A novel method of islanding detection in a distributed power generation system integrated with photovoltaic-array

• Autorzy: Raj Ravi , Kos Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.07.15

Warianty tytułu

PL

Nowatorska metoda wykrywania wysp w rozproszonym systemie wytwarzania energii zintegrowanym z matrycą fotowoltaiczną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Distributed generation (DG) systems have been widely applied in power systems and will also be the dominant part of future power systems. This type of generation system has features that are distinctive among non-renewable huge capacity fossil and nuclear power generation systems. These types of distributed generation are comparatively very small and most оf them are constructed for the application оf nonconventional energy such as hydraulic power or wind power in the generation of electricity. And, whenever this type of DG system аre functioned in parallel together with main utility power systems, then particularly the power quality problem beсоme more significant with reverse power flow. Reliability, frequency deviation, harmonics, and voltage deviation of the power system are the main power quality problems. Also, a critical, and major problem of power quality is аn islanding protection. Tо resolve islanding problems, the detectors of islanding conditions аre used tо find аn islanded situation and allow the circuit breaker to trip. These circuit breakers are available in between the distributed generation and the power system. This Paper presents а nоvel concept оf the detection of islanding by the support of Slip Mоde Frequency Shift (SMFS) technique fоr the defense оf distributed generator fed systems from the Islanding conditions which has been tested and verified by the help of the proposed Simulink diagram on Matlab-2021a platform.

PL

Systemy generacji rozproszonej (DG) są szeroko stosowane w systemach elektroenergetycznych i będą również dominującą częścią przyszłych systemów elektroenergetycznych. Ten typ ma cechy charakterystyczne dla nieodnawialnych systemów wytwarzania energii z paliw kopalnych i jądrowych o dużej mocy. Różne rodzaje generacji rozproszonej są porównywalnie małej mocy i większość z nich jest konstruowana do wykorzystywania energii niekonwencjonalnej, takiej jak energia hydrauliczna lub energia wiatru do wytwarzania energii elektrycznej. I kiedy ten typ systemu DG działa równolegle z głównymi systemami zasilania, to szczególnie problemy z jakością zasilania stają się bardziej znaczące przy odwróconym przepływie mocy. Niezawodność, odchylenie częstotliwości, harmoniczne i odchylenie napięcia systemu elektroenergetycznego to główne problemy dotyczące jakości energii. Ponadto krytycznym i głównym problemem jakości energii jest ochrona wysp. Aby rozwiązać problemy związane z wyspą, detektory warunków wyspowych są wykorzystywane do wykrycia szczególnej sytuacji na wyspie i umożliwienia przerwania obwodu. Wyłączniki są dostępne pomiędzy generacją rozproszoną a systemem elektroenergetycznym. Niniejsza praca przedstawia nowatorską koncepcję wykrywania zjawisk wyspowych przy pomocy techniki przesunięcia trybu poślizgu częstotliwości (SMFS) do ochrony systemów zasilanych z generatorów rozproszonych przed warunkami wyspowymi. Pomysł został przetestowany i zweryfikowany za pomocą proponowanego diagramu Simulinka na platformie Matlab-2021a.

Słowa kluczowe

EN

circuit breaker; distributed generation; MATLAB-2021; non-detection zone; PV array; slip mode frequency shift; total harmonic distortion; DG; NDZ; SMFS; THD

PL

wyłącznik; generacja rozproszona; MATLAB-2021; strefa niewykrywalna; PV-ray; przesunięcie częstotliwości w trybie poślizgu; DG; całkowite zniekształcenie harmoniczne; NDZ; SMFS; THD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 7
• Strony: 88--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Raj Ravi

• AGH University of Science and Technology, Aleja Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8073-1812

autor

Kos Andrzej

• AGH University of Science and Technology, Aleja Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3089-241X

