GR1009858B - Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης - Google Patents
Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης Download PDFInfo
- Publication number
- GR1009858B GR1009858B GR20190100449A GR20190100449A GR1009858B GR 1009858 B GR1009858 B GR 1009858B GR 20190100449 A GR20190100449 A GR 20190100449A GR 20190100449 A GR20190100449 A GR 20190100449A GR 1009858 B GR1009858 B GR 1009858B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- harmonic
- phase
- injection
- voltage
- zero
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 7
- 230000027311 M phase Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
- G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
- G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
- G01R22/061—Details of electronic electricity meters
- G01R22/066—Arrangements for avoiding or indicating fraudulent use
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
- H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
- H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
- H02H3/338—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers also responsive to wiring error, e.g. loss of neutral, break
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
Ολοκληρωμένο σύστημα ανίχνευσης εσφαλμένων συνθηκών των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, μονοφασικών, τριφασικών ή πολυφασικών που συνδέονται στα δίκτυα διανομής, το οποίο περιλαμβάνει τις εξής λειτουργίες: ανίχνευση του φαινόμενου της νησιδοποίησης, της διακοπής του ουδέτερου αγωγού καθώς και της ρευματοκλοπής σε όλες τις εγκαταστάσεις, ανεξάρτητα από την ύπαρξη, το είδος και τη σύσταση της τοπικής ηλεκτροπαραγωγής, συμπεριλαμβανομένης της μονάδας αποθήκευσης ενέργειας. Το ολοκληρωμένο σύστημα ανίχνευσης συνδέεται σε σειρά ή ενσωματώνεται στον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας της εγκατάστασης. Επίσης,μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιονδήποτε τύπο αντιστροφέα. Η λειτουργία του στηρίζεται στη στοχευμένη έγχυση αρμονικών συνιστωσών τάσης μηδενικής ακολουθίας, χωρίς να μεταβάλλεται η ροή της ενεργού ή/και της αέργου ισχύος της Εγκατάστασης. Παράλληλα, η παραμόρφωση τάσης/ρεύματος που εισάγει είναι πολύ χαμηλότερη από τα επιτρεπτά όρια. Το φαινόμενο της νησιδοποίησης καθώς και η διακοπή του ουδέτερου αγωγού ανιχνεύονται επιτυχώς και διαχωρίζονται μέσω της καταγραφής του μέτρου της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας στην είσοδο του συστήματος ανίχνευσης, ακόμη και υπό συνθήκες πλήρους ισορροπίας της παραγωγής και του φορτίου της εγκατάστασης. Επιπρόσθετα, επιτυχώς ανιχνεύεται και η απόπειρα ρευματοκλοπής μέσω γεφύρωσης του αγωγού της φάσης του μετρητή, περίπτωση η οποία δεν αντιμετωπίζεται σήμερα αποτελεσματικά από τους μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας (έξυπνους ή συμβατικούς).
Description
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ
Τίτλος Διπλώματος Ευρεσιτεχνίας Έξυπνο σύστημα ολοκληρωμένης προστασίας έναντι νησιδοποίησης, διακοπής του ουδέτερου αγωγού, ρευματοκλοπής
Πεδίο εφαρμογής
Η παρούσα εφεύρεση είναι μία συσκευή που προστατεύει τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις που συνδέονται στα Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας έναντι του φαινόμενου της νησιδοποίησης καί της διακοπής του ουδέτερου αγωγού της εγκατάστασης, επιπρόσθετα παρέχει προστασία των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας έναντι ρευματοκλοπής. Η προστασία που παρέχει η εφεύρεση είναι ανεξάρτητη του ποσοστού διείσδυσης των διεσπαρμένων μονάδων παραγωγής στο Δίκτυο Ηλεκτρικής Ενέργειας καί στην ίδια την εγκατάσταση. Σύμφωνα με το Σχήμα 1, η συσκευή αυτή μπορεί να τοποθετηθεί τόσο εντός (θέση 1 ή 2) του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας όσο καί σε σειρά με αυτόν (θέση 3 ή 4) καί μπορεί να λειτουργήσει για οποιονδήποτε τύπο ηλεκτρικής εγκατάστασης (π.χ. TN-S, TN-C κτλ.).
