• Energy Research

Conventional protection schemes in the distribution system are liable to suffer from high penetration of renewable energy source-based distributed generation (RES-DG). The characteristics of RES-DG, such as wind turbine generators (WTGs), are stochastic due to the intermittent behavior of wind dynamics (WD). It can fluctuate the fault current level, which in turn creates the overcurrent relay coordination (ORC) problem. In this paper, the effects of WD such as wind speed and direction on the short-circuit current contribution from a WTG is investigated, and a robust adaptive overcurrent relay coordination scheme is proposed by forecasting the WD. The seasonal autoregression integrated moving average (SARIMA) and artificial neuro-fuzzy inference system (ANFIS) are implemented for forecasting periodic and nonperiodic WD, respectively, and the fault current level is calculated in advance. Furthermore, the ORC problem is optimized using hybrid Harris hawks optimization and linear programming (HHO–LP) to minimize the operating times of relays. The proposed algorithm is tested on the modified IEEE-8 bus system with wind farms, and the overcurrent relay (OCR) miscoordination caused by WD is eliminated. To further prove the effectiveness of the algorithm, it is also tested in a typical wind-farm-integrated substation. Compared to conventional protection schemes, the results of the proposed scheme were found to be promising in fault isolation with a remarkable reduction in the total operation time of relays and zero miscoordination.

Renewable energy-based distributed generators (DGs) are gaining more penetration in modern grids to meet the growing demand for electrical energy. The anticipated techno-economic benefits of these eco-friendly resources require their judicious and properly sized allocation in distribution networks (DNs). The preeminent objective of this research is to determine the sizing and optimal placing of DGs in the condensed DN of a smart city. The placing and sizing problem is modeled as an optimization problem to reduce the distribution loss without violating the technical constraints. The formulated model is solved for a radial distribution system with a non-uniformly distributed load utilizing the selective particle swarm optimization (SPSO) algorithm. The intended technique decreases the power loss and perfects the voltage profile at the system’s nodes. MATLAB is used for the simulation, and the obtained results are also validated by the Electrical Transient Analysis Program (ETAP). Results show that placing optimally sized DGs at optimal system nodes offers a considerable decline in power loss with an improved voltage profile at the network’s nodes. Distribution system operators can utilize the proposed technique to realize the reliable operation of overloaded urban networks.

