim halka tipi DC mikro şebekeler için koruma şeması

PDF İndir

  1. Tez No: 496305
  2. Yazar: EMAN NAZUM ABDALAZIZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER USTA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 96

Özet

Bu tezin amacı, alçak gerilim halka tipi DC mikro şebekeler için bir koruma şeması önermektir. Bu tür mikro şebekeler, kırsal alanlarda ve şebeke nakil hatlarının ulaşmasının zor ve pahalı olduğu bölgelerde güç dağıtımı problemi için mükemmel bir çözümdür. Artan elektrik ihtiyacı ve sürdürülebilir kaynaklara duyulan ihtiyaç birçok yeni ve yenilikçi çözümün temel nedeni olmaktadır. Bu çözümlerden bir tanesi, dağıtım seviyesinde yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmak ve müşterilere elektrik sağlamak için bir mikro şebekeler inşa etmektir. Bu tezin ikinci bölümünde, temel olarak üretim kaynakları, elektrik depolama sistemleri, güç elektroniği dönüştürücüleri (DC'den DC'ye ve AC'den DC'ye) ve yüklerden oluşan küçük ölçekli enerji ağları olan mikro şebekelerin tanımına geçilir. Ayrıca bu bölümde, hem AC hem de DC tiplerinde mikro şebekelerin yapısı incelenmiştir. Hangi mikro şebeke türünün daha uygun olduğunu tanımlamak için AC mikro şebeke ve DC mikro şebeke arasında birçok farklı açıdan karşılaştırma yapılmaktadır. Her iki çalışma modu;ekonomik, çevre dostu ve teknik yönleri içeren farklı işletme stratejileri açısından incelenmektedir. Üçüncü bölümde, mikro şebekeler için mikro şebeke koruma konuları tanımlanmaktadır. Her iki mikro şebeke modunda akım dağılımlarının hesaplanması açıklanmıştır. Aşırı akım tekniği ve ters zamanlı açma eğrisi kullanan AC mikro şebeke koruması açıklanmaktadır. Ek olarak, bu koruma yönteminin dezavantajları da belirtilmektedir. Ethernet tabanlı sistem kullanılarak sağlanan güvenli haberleşme, AC mikro şebeke fider koruması için önerilen iletişim tekniğidir. Daha sonra, hat akım diferansiyel koruma (LCDP) sistemi ve iletişim sistemi açıklanmış ve AC mikro şebekenin fider koruması için kullanılan koruma metodu da anlatılmıştır. Bir sonraki bölümde, 4S özelliği adı verilen koruma sistemi özellikleri açıklanmaktadır. Bunlar: 1. Seçicilik (sadece en küçük hatalı parçanın izole edilmesi). 2. Hassasiyet (koruma sistemi, geçici olmayan durumlara ve arızalar olmayan anormal durumlara cevap vermez). 3. Hız (hızlı tepki) (MG'nin farklı bileşenlerine gelen yüksek genlikli arızaların neden olduğu zararları önlemek için). 4. Güvenlik (koruma sistemi harici arızalara cevap vermemesi). Dolayısıyla, koruma sisteminden beklenen, anormal koşulların etkilerini azaltmak için mümkün olan en küçük hatalı parçayı algılamak ve izole etmektir. Bölüm 3.3.2'de DC mikro şebeke için olası arızaları ele alıyoruz. Genellikle DC mikro şebekede iki tür arıza türü vardır ve bunlar faz-toprak, faz-faz arızalarıdır. Faz-toprak hataları düşük empedanslı veya yüksek empedanslı arızalar olabilirken, faz-faz arızaları genellikle yüksek arıza empedansına sahiptir. Bir sonraki bölümde ise, DC mikro şebeke için koruma sisteminin temel bileşenleri belirtilmiştir. Bunlar: 1. Koruyucu cihazlar: Akım kesme cihazları, sigortalar ve devre kesicilerdir. Katı hal devre kesiciler (SSCB), ultra-yüksek hızlı devre kesiciler olarak sınıflandırılır; bunların tipik olarak çalışma süresi olarak 50 μ saniyedir. IGBT tabanlı SSCB'ler, hızlı kesme süresine ve yüksek kısa devre arıza akımına dayanıklılık özelliklerine sahip oldukları için alçak gerilimli DC sistemlerde (1200 V'den düşük) kullanılır. 2. Koruyucu röle: Dijital röleler kullanılır ve eşik değerlerini ayarlamak için mikrokontrolörlerle ve ölçüm değerlerini dijital form haline getirmek için analogdan dijital dönüştürücülerle donatılmıştır (ADC). 