Η τοποθέτηση εκτός του μετρητή μπορεί να προσφέρει τις παρακάτω λειτουργίες:
1. Ανίχνευση φαινόμενου νησιδοποίησης,
2. Ανίχνευση διακοπής ουδέτερου αγωγού
Η τοποθέτηση εντός του μετρητή μπορεί να προσφέρει:
1. Ανίχνευση φαινόμενου νησιδοποίησης
2. Ανίχνευση διακοπής ουδέτερου αγωγού
3. Ανίχνευση ρευματοκλοπής της συσκευής του μετρητή
Περιγραφή του προβλήματος
Το φαινόμενο της νησιδοποίησης είναι ένα πρόβλημα που έχει απασχολήσει πολύ τη διεθνή κοινότητα. Η ολοένα αυξανόμενη διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς καί η συνεχής προώθηση τεχνολογιών (concepts) όπως οι Vehicle to Grid, Near Zero Energy Buildings οδηγούν στην ολοένα συχνότερη εμφάνιση του φαινόμενου της νησιδοποίησης. Η ανίχνευση του φαινόμενου αυτού πραγματοποιείται από τους αντιστροφείς οι οποίοι εγχέουν ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο. Οι μέθοδοι ανίχνευσης των εμπορικών αντιστροφέων μπορεί να καθίστανται αναποτελεσματικοί, ιδιαίτερα στην περίπτωση όπου υπάρχουν συνθήκες προσαρμογής του φορτίου (Load matching case) με την παραγωγή και για συντελεστή ποιότητας του νησιδοποιημένου δικτύου (QF) μεγαλύτερο από 1. Επίσης, προβλήματα στην ανίχνευση του φαινόμενου έχουν αναφερθεί στην περίπτωση διασύνδεσης πολλαπλών αντιστροφέων στην ίδια ηλεκτρική εγκατάσταση (κοινό σημείο σύνδεσης). Το γεγονός αυτό οδηγεί στην ανάγκη ανάπτυξης μιας ολοκληρωμένης μεθόδου ανίχνευσης του φαινόμενου της νησιδοποίησης σε κάθε ηλεκτρική εγκατάσταση, η οποία θα μπορεί να το ανιχνεύει αποτελεσματικά χωρίς να επηρεάζεται και να προκαλεί προβλήματα στις μεθόδους ανίχνευσης που υλοποιούν οι αντιστροφείς που λειτουργούν στην εγκατάσταση.
Η διακοπή του ουδέτερου αγωγού είναι ένα πρόβλημα στα δίκτυα χαμηλής τάσης το οποίο σχετίζεται άμεσα τόσο με την ασφάλεια του ανθρώπου όσο και του εξοπλισμού της εγκατάστασης. Συγκεκριμένα, η διακοπή του ουδέτερου αγωγού στο ανάντι δίκτυο της ηλεκτρικής εγκατάστασης μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνες τάσεις επαφής στα μεταλλικά περιβλήματα των γειωμένων συσκευών, οι οποίες δεν μπορούν να εντοπισθούν αποτελεσματικά από οποιαδήποτε μέσο προστασίας της εγκατάστασης. Πρόκειται για ένα θέμα το οποίο δεν έχει αναλυθεί διεξοδικά στη διεθνή βιβλιογραφία, οπότε και δεν έχουν προταθεί αξιόπιστες λύσεις για την ανίχνευσή του.
Η ρευματοκλοπή αποτελεί πολύ σημαντικό πρόβλημα το οποίο αφορά ιδιαίτερα του παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς ένα μεγάλο ποσοστό της παραγόμενης ενέργειας καταναλώνεται χωρίς να υπάρχει η δυνατότητα να κοστολογηθεί. Οι μέθοδοι με τις οποίες πραγματοποιείται η ρευματοκλοπή είναι αρκετοί (π.χ. με την αντιμετάθεση των φάσεων εντός του μετρητή) και η ανάγκη καταπολέμησης αυτού του φαινομένου οδήγησαν στην αντικατάσταση των συμβατικών μετρητών με έξυπνους. Για την καταπολέμηση του φαινόμενου της ρευματοκλοπής η πλειοφηφία των έξυπνων μετρητών στηρίζεται σε στατιστικές μεθόδους για την ανίχνευσή του (π.χ. αλλαγή του προφίλ κατανάλωσης).
Το πλεονέκτημα της παρούσας εφεύρεσης έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να αντιμετωπίσει όλα τα προβλήματα τα οποία αναλύθηκαν παραπάνω με τη χρήση μίας μόνο συσκευής, η οποία μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιονδήποτε τύπο μετρητή.
Η ειδοποιός διαφορά της εφεύρεσης σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους ανίχνευσης έγκειται στο γεγονός ότι το έξυπνο αυτό σύστημα στηρίζεται στη λειτουργία των ενεργών φίλτρων σειράς και εγχέει αρμονική συνιστώσα τάσης μηδενικής ακολουθίας στο κύκλωμα της εγκατάστασης, ενώ η πλειοφηφία των συμβατικών μεθόδων χρησιμοποιεί παράλληλη έγχυση ρεύματος (π.χ. αρμονικών ρεύματος) για να διαταράξειτο δίκτυο και να διαγνώσει πιθανές εσφαλμένες καταστάσεις.