Avec la pénétration de la production distribuée basée sur les sources d'énergie renouvelables (RES-DG) dans le réseau de distribution (DN), le temps de fonctionnement des relais de protection devient une préoccupation majeure pour éviter la mauvaise coordination et le déclenchement intempestif du RES-DG. Il est dû au flux bidirectionnel de courant, à la variance du niveau de courant de défaut, c'est-à-dire un courant de défaut élevé dans le cas du RES-DG basé sur le générateur à induction à cage d'écureuil (SCIG) et un courant de défaut faible pour un RES-DG basé sur un onduleur. Ce document propose une nouvelle surintensité de direction à double réglage définie par l'utilisateur. relais avec des caractéristiques de courant-tension de temps hybride (UDDOR-TCV) pour intensifier la flexibilité du schéma proposé sans aucune assistance de communication pour DN radial. Le modèle proposé est formulé d'une manière d'optimisation non linéaire contrainte et résolu avec le solveur MINLP du logiciel de système de modélisation algébrique générale (GAMS) pour déterminer les paramètres de relais optimaux. Le schéma de protection proposé est simulé sur le système de distribution radiale de bus IEEE-33 et un système local de 40 bus hébergeant les multiples SCIG et PV à base de res-DG à des emplacements optimaux. Des études numériques détaillées sont effectuées pour montrer la performance du schéma proposé.66.848% et Une réduction de 68,26 % du temps de fonctionnement des relais avec zéro erreur de coordination est obtenue avec le cas SCIG-WTG et le cas des unités PV pour le système de bus IEEE-33 et une réduction similaire du temps de fonctionnement est de 68,937 % et 66,563 % pour le système de bus Local-40. De plus, les nombres de relais sont réduits de 32,692 % et 39,7 % pour les systèmes de bus IEEE-33 et Local-40, respectivement, en raison de la capacité de caractéristiques avant/arrière de l'UDDOR-TCV. La performance du schéma proposé est également évaluée sur le DN maillé de bus IEEE-8. Les résultats sont comparés aux schémas de protection existants dans la littérature récente. Con la penetración de la generación distribuida basada en fuentes de energía renovables (RES-DG) en la red de distribución (DN), el tiempo de funcionamiento de los relés de protección se convierte en una preocupación importante para evitar la mala coordinación y el disparo molesto de RES-DG. Se debe al flujo bidireccional de corriente, la varianza en el nivel de corriente de falla, es decir, la alta corriente de falla en el caso de RES-DG basado en el generador de inducción de jaula de ardilla (SCIG) y la baja corriente de falla para un RES-DG basado en inversor. Este documento propone una nueva sobrecorriente de doble configuración definida por el usuario relé con características de corriente-voltaje de tiempo híbrido (UDDOR-TCV) para intensificar la flexibilidad del esquema propuesto sin ninguna asistencia de comunicación para DN radial. El modelo propuesto se formula de una manera de optimización no lineal restringida y se resuelve con el solucionador MINLP del software del sistema de modelado algebraico general (GAMS) para determinar los ajustes óptimos del relé. El esquema de protección propuesto se simula en el sistema de distribución radial de bus IEEE-33 y un sistema local de 40 buses que aloja los múltiples RES-DG basados en SCIG y PV en ubicaciones óptimas. Se llevan a cabo estudios numéricos detallados para mostrar el rendimiento del esquema propuesto.66.848% y Se logra una reducción del 68.26% en el tiempo de operación del relé con cero descoordinación con la caja SCIG-WTG y la caja de unidades PV para el sistema de bus IEEE-33 y una reducción similar en el tiempo de operación es del 68.937% y 66.563% para el sistema de bus Local-40. Además, los números de relés se reducen en un 32.692% y 39.7% para los sistemas de bus IEEE-33 y Local-40, respectivamente, debido a la capacidad de características de avance/retroceso del UDDOR-TCV propuesto. El rendimiento del esquema propuesto también se evalúa en el DN. en malla del bus IEEE-8. Los resultados se comparan con los esquemas de protección existentes en la literatura reciente. With the penetration of renewable energy sources based distributed generation (RES-DG) in the distribution network (DN), the operating time of protection relays becomes a major concern to avoid the mis-coordination and nuisance tripping of RES-DG.It is due to the bidirectional flow of current, variance in the fault current level, i.e. high fault current in case of Squirrel cage induction generator (SCIG) based RES-DG, and low fault current for an inverter-based RES-DGs.This paper proposes a novel User-defined dual setting direction overcurrent relay with hybrid time current-voltage (UDDOR-TCV) characteristics to intensify the proposed scheme's flexibility without any communication assistance for radial DN.The proposed model is formulated in a constrained non-linear optimization fashion and solved with the MINLP solver of general algebraic modelling system(GAMS) software to determine the optimal relay settings.The propounded protection scheme is simulated on IEEE-33 bus radial distribution system and a local 40-bus system hosting the multiple SCIG and PV based RES-DGs at optimal locations.Detailed numerical studies are carried out to show the performance of the proposed scheme.66.848% and 68.26% reduction in relay operation time with zero mis-coordination is achieved with SCIG-WTG case and PV-units case for the IEEE-33 bus system and a similar reduction in operation time is 68.937% and 66.563% for Local-40 bus system.Moreover, the relays numbers are reduced by 32.692% and 39.7% for IEEE-33 and Local-40 bus systems, respectively, due to the forward/reverse characteristics capability of the proposed UDDOR-TCV.The performance of the proposed scheme is also evaluated on IEEE-8 bus meshed DN.The results are compared with the existing protection schemes in recent literature. مع اختراق التوليد الموزع القائم على مصادر الطاقة المتجددة (RES - DG) في شبكة التوزيع (DN)، يصبح وقت تشغيل مرحلات الحماية مصدر قلق كبير لتجنب سوء التنسيق والتعثر المزعج لـ RES - DG. ويرجع ذلك إلى التدفق ثنائي الاتجاه للتيار، والتباين في مستوى تيار الخطأ، أي تيار خطأ مرتفع في حالة مولد حث قفص السنجاب (SCIG) القائم على RES - DG، وتيار خطأ منخفض لـ RES - DGs القائم على العاكس. تقترح هذه الورقة تيارًا زائدًا جديدًا مزدوج الإعداد محددًا من قبل المستخدم التتابع مع خصائص الجهد الحالي للوقت الهجين (UDDOR - TCV) لتكثيف مرونة المخطط المقترح دون أي مساعدة في الاتصال لـ DN الشعاعي. تمت صياغة النموذج المقترح بطريقة تحسين غير خطية مقيدة وحلها باستخدام برنامج MINLP لنظام النمذجة الجبري العام (GAMS) لتحديد إعدادات التتابع المثلى. تتم محاكاة مخطط الحماية المقترح على نظام التوزيع الشعاعي للحافلة IEEE -33 ونظام 40 حافلة محلي يستضيف العديد من SCIG و RES - DGs المستندة إلى PV في المواقع المثلى. يتم إجراء دراسات رقمية مفصلة لإظهار أداء المخطط المقترح .66.848 ٪ و يتم تحقيق انخفاض بنسبة 68.26 ٪ في وقت تشغيل المرحل مع عدم وجود سوء تنسيق مع حالة SCIG - WTG وحالة الوحدات الكهروضوئية لنظام ناقل IEEE -33 وانخفاض مماثل في وقت التشغيل هو 68.937 ٪ و 66.563 ٪ لنظام ناقل Local -40. علاوة على ذلك، يتم تقليل أعداد المرحلات بنسبة 32.692 ٪ و 39.7 ٪ لأنظمة ناقل IEEE -33 و Local -40، على التوالي، بسبب قدرة الخصائص الأمامية/العكسية لـ UDDOR - TCV المقترح. يتم تقييم أداء المخطط المقترح أيضًا على شبكة ناقل IEEE -8. تتم مقارنة النتائج مع مخططات الحماية الحالية في الأدبيات الحديثة.