3. Ölçüm ekipmanı: Ölçüm cihazları kullanılan DC akım ve gerilim seviyeleri için uygun olmalıdır. DC akımları ölçmek için kullanılan Hall Efekti cihazları gibi akım dönüştürücü cihazlar kullanılır. Bu cihazlar, kablo etrafındaki manyetik alanı algılayan akım sensörleri içerir; bu şekilde akım ölçülür ve ardından geçen akımla orantılı bir dijital çıkış sinyali üretilir. Son olarak, DC sistemde kullanılan topraklama sistemi için iki yaklaşım açıklanmıştır. Bunlar TN-S DC sistemi ve IT DC sistemidir. Bu topraklama sisteminin işlevi, toprak hatalarını tespit ederek şahısların ve ekipmanların güvenliğini temin etmek suretiyle tüm sistemin güvenli bir şekilde çalışmasını sağlamaktır. Dördüncü bölümde, akış şeması ile açıklanmak suretiyle alçak gerilim halka tipi DC mikro şebekenin korunması için bir yöntem önerilmiştir. Bu yöntem orantısal hat akım koruma şemasıdır. Yönlü koruma için basit bir ilke olan akım karşılaştırması kullanılmaktadır. Her bir uçta, mikroişlemci, diferansiyel akımı bulabilmek için korunan hattın giriş ve çıkış akım değerlerinin toplamını hesaplar. Diferansiyel akım normal çalışma koşulları altında veya korunan hat üzerinde oluşan arızalarda teorik olarak sıfırdır. Dolayısıyla, koruma cihazı açma sinyali göndermez. Dahili arıza koşullarında, değerlendirilen diferansiyel akım, çalışma eşiğinden (Ɛ) daha büyük olursa koruma cihazı arızayı gidermek için bir açma sinyali gönderecektir. Bir sonraki bölümde bir DC mikro şebeke önerilmektedir. Önerilen 1200 volt seviyesindeki alçak gerilim halka tipi DC mikro şebeke, bir DC-DC dönüştürücüye bağlı güneş panosundan, 2 MW'lık bir DC yükten, AC / DC dönüştürücüye bağlı bir rüzgar türbini ve şebekeye DC / DC dönüştürücü ile bağlanan DC bataryadan oluşur. Beşinci bölümde önerilen DC mikro şebeke için dördüncü bölümdeki değer tablolarına göre MATLAB / Simulink ortamı kullanılarak bir simülasyon gerçekleştirilmiştir. İlk kısım, tüm DC mikro şebeke bileşenlerinin modellenmesinden bahsetmektedir. Bir sonraki bölümde, baralardaki normal çalışma voltajlarının ve iletim hatlarındaki akımların simülasyon sonuçları gösterilmektedir. DC mikro şebekesinin iletim hatlarındaki farklı arıza empedanslarına ve arıza konumlarına sahip dört farklı kısa devre faz-toprak arızası için için simülasyon sonuçları bulunmaktadır. Ve bu arızaların oransal yönlü akım koruma tekniği ile ortadan kaldırılmasını gösteren sonuçlar da bulunur. Sonuçlar altıncı bölümde bulunmaktadır. DC halka tipi mikro şebekenin korunması bu tezde önerilmiş ve test edilmiştir. Bu çalışma, DC mikro şebekenin ayrı çalışma içermekte olup bu yapı kırsal alanlar ve uzak alan elektrifikasyonu için en iyi çözümlerdir, çünkü şebeke nakil hattının uzatılması yüksek oranda maliyetlidir veya güçtür. Buna ek olarak, DC güç kullanmak, daha az dönüştürme kademesi ve daha az iletim kaybına sebep olarak daha verimli olur. Ayrıca modern yükler olan güç elektroniği yüklerine daha uygundur. Normal çalışma gerilimleri ve akımları simüle edilmektedir ve DC sistemi için sürekli gerilimler ve akımlar gösterilir. Düşük empedans kısa devre faz arızası için 0,2 ohm ve yüksek empedanslı kısa devre faz arızası için 0,6 ohm kullanılmasının yanında farklı arıza empedanslarına sahip kısa devre faz toprak arızalarına ek olarak, iletim hattında farklı lokasyonlarda arızalar, hattın sonunda F1 ve iletim hattının orta noktasındaki F2, simüle ve analiz edilir. Arıza akımı, arıza yolunun empedansına bağlıdır, bu nedenle her arıza durumunda arıza akımının yükselme süresi ve şiddetleri farklıdır. Yukarıda bahsedilen arızaları gidermek için oransal yönlü akım koruma şeması uygulanmaktadır. Hall Efekti dönüştürücü, dijital röle ve dijital iletişim kanalları koruma şemasının ana bileşenleridir. Koruma sisteminin dayanıklılığı birçok kez sınanmıştır. Basit bir şema, 6 milisaniyeden daha kısa sürede hızlı tespit süresi, dahili arıza için yüksek hassasiyet ve seçicilik, harici arıza için yüksek güvenlik ve yük değişiminden dolayı gerçekleşen aşırı akımı algılayabilme, uygulanmış koruma şemasının karakteristikleri arasındadır. Önerilen koruma sistemi bütün hataları başarıyla gidermiştir. Haberleşme kanalı arızasında DC mikro şebekenin iletim hatlarının koruması için bir yedek koruma sistemi gereklidir. Bu yedek koruma sistemi, birincil şemanın yitirildiğine dair bir uyarı sonrasında çalışmalıdır.