Bibliografia

• [1] “Islanding”, From Wikipedia, the free encyclopedia, March 22, 2022, available at https://en.wikipedia.org/wiki/Islanding (accessed on March 30, 2022).
• [2] H.H. Zeineldin, A. Saif, M.M.A. Salama, & A.F. Zobaa, “Three-dimensional Non-detection Zone for Assessing Anti-islanding Detection Schemes”, Electric Power Components and Systems, vol. 38, issue 6, pp. 621-636, April 2009, DOI: 10.1080/15325000903489645.
• [3] Y.A. Elshrief, D.H. Helmi, S.A. Elhaleem, B.A. Abozalam, and A.D. Asham, “Fast and accurate islanding detection technique for microgrid connected to photovoltaic system”, Journal of Radiation Research and Applied Sciences, vol. 14, issue 1, pp. 210-221, Dec. 2021, doi: 10.1080/16878507.2021.1923913.
• [4] Z. Mi, and F. Wang, "Power Equations and Non-Detection Zoneof Passive Islanding Detection and Protection Method for Grid Connected Photovoltaic Generation System," 2009 Pacific-Asia Conference on Circuits, Communications and Systems, 2009, pp. 360-363, doi: 10.1109/PACCS.2009.167.
• [5] S.-H. Lee, and J.-W. Park, "New Islanding Detection Method for Inverter-Based Distributed Generation Considering Its Switching Frequency," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 46, no. 5, pp. 2089-2098, Sept.-Oct. 2010, doi: 10.1109/TIA.2010.2049727.
• [6] W.K.A. Najy, H.H. Zeineldin, A.H.K. Alaboudy, and W.L. Woon, "A Bayesian Passive Islanding Detection Method for Inverter-Based Distributed Generation Using ESPRIT," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 4, pp. 2687-2696, Oct. 2011, doi: 10.1109/TPWRD.2011.2159403.
• [7] H. Laaksonen, "Advanced Islanding Detection Functionality for Future Electricity Distribution Networks," in IEEE Transactionson Power Delivery, vol. 28, no. 4, pp. 2056-2064, Oct. 2013, doi: 10.1109/TPWRD.2013.2271317.
• [8] C.R. de Aguiar, G.H.F. Fuzato, A F.Q. Gonçalves, K. Ottoboni and R.Q. Machado, "Out-of-phase automatic reclosing in distributed generation systems with voltage sourceinverters," 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2015, pp. 1-5, doi: 10.1109/COBEP.2015.7420212.
• [9] D.D. Reigosa, F. Briz, C. Blanco Charro, and J.M. Guerrero, "Passive Islanding Detection Using Inverter Nonlinear Effects,"in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 11, pp.8434-8445, Nov. 2017, doi: 10.1109/TPEL.2016.2646751.
• [10] D. Mlakić, H.R. Baghaee and S. Nikolovski, "Gibbs Phenomenon-Based Hybrid Islanding Detection Strategy for VSC-Based Microgrids Using Frequency Shift, $THD_{U}$, and $RMS_{U}$," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 10, no. 5, pp. 5479-5491, Sept. 2019, doi: 10.1109/TSG.2018.2883595.
• [11] B. K. Choudhury, and P. Jena, "Superimposed Impedance-Based Passive Islanding Detection Scheme for DC Microgrids," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 10, no. 1, pp. 469-483, Feb. 2022, doi: 10.1109/JESTPE.2021.3076459.
• [12] R. Raj, and M. Praveen, “Survey of Islanding Detection Techniques for Grid-connected Photovoltaic Inverters”, International Journal of Computer Science and Network (IJCSN), Vol. 6, Issue 1, pp.14-23, Feb. 2017.
• [13] G. Wang, F. Gao, J. Liu, Q. Li, and Y. Zhao, "Design consideration and performance analysis of a hybrid islanding detection method combining voltage unbalance/total harmonic distortion and bilateral reactive power variation," in CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, vol. 5, no.1, pp. 86-100, March 2020, doi: 10.24295/CPSSTPEA.2020.00008.
• [14] Y. Gao and J. Ye, "Improved Slip Mode Frequency-Shift Islanding Detection Method," 2019 International Conference on Virtual Reality and Intelligent Systems (ICVRIS), 2019, pp. 152-155, doi: 10.1109/ICVRIS.2019.00045.
• [15] A.F. Sapar, C.K. Gan, M. Shamshiri, and A.N. Ramani, “Performance Assessment of Slip Mode Frequency Shift (SMS) Islanding Detection Methods”, Applied Mechanics and Materials 699, pp. 546-551, November 2014.
• [16] M. Pahlevani, S. Makhdoomi Kaviri, P. Jain and B. Mohammadpour, "Advanced slip mode frequency shift islanding detection method for single phase grid connected PV inverters," 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2016, pp. 378-385, doi: 10.1109/APEC.2016.7467900.
• [17] Z. Ye, A. Kolwalkar, Y. Zhang, P. Du, and R. Walling, "Evaluation of anti-islanding schemes based on nondetection zone concept," IEEE 34th Annual Conference on Power Electronics Specialist, 2003. PESC '03., 2003, pp. 1735-1741 vol.4, doi: 10.1109/PESC.2003.1217718.
• [18] S. Akhlaghi, A. Akhlaghi, and A. A. Ghadimi, "Performance analysis of the Slip mode frequency shift islanding detection method under different inverter interface control strategies," 2016 IEEE Power and Energy Conference at Illinois (PECI), 2016, pp. 1-7, doi: 10.1109/PECI.2016.7459250.
• [19] Liu Hongpeng, Liu Guihua, Wang Wei, and Wu Hui, "Research on a novel islanding detection technique," Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation, 2014, pp. 5448-5452, doi: 10.1109/WCICA.2014.7053645.
• [20] S. Dutta, P. K. Sadhu, M. J. B. Reddy, and D. K. Mohanta, ”Shifting of research trends in islanding detection method-a comprehensive survey”, Protection and Control of Modern Power System 3, 2018, doi: 10.1186/s41601-017-0075-8.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).