Dağıtık üretim tesisleri içeren adaptif korumadaki şebekelerde yeni bir röle koordinasyonu uygulaması

Öz

Elektrik dağıtım hatlarının korunması konusu günümüzde popüler olan akıllı şebekelerde olmazsa olmaz bir durumdur. Elektrik dağıtım hatlarının ise gelecekte yetersiz kalacak olması dağıtım hatlarına Dağıtık Üretimlerin (DÜ) bağlanmasını kaçınılmaz kılmaktadır. Elektrik dağıtım hatlarına gün geçtikçe artan bir şekilde DÜ ünitelerinin bağlanması birçok fayda sağlarken bir o kadar da dağıtım hattını karmaşık bir yapıya büründürmektedir. Bu durum elektrik dağıtım hatlarının korunmasını bir derece daha zorlaştırmaktadır. Rüzgâr enerjisi vb. DÜ tesislerinde enerjinin üretimi atmosfer şartlarına bağımlı olduğundan bu durum şebekede oluşabilecek kısa devre akımlarını doğrudan etkilemektedir. Bu sorunlar belirli bir koordinasyonda çalışan rölelerin yanlış çalışmasına, iki rölenin aynı anda çalışmasına (selektivite sağlanamadığından), gereksiz enerji kesintisi gibi durumlara yol açabilmektedir. Bu sorunların önüne geçmek için ise akıllı şebekelerde çift yönlü adaptif korumaya ve buna uygun şekilde çalışacak algoritmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada bahsedilen korumaya uygun bir algoritma önerilmiştir. Günümüz koşullarına ve orijinaline uygun bir şekilde değiştirilen IEEE 4-baralı test sistemi üzerinde yapılan simülasyon çalışmaları önerilen algoritma ile rölelerin daha doğru bir şekilde çalışmasına olanak sağlamıştır. Böylece önerilen algoritma ile çalışan adaptif korumadaki yedek rölelerin çalışması ile normal adaptif korumadaki yedek rölelerin çalışması karşılaştırılmış ve sonuçlar sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Adaptif koruma
• aşırı akım röle (AAR) koordinasyonu
• dağıtık üretim (DÜ)
• şebeke koruması
• akıllı şebekeler

Kaynakça

1. 1. Andersen A.N., Lund H., New CHP partnerships offering balancing of fluctuating renewable electricity productions, in J. Cleaner Prod., 15 (3), 288-293, 2007.
2. 2. Üney M.Ş., Çetinkaya N., New Metaheuristic Algorithms for Reactive Power Optimization, Tehni Ki Vjesnik, 26 (5), 1427-1433, 2019.
3. 3. Aboagye B., Gyamfi S., Ofosu E.A., Status of renewable energy resources for electricity suply in Ghana, Scientific African, 11, e00660, 2021.
4. 4. Zahraoui Y., Khan M.R.B., AlHamrouni, I., Mekhilef S., Ahmed M., Current status, scenario, and prospective of renewable energy in Algeria: A review, Energies, 14 (9), 2354, 2021.
5. 5. Ates Y., Uzunoglu M., Karakas A., Boynuegri A.R., Nadar A., Dag B., Implementation of adaptive relay coordination in distribution systems including distributed generation, J. Cleaner Prod., 112, 2697-2705, 2016.
6. 6. El-Hamrawy A.H., Ebrahiem A.A.M., Megahed A.I., Improved Adaptive Protection Scheme Based Combined Centralized/Decentralized Communications for Power Systems Equipped With Distributed Generation, IEEE Access, 10, 97061-97074, 2022.
7. 7. Zeineldin H.H., Sharaf H.M., Ibrahim D.K., El-Zahab E.E.D.A., Optimal Protection Coordination for Meshed Distribution Systems With DG Using Dual Setting Directional Over-Current Relays, IEEE Trans. Smart Grid, 6 (1), 115-123, 2014.
8. 8. Muñoz-Arango G., Mora-Flórez J., Pérez-Londoño S., Optimal data-driven adaptive overcurrent relay coordination for active distribution networks, Electric Power Systems Research, 228, 110078, 2024.

