A Novel Protective Scheme to Protect Small-Scale Synchronous Generators Against Transient Instability

ABSTRACT

Installation of small generators in distribution networks has been increased recently due to its various benefits. One of the important issues related to these distributed generators is the effect of system faults on their transient stability. Due to the low inertia constant of the small-scale generators and the slow operation of the distribution networks’ protective relays, transient instability is quite probable for these generators. In this paper, the dynamic behavior of small-scale synchronous generators to the system faults and its sensitivity to the system parameters are investigated. Then, a practical protective method using theexisting overcurrent and undervoltage relays is proposed, and its advantages and disadvantages are pointed out. Next, based on the obtained information from sensitivity analysis, a novel protective relay is proposed to protect the generators against instability. The proposed relay uses a generator active power to determine the appropriate time to disconnect the generator. Simulation results confirm the secure operation and robustness of the proposed relay against system transients. In addition, the proposed algorithm complies with the generator fault-ride-through requirements.

INTRODUCTION

DISTRIBUTED GENERATION (DG) is defined as an elec- tric power source connected directly to the distribution network of a power system . Nowadays, the installation of DGs is increasing in power systems due to its benefits including loss reduction, peak shaving, ancillary services, higher power quality, their shorter build time, the lower loss of load probability as well as the deferral of transmission, distribution replacement, deregulation issues, and environmental concerns . However, the interconnection of DGs imposes some changes to the existing distribution systems and can create an instability in the power systems, even leading to outages . When DG operates in parallel with the utility, the improvement of the traditional distribution system protective schemes and the utilization of proper relaying and setting for DG would be the most crucial requirements to prevent generator instability. DG protection system can be divided into two main sections: interconnection protection and DG unit relays.

چکیده

نصب و راه اندازی ژنراتور های کوچک در شبکه های توزیع به تازگی به دلیل مزایای مختلف آن افزایش یافته است. یکی از مسائل مهم مربوط به این ژنراتورهای توزیع شده اثر گسل های سیستم بر پایداری گذرا آنها است. با توجه به ثابت بودن اینرسی ثابت ژنراتورهای کوچک و عملکرد آهسته رله های حفاظتی شبکه های توزیع، بی ثباتی گذرا برای این ژنراتورها کاملا امکان پذیر است. در این مقاله رفتار پویا ژنراتورهای سنکرون در مقیاس کوچک به گسل های سیستم و حساسیت آن به پارامترهای سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، یک روش حفاظتی عملی با استفاده از رله های جریان اضافی و کم ولتاژ وجود دارد و مزایا و معایب آن مشخص شده است. سپس، بر اساس اطلاعات به دست آمده از تحلیل حساسیت، یک رله حفاظتی جدید برای حفاظت از ژنراتورها در برابر بی ثباتی پیشنهاد شده است. رله پیشنهادی از یک نیروی فعال ژنراتور برای تعیین زمان مناسب برای قطع ژنراتور استفاده می کند. نتایج شبیه سازی عملکرد عملیاتی و استحکام رله پیشنهادی را در برابر گذارهای سیستم نشان می دهد. علاوه بر این الگوریتم پیشنهاد شده با الزامات خطای ژنراتور سازگار است.

مقدمه

نسل توزیع شده (DG) به عنوان یک منبع قدرت الکتریکی به طور مستقیم به شبکه توزیع یک سیستم قدرت متصل می شود. امروزه نصب و راه اندازی DG ها در سیستم های قدرت به علت مزایای آن از جمله کاهش ضربان، تراکم پیک، خدمات جانبی، کیفیت بالاتر، زمان کوتاه تر ساختن، کاهش احتمال از دست دادن بار و همچنین تعویق انتقال، جایگزینی توزیع ، مسائل مربوط به محرومیت و نگرانی های زیست محیطی. با این وجود، ارتباطات DG ها برخی تغییرات را در سیستم های توزیع موجود ایجاد می کند و می تواند بی ثباتی را در سیستم های برق ایجاد کند و حتی منجر به قطع برق نیز می شود. وقتی DG عمل به صورت موازی با ابزار، بهبود طرح های محافظ سیستم توزیع سنتی و استفاده از رله مناسب و تنظیم برای DG خواهد الزامات مهم ترین برای جلوگیری از بی ثباتی ژنراتور. سیستم حفاظت DG می تواند به دو بخش اصلی تقسیم شود: حفاظت اتصال و رله واحد DG.

Year: 2013

Publisher : IEEE

By : Reza Razzaghi, Mahdi Davarpanah, and Majid Sanaye-Pasand