protect-dg uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · uudet tekniikat sähköverkon...

28
Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian

Upload: truongquynh

Post on 15-Aug-2019

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Protect-DG

Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja

hajautetun tuotannon hallinnassa

19.09.2017

Amir Farughian

Page 2: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Overview

• Single-phase earth fault location

– Review of the existing methods

– Improving a method

• Sequence currents

• PSCAD simulations

• Theoretical analysis

– Earth fault location based on signaling

– Intermittent earth fault

• Publications and reports

19.9.2017 Protect-DG 2

Page 3: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Fault location methods

19.09.2017 Protect-DG 3

Fault location methods

Centralized Methods

Impedance based

Artificial intelligence

Travelling waves

Distributed Methods

Basic Electrical Quantities

Relays

Fault Passage Indicators

Smart Meters

Signalling

Pulse

Non-grid frequency

Page 4: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Fault location methods

19.09.2017 Protect-DG 4

Fault location methods

Centralized Methods

Impedance based

Artificial intelligence

Travelling waves

Distributed Methods

Basic Electrical Quantities

Relays

Fault Passage Indicators

Smart Meters

Signalling

Pulse

Non-grid frequency

Page 5: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Impedance-based methods not promising!

Protect-DG 5

J. Altonen and A. Wahlroos, "Performance of Modern Fault Passage Indicator Concept," in CIRED

Workshop, Helsinki, 14-15 June 2016.

“Commercial solutions for computational location of single-phase earth faults is not yet

available, regardless of the research and development work done in recent years [1]. Due to

lack of solutions for computational fault location of earth faults, application of Fault Passage

Indicators (FPIs) is

a promising alternative [2].”

But now we have smart grids:

• Good sensors

• Working communication

• IEDs with high sampling rate, etc

Decentralized

methods

19.09.2017

Page 6: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Fault location

using sequence

components

19.09.2017 Protect-DG 6

Page 7: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Basic method

Protect-DG 7

M. Lehtonen, O. Siirto and . M. F. Abdel-Fattah , "Simple Fault Path Indication Techniques for Earth Faults," in IEEE Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ), Rakvere, Estonia, 11-13 June 2014:

Along the fault current path between the feeding substation and the

fault point, the negative sequence component varies only a little but

it is practically non-existent behind the fault.

19.09.2017

Page 8: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Negative sequence component (current)

• Negative sequence current can be obtained from phase

currents

19.09.2017 Protect-DG 8

𝐼𝑛𝑒𝑔 = 1

3 (𝐼𝑎 + 𝑎𝐼𝑏 + 𝑎2𝐼𝑐)

𝑎 = −1

2+ 𝑗

3

2

𝐼𝑎

𝐼𝑏

𝐼𝑐

Page 9: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

PSCAD simulations

• Rural

– Isolated

– Compensated

• Urban

– Isolated

– Compensated

19.09.2017 Protect-DG 9

Page 10: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Some PSCAD

simulation results

of the basic

method

(Lehtonen)

19.09.2017 Protect-DG 10

Page 11: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 11

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

Page 12: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 12

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

0 A 0 A 0 A 0 A 0 A

Page 13: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 13

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

Page 14: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 14

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 0.01

44.13 A 44.21 A 6.24 A 3.07 A

Rf (Ω)

Page 15: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 15

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 44.05 A

0.01 1

44.13 A 44.02 A

44.21 A 44.09 A

6.24 A 6.22 A

3.07 A 3.06 A

Rf (Ω)

Page 16: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 16

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 44.05 A 42.66 A

0.01 1 10

44.13 A 44.02 A 42.63 A

44.21 A 44.09 A 42.70 A

6.24 A 6.22 A 6.02 A

3.07 A 3.06 A 2.96 A

Rf (Ω)

Page 17: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 17

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 44.05 A 42.66 A 23.20 A

0.01 1 10 100

44.13 A 44.02 A 42.63 A 23.18 A

44.21 A 44.09 A 42.70 A 23.22 A

6.24 A 6.22 A 6.02 A 3.27 A

3.07 A 3.06 A 2.96 A 1.61 A

Rf (Ω)

Page 18: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 18

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 44.05 A 42.66 A 23.20 A 2.99 A

0.01 1 10 100 1000

44.13 A 44.02 A 42.63 A 23.18 A 2.98 A

44.21 A 44.09 A 42.70 A 23.22 A 2.99 A

6.24 A 6.22 A 6.02 A 3.27 A 0.42 A

3.07 A 3.06 A 2.96 A 1.61 A 0.20 A

Rf (Ω)

Page 19: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

19.09.2017 Protect-DG 19

5 km 20 km 35 km 50 km

Background

network Healthy feeder

AHXAMK AL132 Pigeon Raven Primary

transformer

44.17 A 44.05 A 42.66 A 23.20 A 2.99 A

1 A

0.01 1 10 100 1000 3000

44.13 A 44.02 A 42.63 A 23.18 A 2.98 A

1 A

44.21 A 44.09 A 42.70 A 23.22 A 2.99 A

1 A

6.24 A 6.22 A 6.02 A 3.27 A 0.42 A 0.14 A

3.07 A 3.06 A 2.96 A 1.61 A 0.20 A 0.06 A

Rf (Ω)

Page 20: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Improved method

• Invention disclosure

– Addresses the shortcoming of the basic method

• Report

– theoretical analysis

– PSCAD simulations

19.09.2017 Protect-DG 20

Page 21: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Main advantages of the new method

Protect-DG 21

• Cost-effective No need for voltage measurement. It is based on only

current measurements that can be performed by

Rogowski coil

Compared to signal injection methods, there is no need

for additional injection devices

• Independent of the fault resistance

19.09.2017

Page 22: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Basic method

• The basic method is in use already in urban networks. Its

performance is good as in urban networks the fault

resistance is close to zero ohms.

19.09.2017 Protect-DG 22

Page 23: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Fault location

based on

signaling

19.09.2017 Protect-DG 23

Page 24: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Principles of the method

19.09.2017 Protect-DG 24

G. Druml, C. Raunig, P. Schenger and L. Fickert, "Fast Selective Earth

Fault Localization using the New Fast Pulse Detection Method," in 22nd

International Conference on Electricity Distribution, Stockholm, 10-13

June 2013.

Page 25: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Intermittent Earth

Fault

19.09.2017 Protect-DG 25

Page 26: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Intermittent earth fault location _ possible solution

19.09.2017 26

Faulted phase currents before and after the fault point

Protect-DG

Page 27: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Publications and reports

• Amir Farughian, Lauri Kumpulainen, Kimmo Kauhaniemi, “Review of

Methodologies for Earth Fault Indication and Location in Compensated and

Unearthed MV Distribution Networks”, Electric Power Systems Research,

2017. (accepted)

• Invention disclosure (waiting for a decision)

• Amir Farughian, Anton Poluektov,… “Earth fault location based on powerline

signaling”, The 14th International Conference on Developments in Power

System Protection, March 2018, Belfast, UK (submitted).

• Sampo Voima, Amir Farughian, “Intermittent Earth Fault Protection and

Location”, June 2017 (report)

27 Protect-DG 19.09.2017

Page 28: Protect-DG Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja ... · Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa 19.09.2017 Amir Farughian . Overview

Kiitos!

19.09.2017 28 Protect-DG