Θεωρητική ανάλυση μεθόδου εν σειρά αρμονική έγχυσης μηδενικής ακολουθίας τάσης
Παρακάτω πραγματοποιείται αναλυτική περιγραφή των μεθόδων:
• Ανίχνευσης του φαινόμενου της νησιδοποίησης
• Ανίχνευσης της διακοπής του ουδέτερου αγωγού
• Ανίχνευση της απόπειρας ρευματοκλοπής της συσκευής του μετρητή (δια γεφύρωσης του αγωγού της φάσης), μέσω την εν σειρά αρμονικής έγχυσης τάσης μηδενικής ακολουθίας σε Μ-φασικά δίκτυα, την οποία εφαρμόζει η συγκεκριμένη εφεύρεση. Για λόγους ευχρηστίας το σύστημα αναλύεται για τοποθέτηση της συσκευής διάγνωσης στη θέση 2 (Σχήμα 1). Η γενικευμένη περιγραφή του κυκλώματος καθώς και η αρχή λειτουργίας του για Μ-φασικά δίκτυα παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.
Η προτεινόμενη συσκευή διάγνωσης αποτελείται από Μ-πηγές τάσης vinj(i)(t) οι οποίες συνδέονται σε
σειρά με τη γραμμή της κάθε φάσης και προκαλούν αρμονική έγχυση τάσης h-τάξης, και από Μ-κλάδους οι οποίοι συνδέονται παράλληλα στην κάθε φάση πριν την έξοδο της συσκευής. Ο κάθε παράλληλος κλάδος αποτελείται από έναν διακόπτη Sp(i) ο οποίος είναι συνδεδεμένος σε σειρά με μία εμπέδηση zp(i) . Η έξοδος της συσκευής είναι συνδεδεμένη παράλληλα στο φορτίο της εγκατάστασης zL(i) . Η είσοδος της συσκευής συνδέεται σε δίκτυο με Μ-φάσεις vg(i) TO οποίο έχει ισοδύναμη αντίσταση ουδέτερου αγωγού zg(i) .
Η τάση της κάθε φάσης του δικτύου περιγράφεται από τη σχέση,
Vg(i)(t) = V2Agsin(ωgt+ φ(i)) , i = 1,2,...M (1)
Ag, το πλάτος της τάσης του δικτύου
ωg, η γωνιακή συχνότητα του δικτύου
φ(ϊ) , η διαφορά φάσης
Μ, ο αριθμός των φάσεων του δικτύου
Η διαφορά φάσης σε ένα Μ-φασικό δίκτυο περιγράφεται από τη σχέση,
Η σχέση η οποία περιγράφει την πηγή που εγχέει αρμονική συνιστώσα τάσης h-τάξης σε σειρά με τον παράλληλο κλάδο καί το φορτίο, περιγράφεται ως,
Vinj(t) = √2Ainj(i) - sin(hωgt) , i = 1,2,...M (3)
Ainj(i) το πλάτος της εγχεόμενης τάσης σε κάθε φάση
h, η τάξη της αρμονικής συνιστώσας της έγχυσης
Σε περίπτωση έγχυσης πολλαπλών αρμονικών συνιστωσών τάσης στο κύκλωμα, είτε ταυτόχρονα είτε διαδοχικά, η σχέση λαμβάνει τη μορφή,
Vinj(i)(t) = Σ [u(t - ti,k) -u(t — Δti ,k -tk)] √2Ainj(i, k)<.>sin(h(k)<.>ωgt) , i = 1, 2, ...Μ και k = 1, 2, ... Q (4) k-1
Q, ο αριθμός αρμονικών συνιστωσών έγχυσης
Ainj(i,k) , το πλάτος της εγχεόμενης τάσης
ti,k, το χρονικό σημείο έναρξης της έγχυσης αρμονικών συνιστωσών για την h(k) αρμονική συνιστώσα του i-κλάδου
Δti,k, το χρονικό διάστημα έγχυσης της h(k) αρμονικής συνιστώσας του i-κλάδου
Παρακάτω πραγματοποιείται η περιγραφή του κυκλώματος μηδενικής ακολουθίας για ανάλυση στην hαρμονική συνιστώσα (Σχήμα 3).
