23801

طرح حفاظتي هوشمند ريزشبكه مبتني بر داده كاوي سيگنال هاي ولتاژ و جريان

دكتري

مهندسي برق-قدرت- حفاظت شبكه

1394

19/11/1399

دكتر صادق جمالي

مهندسي برق

مطالعات نشان داده است كه روش¬هاي حفاظتي متداول نمي¬تواند در ريزشبكه جوابگو باشد و حفاظت مهم¬ترين چالش بهره¬برداريِ ريزشبكه است. در اين رساله، هدف ارائه¬ي طرح¬هايي براي حفاظت ريزشبكه براساس داده¬كاوي سيگنال¬هاي ولتاژ و جريان است، به گونه¬اي كه انواع خطاها در كمترين زمان ممكن تشخيص و رفع گردند. در اين رساله، بردارهاي ويژگي¬ براي تشخيص خطا و شناسايي ناحيه¬ي خطادار تشكيل مي¬شوند. اين بردارها با روش¬هاي انتخاب ويژگي و گسسته¬سازي براي اهداف حفاظتي ريزشبكه بهبود مي¬يابند. بردارهاي ويژگي بهبود يافته وارد دسته¬بندي كننده مي¬شوند تا بهترين بردار جهت تشخيص خطا و شناسايي ناحيه¬ي خطادار بدست آيد. نتايج شبيه¬سازي¬ها نشان مي¬دهد كه بين ويژگي¬هاي برگزيده و رفتار پارامترهاي شبكه (ولتاژ و جريان) در هنگام رخداد خطا ارتباط معناداري وجود دارد. در ريزشبكه¬، علاوه بر خطا، رخدادهاي ديگري نيز روي مي¬دهند كه رفتاري شبيه به خطا دارند. اين رخدادها شامل راه¬اندازي موتور، كليدزني بار سنگين، خروج خازن و انرژي¬دار كردن ترانسفورماتور است. در اين رساله، روش¬ حفاظتي مبتني بر داده¬كاوي شكل موج ولتاژ ارائه مي¬شود كه مي¬تواند منجر به تشخيص خطا از اين رخدادها شود. به اين منظور، ويژگي¬هايي با استفاده از رفتار و ماهيت افت ولتاژ¬ها استخراج مي-شود، طوري كه مستقل از ساختار ريزشبكه، و نوع، ظرفيت و محل نصب منابع انرژي پراكنده خطا را از ساير رخدادهاي عادي ريزشبكه تشخيص دهد. به علاوه، روشي مبتني بر داده¬كاوي و دسته¬بندي كننده¬ي تركيب شده بصورت سري ارائه مي¬شود كه با تجزيه و تحليل سيگنال¬هاي جريان خطا در حوزه¬ي مودال دسته¬بندي خطا (تعيين فازهاي خطادار) را انجام داده و قابليت قطع انتخابي فازها را فراهم مي¬كند. نتايج شبيه¬سازي¬هاي اين رساله نشان مي¬دهد كه ويژگي-هاي توليد شده از مؤلفه¬هاي متقارن و تبديل كلارك محتواي اطلاعاتي لازم را به ترتيب براي تعيين نوع خطا و تشخيص فازهاي خطادار ارائه مي¬دهند. در نهايت، طرح¬هاي جامع حفاظتي ريزشبكه براساس اصول داده¬كاوي ارائه مي¬شوند كه مهم¬ترين نيازمندي¬هاي يك سيستم حفاظتي يعني سرعت و دقت را ارضاء كرده و قابليت استفاده در حالت¬هاي جزيره-اي و متصل به شبكه، و ساختارهاي مش و شعاعي را دارند. طرح¬هاي ارائه شده هر سه تابع حفاظتي شامل تشخيص خطا، شناسايي ناحيه¬ي خطادار و دسته¬بندي خطا را پوشش مي¬دهند.

1399/12/18

Intelligent Microgrid Protection Schemes Using Data Mining of Voltage and Current Signals

2/8/2022 12:00:00 AM

Protection is the main challenge of microgrid operation and recent research works have demonstrated that conventional protection methods have shortcomings in solving microgrid protection issues. This thesis presents a new microgrid protection method based on data mining of voltage and current signals to construct feature vectors for fast fault detection and accurate faulted section identification of all fault types. These vectors are pre-processed using feature selection methods and discretisation technique. They are input into classifiers to determine the best feature vector. The simulation results show that there is a good relationship between selected features and network parameters (voltage and current) during fault events. There are other non-fault events in a microgrid operation, which have same behavior alike faults. These events include motor starting, heavy load switching, capacitor exiting, and transformer energisation. This thesis proposes a voltage-based protection scheme using the extracted features from voltage sags to discriminate between faults and normal events. These features can identify faults regardless of microgrid structure, type, capacity, and location of distributed energy resources (DERs). This thesis also proposes a fault classification method using series combined classifiers, which analyses fault current signals in modal domain and provides selective phase tripping. The simulation results demonstrate that the features extracted based on symmetrical components and Clarke transformations carry the most information for determining fault type and identifying the faulted phase(s), respectively. Finally, this thesis presents data mining-based microgrid protection schemes, which satisfy important protection requirements such as speed and accuracy. The proposed schemes can be implemented in radial and meshed microgrids with islanded or grid connected modes of operation. The schemes consist of three protection functions including fault detection, faulted section identification, and fault classification. The performance of the schemes have been validated by numerous simulation results.

حفاظت , ريزشبكه