9. 9. Abdelhamid M., Kamel S., Ahmed E.M., Agyekum E.B., An adaptive protection scheme based on a modified heap-based optimizer for distance and directional overcurrent relays coordination in distribution systems, Mathematics, 10 (3), 419, 2022.
10. 10. Rezaei N., Uddin M.N., Amin I.K., Othman M.L., Marsadek M., Genetic Algorithm-Based Optimization of Overcurrent Relay Coordination for Improved Protection of DFIG Operated Wind Farms, IEEE Trans. Ind. Appl., 55 (6), 5727-5736, 2019.
11. 11. Aydın H., Dağıtık üretim tesislerinin şebekeye entegrasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2023.
12. 12. Uzun S., Dağıtık üretim tesislerinin şebeke entegrasyon etkileri ve şebeke uyumluluğunun güç sistem analizleriyle uygulamalı değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2015.
13. 13. Kaygusuz A., Tuttokmağı Ö., Acar A., Investigation of the effects of distributed-uncertain production and consumption conditions on power system stability, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 40 (2), 1049-1058, 2025.
14. 14. Çevik Bektaş S., Altaş İ., Multi-objective day-ahead optimal energy scheduling of a grid connected distribution network consisting of renewable energy sources and storage units, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 40 (2), 1335-1346, 2025.
15. 15. Sarwat A.I., Amini M., Domijan A., Damnjanovic A., Kaleem F., Weather-based interruption prediction in the smart grid utilizing chronological data, Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 4 (2), 308-315, 2016.
16. 16. Khazraj H., Yousefi Khanghah B., Ghimire P., Martin F., Ghomi M., Faria da Silva F., Leth Bak C., Optimal operational scheduling and reconfiguration coordination in smart grids for extreme weather condition, IET Gener., Transmiss. Distrib., 13 (15), 3455-3463, 2019.
17. 17. Yeroğlu C., Akdağ O., Adaptive protection method with fault current limiting mechanism for directional over current relays coordination problem, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (4), 1751-1766, 2022.
18. 18. Uddin M.N., Rezaei N., Olufemi O.E., Adaptive and Optimal Overcurrent Protection of Wind Farms With Improved Reliability, IEEE Trans. on Industry Appl., 58 (3), 3342-3352, 2022.
19. 19. Sampaio F.C., Tofoli F.L., Melo L.S., Barroso G.C., Sampaio R.F., Leão R.P.S., Adaptive fuzzy directional bat algorithm for the optimal coordination of protection system based on directional overcurrent relays, Electric Power Syst. Res., 211, 108619, 2022.
20. 20. Saldarriaga-Zuluaga S.D, López-Lezama J.M., Muñoz-Galeano N., Adaptive protection coordination scheme in microgrids using directional over-current relays with non-standard characteristics, Heliyon, 7 (4), 2021.
21. 21. Lim S.H., Lim S.T., Analysis on Coordination of Over-Current Relay Using Voltage Component in a Power Distribution System With a SFCL, IEEE Trans. Appl. Supercond., 29 (5), 1-5, 2019.
22. 22. Lim S.T., Lim S.H., Analysis on Protective Coordination between Over-Current Relays with Voltage Component in a Power Distribution System with SFCL, IEEE Trans. Appl. Supercond., 30 (4), 1-6, 2020.
23. 23. Lim S.H., Park M.K., Analysis on Protection Coordination of OCRs Using Voltage Components for the Application of SFCL in a Power Distribution System with DG, IEEE Trans. Appl. Supercond., 31 (5), 1-6, 2021.
24. 24. Cho Y.J., Lim S.H., Analysis on Protection Coordination of OCRs using Index for Impedance Compensation Considering Unsymmetrical Ground Fault in a Power Distribution System with SFCL, IEEE Trans. Appl. Supercond., 33 (5), 1-6, 2023.
25. 25. ElSayed S.K., Elattar E.E., Hybrid Harris hawks optimization with sequential quadratic programming for optimal coordination of directional overcurrent relays incorporating distributed generation, Alexandria Eng. J., 60 (2), 2421-2433, 2021.
26. 26. Vasconcelos L.H.P., Almeida A.R., Dos Santos Jr B.F., Melo N.X., Carvalho J.G.S., de Oliveira Sobreira D., Hybrid optimization algorithm applied to adaptive protection in distribution systems with distributed generation, Electric Power Systems Research, 202, 107605, 2022.
27. 27. Sharma A., Panigrahi B.K., Phase Fault Protection Scheme for Reliable Operation of Microgrids, IEEE Trans. Ind. Appl., 54 (3), 2646-2655, 2017.
28. 28. Kannaian R.B., Joseph B.B., Ramachandran R.P., An Adaptive Centralized Protection and Relay Coordination Algorithm for Microgrid, Energies, 16 (12), 4820, 2023.
29. 29. Kannuppaiyan S., Chenniappan V., Numerical Inverse Definite Minimum Time Overcurrent Relay for Microgrid Power System Protection, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 10 (1), 50-54, 2015.