Το μέτρο της μηδενικής ακολουθίας της τάσης του δικτύου στην h-αρμονική συνιστώσα είναι Vg 0seq h=0-
Zg h, η εμπέδηση (μέτρο) μηδενικής ακολουθίας του δικτύου στην h-αρμονική συνιστώσα
Im0seq h , το εγχεόμενο ρεύμα μηδενικής ακολουθίας γραμμής (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα
Vm 0seq h, η υπολογιζόμενη τάση μηδενικής ακολουθίας (μέτρο) στην είσοδο της συσκευής διάγνωσης στην h-αρμονική συνιστώσα
Sp eq, ο ιδεατός διακόπτης του παράλληλου κλάδου στο κύκλωμα της μηδενικής ακολουθίας
Το μέτρο της εμπέδησης της μηδενικής ακολουθίας του φορτίου στην h-αρμονική συνιστώσα υπολογίζεται ως:
Μ, ο αριθμός των φάσεων του δικτύου
Το μέτρο της εμπέδησης της μηδενικής ακολουθίας του παράλληλου κλάδου στην h-αρμονική συνιστώσα είναι:
Το μέτρο της συνολικής παράλληλης εμπέδησης (εμπέδηση παράλληλου κλάδου και εμπέδηση φορτίου) στην h-αρμονική συνιστώσα υπολογίζεται ως:
Η τάση μηδενικής ακολουθίας στην h-αρμονίκή συνιστώσα της πηγής vinj(i)(t) είναι:
Στην περίπτωση έγχυσης πολλαπλών αρμονικών συνιστωσών (Σχέση 4) η Σχέση 8 παίρνει τη μορφή,
To μέτρο του εγχεόμενου ρεύματος μηδενικής ακολουθίας γραμμής είναι
Ανίχνευση των φαινομένων νησιδοποίησης-διακοπής ουδετέρου
Τόσο το φαινόμενο της νησιδοποίησης όσο καί το φαινόμενο της διακοπής του ουδέτερου αγωγού μπορούν να ανιχνευθούν με τη μεθοδολογία της εφεύρεσης σε συνδυασμό με οποιαδήποτε μέθοδο εκτίμησης της εμπέδησης (π.χ. FFT, Goertzel).
Για την εξαγωγή του μέτρου της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας του δικτύου στην h-αρμονική συνιστώσα, απαιτείται η μέτρηση της τάσης και του ρεύματος στα σημεία που υποδηλώνονται στο Σχήμα 2. Συγκεκριμένα, μετρούνται οι φασικές τάσεις στην είσοδο της συσκευής διάγνωσης vm(i) και τα ρεύματα im(i) για ϊ = 1,2,...Μ . Στη συνέχεια, μέσω κατάλληλων μετασχηματισμών, εξάγονται οι τιμές τους στη μηδενική ακολουθία στην h-αρμονική συνιστώσα, Vm 0seq h, Im 0seq h.
ν m(i),h , η στιγμιαία τιμή της τάσης του δικτύου στην h-αρμονική συνιστώσα
<V>m 0seqh' η στιγμιαία τιμή της τάσης μηδενικής ακολουθίας του δικτύου στην h-αρμονική συνιστώσα
im(i) h ,η στιγμιαία τιμή του ρεύματος γραμμής στην h-αρμονική συνιστώσα
im,0seq,h , η στιγμιαία τιμή του ρεύματος μηδενικής ακολουθίας της γραμμής στην h-αρμονική συνιστώσα
Με την εφαρμογή μεθόδου π.χ. Fourrier εξάγονται τα σήματα Vm,oseq hικαι Im 0seq hκαι από τον λόγο τους προκύπτει η μετρούμενη Zm 0seq h(Σχήμα 4).
Zm 0seq h, η εμπέδηση μηδενικής ακολουθίας του δικτύου
Ο ουδέτερος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα Μ . Im,0seq ,h. Έτσι, από τη Σχέση (13) προκύπτει ότι:
Ο διαχωρισμός ανάμεσα στην κανονική λειτουργία, στη διακοπή του ουδέτερου αγωγού καί στη νησιδοποίηση γίνεται ως προς τη μετρούμενη εμπέδηση του δικτύου (Σχήμα 5). Συγκεκριμένα ορίζονται οι παρακάτω ζώνες για το μέτρο της εμπέδησης του δικτύου.
Με την προτεινόμενη εφεύρεση, το φαινόμενο της νησιδοποίησης καθώς και η διακοπή του ουδέτερου αγωγού μπορούν να ανιχνευθούν και σε συνθήκες προσαρμογής ισχύος φορτίου-παραγωγής (Load matching case), σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις όπου βρίσκονται συνδεδεμένες μονάδες διεσπαρμένης παραγωγής παράλληλα στο φορτίο zL(i) για i = 1,2,...M .
Ανίχνευση του φαινόμενου της ρευματοκλοπής
Η διάταξη η οποία περιγράφεται στο Σχήμα 2 δύναταινα προσφέρει προστασία του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας έναντι ρευματοκλοπής δία γεφύρωσης του αγωγού της φάσης. Το ισοδύναμο κύκλωμα για κάθε φάση vg(i)(t) για ϊ = 1,2, ...Μ, περιγράφεται στο Σχήμα 6.
