Alçak gerilim halka tipi DC mikro şebekeler için koruma şeması

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.