Özet (Çeviri)

The aim of this thesis is to propose a protection scheme for low voltage loop type DC micro grids. This type of micro grids is a perfect solution for the problem of power distribution in the rural areas and far areas where the utility transmission lines is difficult and very expensive to be extended there. The increasing needs to electricity and the need to sustainable sources, is the basic motive to many new innovative solutions. One of these methods is using the renewable energy sources in distribution level and construct a micro grids to provide customers with electricity. In the second chapter in this thesis we get through the definition for micro grids, the structure of micro grids in both their type AC and DC, their different components are defined. A comparison is held between AC micro grid and DC micro grid in many different aspects to identify which micro grid type is more feasible. Both operation modes (on and off grid) and different operation strategies which includes economic, environment friendly and technical aspects are all explained. In the third chapter micro grid protection issues is defined for micro grids. Method to calculate the current contributions in both micro grid modes is presented. AC micro grid protection using overcurrent technique and providing time-current tripping curve is detailed. In addition, the disadvantages of this method of protection is pointed. Secure communication using Ethernet – based system is the proposed communication technique for AC micro grid feeder protection. After that, line current differential protection (LCDP) system and its communication system is explained and protection method used for feeder protection of AC micro grid is explained too. The next section contains detailed explanation of the DC micro grid requirements for protection system and possible faults type in DC systems, in addition, the components of protection system is mentioned. In chapter four a method for the protection of low voltage loop DC type micro grid is proposed with its flow chart. A percentage directional line current protection scheme is used and a reliable and high speed digital communication channel is proposed.in chapter five a simulation for the DC micro grid is done using matlab /Simulink. The simulation include the normal operation of the micro grid in addition to the faulty condition by creating short circuit on the transmission lines of the DC micro grid. And the simulation for clearing the faults by using percentage directional line current protection technique. Conclusions are drawn in sixth chapter. The main purpose of this thesis is achieved and the proposed protection scheme is worked successfully.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    368764

    Design and implementation of a 200W microinverter for grid connected energy conversion system

    Şebekeye bağlanabilen fotovoltaik enerji dönüşüm sistemi için 200W mikroevirici tasarımı ve üretimi

    SEMİH KAVURUCU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET MASUM HAVA

  2. Tez No

    718066

    Simulation and circuit design of an inverter driver with sensorless field oriented control for a PMSM used in compressor

    PMSM kullanılan kompresör için ve algılayıcısız alan yönlendirmeli kontrol kullanılan evrici sürücünün benzetim ve devre tasarımı

    TOLGA ODABAŞI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LALE ERGENE

  3. Tez No

    397117

    Mikro hidroelektrik santraller için mikroişlemci tabanlı hız regülatörü sisteminin gerçekleştirilmesi

    The realization of microprocessor based speed regulation for micro hydroelectric power plant

    ÖMÜR BINARBAŞI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEMAL YILMAZ

  4. Tez No

    439497

    Design and production of benchtop x-ray imaging system

    Masaüstü x-ışını görüntüleme sisteminin dizaynı ve üretimi

    MEHMET ERHAN EMİRHAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CENAP ŞAHABETTİN ÖZBEN

  5. Tez No

    421163

    Bölge tanımlı kapalı alanlar için düşük güçlü bluetooth konumlama sistemi

    Bluetooth low energy based zone-defined indoor positioning system

    MUSTAFA GÜLERYÜZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    ÖĞR. GÖR. HASAN BÜLENT YAĞCI

Geri Dön