Η ρευματοκλοπή δία γεφύρωση του αγωγού της φάσης προϋποθέτει το κλείσιμο του διακόπτη S .
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να βραχυκυκλώνονται τα άκρα της πηγής vinj (i)(t) καί το εγχεόμενο αρμονικό
ρεύμα να διαρρέειτον αγωγό γεφύρωσης Im(i) h= Iinj(i)-h→∞ . Σε μη ιδανικές πηγές τάσης vinj (i)(t) αυτό
θα είχε ως αποτέλεσμα:
✓ Im(i),h= Iinj(i),h= Iinj,SC
<✓>Vinj,(i)= Vinj,SC
Im(i) h ,το μετρούμενο ρεύμα γραμμής (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα
linj(i) h ,το εγχεόμενο ρεύμα (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα
Iinj SC, το εγχεόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα
Vinj (i), η εγχεόμενη τάση (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα
Vinj SC, η εγχεόμενη τάση βραχυκύκλωσης (μέτρο) στην h-αρμονική συνιστώσα (στα άκρα της πηγής
έγχυσης)
Πιθανές παραλλαγές του προτεινόμενου κυκλώματος
. Η μέτρηση του ρεύματος μηδενικής ακολουθίας M-im 0seq(t) μπορεί να μετατεθεί στον
ουδέτερο αγωγό όπως υποδηλώνεται στο Σχήμα 7 για τον υπολογισμό του Μ . Im 0seq h.
· Η πηγή εγχεόμενης αρμονικής τάσης vinj 0seq hείναι δυνατόν να μεταφερθεί στον ουδέτερο
αγωγό, σύμφωνα με το Σχήμα 8, όπου με τον τρόπο αυτόν γίνεται έγχυση τάσης μηδενικής ακολουθίας. Στην περίπτωση αυτή μπορούν να χρησιμοποιηθούν από 1 έως Μ παράλληλοι κλάδοι για ένα Μ-φασικό κύκλωμα εγκατάστασης. Στην περίπτωση τοποθέτησης της πηγής έγχυσης αρμονικών τάσης στον ουδέτερο δεν αξιοποιείται η λειτουργία ανίχνευσης της ρευματοκλοπής δια γεφύρωσης του αγωγού της φάσης.
Προσομοίωση λειτουργιας του συστήματος ανιχνευσης σε 3φ κύκλωμα εγκατάστασης με δίεσπαρμένη μονάδα παραγωγής
Παρακάτω ακολουθεί προσομοίωση των λειτουργιών που περιγράφηκαν (ανίχνευση διακοπής ουδέτερου αγωγού, νησιδοποίησης, ρευματοκλοπής δία γεφύρωσης του αγωγού της φάσης).
Το χονδρικό διάγραμμα του κυκλώματος της προσομοίωσης παρουσιάζεται στο Σχήμα 9.
Οι παράμετροί του συστήματος είναι:
<.>Αριθμός φάσεων: Μ = 3
<.>Τάση δικτύου (μέτρο): Vg(i)= √ 2. 230V για i = 1, 2,3
<.>Συχνότητα δικτύου: f = 50Hz
<.>Ονομαστική ισχύς φορτίου της εγκατάστασης (ανά φάση): PL= 4000W
<.>Συντελεστής ποιότητας του φορτίου: QF= 1
<.>Αντίσταση γείωσης: Zg h= Rg= 20Ohm
<.>Χωρητικότητα παράλληλου κλάδου: Cp(i)= 4.4uF για i = 1, 2,3
Nj1
<.>Λογος μετασχηματισμού: = —
Ν250
<.>Αρμονική τάξη της εγχεόμενης τάσης: h = 12
<.>Ονομαστική συνεχής τάση αντιστροφέα αρμονικής έγχυσης τάσης: Vdc, = 50 V
<.>Φίλτρο εξόδου L-C αντιστροφέα αρμονικής έγχυσης τάσης: Lf= 0.12mH, Cf= 1uF
<.>Συντελεστής διαμόρφωσης του αντιστροφέα αρμονικής έγχυσης τάσης: ma= 0.5
<.>Τύπος έγχυσης: Συνεχής (Μόνιμα κλειστοί οι διακόπτες SP(1), SP(2),SP(3 ))
<.>Ονομαστική ισχύς (ανά φάση) διεσπαρμένης μονάδας παραγωγής: ΡDG= 4000W
Ως πηγή για την έγχυση αρμονικής τάσης vinj(i)(t) στην εγκατάσταση χρησιμοποιείται ένας αντιστροφέας πλήρους γέφυρας (Full-Bridge Inverter), του οποίου η έξοδος συνδέεται σε έναν
Ν1
μετασχηματιστή ρεύματος με λόγο μετασχηματισμού — - . Η παλμοδότηση του αντιστροφέα γίνεται
Ν2
μέσω της τεχνικής SPWM.