30. 30. Rojnić M., Prenc R., Bulat H., Franković D., A Comprehensive Assessment of Fundamental Overcurrent Relay Operation Optimization Function and Its Constraints, Energies, 15 (4), 1271, 2022.
31. 31. González Y., Conde A., New Overcurrent Relay Coordination Method Through Time Intervals to Enhance Microgrid Protection, IEEE Access, 9, 166792-166803, 2021.
32. 32. Rojnić M., Prenc R., Topić D., Strnad I., A new methodology for optimization of overcurrent protection relays in active distribution networks regarding thermal stress curves, International journal of electrical power & energy systems, 152, 109216, 2023.
33. 33. Sampaio F.C., Tofoli F.L., Melo L.S., Barroso G.C., Sampaio R.F., Leão R.P.S., Smart Protection System for Microgrids with Grid-Connected and Islanded Capabilities Based on an Adaptive Algorithm, Energies, 16 (5), 2273, 2023.
34. 34. Luo H., Sun C., Xu H., Su J., Wang Y., A Setting Optimization Ensemble for a Distributed Power Grid Protective Relay, Applied Sciences, 14 (6), 2278, 2024.
35. 35. Chen C.R., Lee C.H., Chang C.J., Optimal overcurrent relay coordination in power distribution system using a new approach, Int. J. Electr. Power Energy Syst., 45 (1), 217-222, 2013.
36. 36. Gokhale S.S., Kale V.S., On the significance of the plug setting in optimal time coordination of directional overcurrent relays, Int. Trans. Electr. Energy Syst., 28 (11), e2615, 2018.
37. 37. Shahzad U., Asgarpoor S., A Comprehensive Review of Protection Schmes for Distributed Generation, Energy Power Eng., 9 (8), 430-463, 2017.
38. 38. Mahindara V.R., Rodriguez D.F.C., Pujiantara M., Priyadi A., Purnomo M.H., Muljadi E., Practical Challenges of Inverse and Definite-Time Overcurrent Protection Coordination in Modern Industrial and Commercial Power Distribution System, IEEE Trans. Ind. Appl., 57 (1), 187-197, 2020.
39. 39. Prenc R., Rojnić M., Franković D., Vlahinić S., On the Development of Overcurrent Relay Optimization Problem for Active Distribution Networks, Energies, 15 (18), 6528, 2022.
40. 40. Hatata A.Y., Lafi A., Ant Lion Optimizer for Optimal Coordination of DOC Relays in Distribution Systems Containing DGs, IEEE Access, 6, 72241-72252, 2018.
41. 41. Ates Y., Boynuegri A.R., Uzunoglu M., Nadar A., Yumurtacı R., Erdinc O., Paterakis N.G., Catalão J.P.S., Adaptive Protection Scheme for a Distribution System Considering Grid-Connected and Islanded Modes of Operation, Energies, 9 (5), 378, 2016.
42. 42. Momesso A.E.C., Bernardes W.M.S., Asada E.N., Fuzzy-based Non-communicating Adaptive Overcurrent Relay, IFAC-PapersOnLine, 51 (28), 315-320, 2018.
43. 43. Dindar A., Ardehali M.M., Vakilian M., Integration of wind turbines in distribution systems and development of an adaptive overcurrent relay coordination scheme with considerations for wind speed forecast uncertainty, IET Renewable Power Generation, 14 (15), 2983-2992, 2020.
44. 44. Paudyal S., Cañizares C.A., Bhattacharya K., Optimal Operation of Industrial Energy Hubs in Smart Grids, IEEE Trans. Smart Grid, 6 (2), 684-694, 2014.
45. 45. IEEE. 1991 Original Test Feeders. https://cmte.ieee.org/pes-testfeeders/resources/. Yayın tarihi Eylül 19, 2006. Erişim tarihi Ağustos 17, 2024.
46. 46. Behabtu H.A., Coosemans T., Berecibar M., Fante K.A., Kebede A.A., Mierlo J.V., Messagie M., Performance Evaluation of Grid-Connected Wind Turbine Generators, Energies, 14 (20), 6807, 2021.
47. 47. Bakar A.H.A., Ooi B., Govindasamy P., Tan C., Illias H.A., Mokhlis H., Directional overcurrent and earth-fault protections for a biomass microgrid system in Malaysia, Int. J. Electr. Power Energy Syst., 55, 581-591, 2014.
48. 48. Elmore W.A., Protective Relaying Theory and Applications, 2. edition, ABB Power T&D Company Inc., USA, 323-337, 2004.
49. 49. Shobole A., Baysal M., Wadi M., Tur M.R., Protection Coordination Practices for Industrial Ring Distribution Network Case Study of Organized Industrial Zone (GEBZE, Turkey), In 2018 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Paris- Fransa, 1027-1031, 14-17 Ekim, 2018.
50. 50. Ferraz R.S.F., Ferraz R.S.F., Rueda-Medina A.C., Batista O.E., Genetic optimisation-based distributed energy resource allocation and recloser-fuse coordination, IET Gener. Transmiss. Distrib., 14 (20), 4501-4508, 2020.
51. 51. SCRIBD. Siemens Protection Coordination. https://www.scribd.com/doc/126547666/Siemens-Protection-Coordination. Yayın tarihi Şubat 21, 2013. Erişim tarihi Ağustos 17, 2024.
52. 52. Momesso A.E.C., Kume G.Y., Faria W.R., Pereira B.R., Asada E.N., Automatic Recloser Adjustment for Power Distribution Systems, IEEE Transactions on Power Delivery., 37 (5), 3958-3967, 2022.