Ο μετασχηματιστής ρεύματος ο οποίος περιγράφεται στο Σχήμα 9, διαθέτει ένα δευτερεύον τύλιγμα στο οποίο συνδέεται η έξοδος του αντιστροφέα (Full-Bridge Inverter) και 3 πρωτεύοντα τυλίγματα τα οποία συνδέονται σε σειρά στις γραμμές των φάσεων και έχουν τα ίδια ακριβώς χαρακτηριστικά (ίδιο αριθμό σπειρών, ίδια φορά τυλιγμάτων).
Η χρήση τέτοιου μετασχηματιστή ρεύματος επιτρέπειτη δημιουργία πολλαπλών πηγών αρμονικής τάσης vinj(i)(t) με τη χρήση μόνο ενός πυρήνα και επιτρέπει την έγχυση αρμονικής τάσης μηδενικής ακολουθίας στο κύκλωμα.
Στα άκρα του φορτίου είναι συνδεδεμένη μια διεσπαρμένη μονάδα παραγωγής η οποία βρίσκεται σε συνθήκες προσαρμογής ισχύος φορτίου-παραγωγής PL= PDG.
Οι τιμές του φορτίου RL(i), LL(i), CL(i)για i = 1, 2,3 υπολογίζονται από τις ακόλουθες σχέσεις:
PL, η πραγματική ισχύς του φορτίου (ανά φάση)
Vg rms, η τάση του δικτύου (rms)
Για τον υπολογισμό της εμπέδησης του ουδέτερου αγωγού από τη Σχέση 13 και τη Σχέση 14 προκύπτει:
Οι διακόπτες Sisl(i),Snd, Stampχρησιμοποιούνται για να εφαρμοστούν τα σφάλματα (Διακοπή ουδέτερου αγωγού, Νησιδοποίηση, Ρευματοκλοπή δια γεφύρωσης του αγωγού φάσης).
Οι κλειστές επαφές των διακοπτών περιγράφονται ως 1 ενώ οι ανοιχτές με 0.
Πίνακας 1 - Καταστάσεις διακοπτών για κανονική λειτουργία και λειτουργία σφαλμάτων
Λειτουργίες SisI(i) SndStamp
Κανονική λειτουργία 1 1 1
Διακοπή ουδέτερου αγωγού 1 0 1
Νησιδοποίηση (Island) 1 0/1 1
Ρευματοκλοπή (δια γεφύρωσης του αγωγού φάσης) 1 1 0
Στο Σχήμα 10 παρουσιάζεται το μέτρο της εμπέδησης του ουδέτερου αγωγού Zm,0seq,h/3 και στο Σχήμα Η
παρουσιάζεται μέτρο του αρμονικού ρεύματος μηδενικής ακολουθίας Im 0seq,600Hz, για σφάλμα διακοπής του ουδέτερου αγωγού στο χρονικό σημείο t = 0.5s και σφάλμα νησιδοποίησης στο χρονικό σημείο t = 0.7s .
Από την κυματομορφή στο Σχήμα 10 συμπεραίνουμε ότι πραγματοποιείται ορθή εκτίμηση της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας του δικτύου.
Η χρησιμότητα του παράλληλου κλάδου γίνεται εμφανής στην περίπτωση όπου το φορτίο της εγκατάστασης είναι μηδενικό, καθώς επιτρέπει τη ροή αρμονικού ρεύματος μέσω αυτού, καθιστώντας έτσι αξιόπιστη την εκτίμηση της εμπέδησης του δικτύου.
Στο Σχήμα 12 παρουσιάζεται του μέτρο της εμπέδησης του ουδέτερου αγωγού Zm,0seq,h/3, καθώς και το
μέτρο του αρμονικού ρεύματος μηδενικής ακολουθίας Im 0seq 600HzΣχήμα 13, στην περίπτωση μηδενικού φορτίου της εγκατάστασης με τη διεσπαρμένη μονάδα παραγωγής να βρίσκεται σε λειτουργία. Τη χρονική στιγμή t = 0.5s πραγματοποιείται απόπειρα ρευματοκλοπής δια γεφύρωσης του ουδέτερου αγωγού, οπότε το μετρούμενο εγχεόμενο αρμονικό ρεύμα λαμβάνει πολύ υψηλές τιμές, γεγονός που την καθιστά ανιχνεύσιμη.
Συμπεράσματα
Το έξυπνο σύστημα ολοκληρωμένης προστασίας έναντι νησιδοποίησης, διακοπής ουδέτερου αγωγού και ρευματοκλοπής αναλύθηκε θεωρητικά και επιβεβαιώθηκε μέσω δοκιμών. Απεδείχθη ότι το σύστημα αυτό είναι σε θέση να ανιχνεύσει σε μία ηλεκτρική εγκατάσταση το φαινόμενο της νησιδοποίησης ακόμη και υπό τις δυσμενέστερες συνθήκες λειτουργίας (προσαρμογή φορτίου υπό υψηλό συντελεστή ποιότητας φορτίου), να ανιχνεύσει αποτελεσματι περίπτωση όπου το έξυπνο αυτό σύστημα εγκατασ εγκατάστασης μπορεί να προσφέρει και προστασία του αγωγού της φάσης.
κά τη διακοπή του ουδέτερου αγωγού και στην ταθεί εντός του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας της έναντι απόπειρας ρευματοκλοπής (δια γεφύρωσης
Claims (10)
- ΑΞΙΩΣΕΙΣ 1. Ολοκληρωμένο σύστημα ανίχνευσης του φαινομένου της νησιδοποίησης, διακοπής του ουδέτερου αγωγού, καθώς καί της απόπειρας ρευματοκλοπής, σε μονοφασικά καί πολυφασικά δίκτυα, χαρακτηριζόμενο από την καταγραφή του μέτρου της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας καί των μέτρων των φασικών ρευμάτων στην είσοδο του συστήματος, καθώς καί από την εν σειρά αρμονική έγχυση τάσης μηδενικής ακολουθίας vinj ,0seq(t) στο κύκλωμα της εγκατάστασης, η οποία υλοποιείται με τη χρήση: α) ενός μετασχηματιστή ρεύματος, αποτελούμενο από ένα δευτερεύον τύλιγμα καί από πολλαπλά πρωτεύοντα τυλίγματα όπου το κάθε ένα από αυτά συνδέεται σε σειρά με τον αγωγό της κάθε φάσης, β) μία πηγή τάσης, η οποία συνδέεται στο δευτερεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή ρεύματος, γ) παράλληλους κλάδους ισάριθμους των φάσεων, οι οποίοι συνδέονται στην πλευρά της εγκατάστασης μεταξύ της εκάστοτε φάσης και του ουδετέρου και αποτελούνται από ένα διακοπτικό στοιχείο συνδεδεμένο σε σειρά με μία χωρητικότητα.
- 2. Μέθοδος αρμονικής έγχυσης τάσης μηδενικής ακολουθίας vinj ,0seq(t) σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από i πηγές τάσης vinj(i)(t) που περιγράφεται σύμφωνα με τις εξισώσεις:Όπου Vinj(i)(t) = √2Ainj(i)<■>sin(hωgt) , i = 1,2,...M <v>inj(i) (t) , πηγή αρμονική έγχυσης τάσης στην φάση i Ainj(i) , το πλάτος της εγχεόμενης τάσης στην φάση i h, η τάξη της αρμονικής συνιστώσας της έγχυσης ωg, η γωνιακή συχνότητα του δικτύου Μ, ο αριθμός των φάσεων της εγκατάστασης
- 3. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 2, για την περίπτωση έγχυσης πολλαπλών αρμονικών συνιστωσών τάσης στο κύκλωμα είτε ταυτόχρονα είτε διαδοχικά η πηγή αρμονικής τάσης vinj(i)(t) περιγράφεται από την παρακάτω σχέση: V inj(i) (t) = ∑[u(t -ti k) -u(t -Δti,k-ti,k)]√2Ainj(i,k) -sin(h(k) -ωgt),και k = 1, 2, ..., Q k-1 h, η τάξη της αρμονικής συνιστώσας της έγχυσης ωg, η γωνιακή συχνότητα του δικτύου Μ, ο αριθμός των φάσεων της εγκατάστασης Q , ο αριθμός αρμονικών συνιστωσών έγχυσης Ainj(i,k) , το πλάτος της εγχεόμενης τάσης ti,k, το χρονικό σημείο έναρξης της έγχυσης αρμονικών συνιστωσών για την h(k) αρμονική συνιστώσα του i-κλάδου Δti,k, το χρονικό διάστημα έγχυσης της h(k) αρμονικής συνιστώσας του i-κλάδου
- 4. Μέθοδος υπολογισμού της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας στη συχνότητα της αρμονικής έγχυσης στην είσοδο του συστήματος ανίχνευσης, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από: α) την καταγραφή των φασικών αρμονικών τάσεων και ρευμάτων ακολουθίας στη συχνότητα της αρμονικής έγχυσης στην είσοδο του συστήματος ανίχνευσης, β) τον υπολογισμό της μηδενικής ακολουθίας της τάσης και του ρεύματος από τα παραπάνω σήματα, γ) τον υπολογισμό του μέτρου μηδενικής ακολουθίας των παραπάνω σημάτων, δ) τον υπολογισμό του μέτρου της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας.
- 5. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η ανίχνευση του φαινομένου της νησιδοποίησης και της διακοπής ουδετέρου καθώς και ο διαχωρισμός τους εξαρτάται από την τιμή του μέτρου της εμπέδησης μηδενικής ακολουθίας στη συχνότητα της αρμονικής έγχυσης.
- 6. Μέθοδος, σύμφωνα με την αξίωση 1, χαρακτηριζόμενη από το ότι η ανίχνευση του φαινομένου της ρευματοκλοπής σε οποιαδήποτε φάση εξαρτάται από την τιμή του μέτρου του φασικού ρεύματος στη συχνότητα της αρμονικής έγχυσης.
- 7. Ο μετασχηματιστής ρεύματος σύμφωνα με την αξίωση 1, μπορεί εναλλακτικά να διαθέτει μόνο ένα τύλιγμα στο πρωτεύον του και να τοποθετείται σε σειρά με τον ουδέτερο αγωγό της εγκατάστασης πραγματοποιώντας και με τον τρόπο αυτόν αρμονική έγχυση τάσης μηδενικής ακολουθίας.
- 8. Ο υπολογισμός του μέτρου μηδενικής ακολ έγχυσης, σύμφωνα με την αξίωση 4, μπορεί να πραγ το οποίο διαρρέει τον ουδέτερο αγωγό στην είσοδο
- 9. Το ολοκληρωμένο σύστημα ανίχνευσης σύμ σε σειρά με τον μετρητή της ηλεκτρικής εγκατάστα κύκλωμα.
- 10. Ο αριθμός των παράλληλων κλάδων, σύμφω τον αριθμό των φάσεων καί μεγαλύτερος ή ίσος του ουθίας του ρεύματος στη συχνότητα της αρμονικής ματοποιηθεί με την καταγραφή μόνο του ρεύματος του συστήματος ανίχνευσης. φωνα με την αξίωση 1, μπορεί να τοποθετηθεί τόσο σης, όσο καί να ενσωματωθεί στο εσωτερικό του να με την αξίωση 1, μπορεί να είναι μικρότερος από ένα.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20190100449A GR1009858B (el) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20190100449A GR1009858B (el) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR1009858B true GR1009858B (el) | 2020-11-04 |
Family
ID=71409454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20190100449A GR1009858B (el) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| GR (1) | GR1009858B (el) |
-
2019
- 2019-10-09 GR GR20190100449A patent/GR1009858B/el active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| OUREILIDIS KONSTANTINOS O.; DEMOULIAS CHARIS S.: "An enhanced role for an energy storage system in a microgrid with converter-interfaced sources", THE JOURNAL OF ENGINEERING, THE INSTITUTION OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY, MICHAEL FARADAY HOUSE, SIX HILLS WAY, STEVENAGE, HERTS. SG1 2AY, UK, vol. 2014, no. 11, 1 November 2014 (2014-11-01), Michael Faraday House, Six Hills Way, Stevenage, Herts. SG1 2AY, UK, pages 618 - 625, XP006068302, DOI: 10.1049/joe.2014.0281 * |
| XIAOYAO ZHOU ; HAIFENG WANG ; R.K. AGGARWAL ; P. BEAUMONT: "Performance evaluation of a distance relay as applied to a transmission system with UPFC", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY., IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY., US, vol. 21, no. 3, 1 July 2006 (2006-07-01), US, pages 1137 - 1147, XP011148960, ISSN: 0885-8977, DOI: 10.1109/TPWRD.2005.861329 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Murugesan et al. | Hybrid analyzing technique for active islanding detection based on d-axis current injection | |
| Merino et al. | Islanding detection in microgrids using harmonic signatures | |
| Massoud et al. | Harmonic distortion-based island detection technique for inverter-based distributed generation | |
| Mulhausen et al. | Anti-islanding today, successful islanding in the future | |
| CN104793148B (zh) | 基于并网点特征谐波电压测量的分布式电源孤岛检测方法 | |
| EP2680017A1 (en) | A method of early detection of feeder lines with a high-ohm ground fault in compensated power networks | |
| CN103176142B (zh) | 一种光伏电站并网适应性测试方法 | |
| JP2018183034A (ja) | 電力供給システムの保護装置及びそれを備えたシステム | |
| Wang et al. | Harmonic impedance measurement using a thyristor-controlled short circuit | |
| CN103336205B (zh) | 一种两个谐波电流同时注入时的孤岛效应检测系统及方法 | |
| Ahmad et al. | An effective passive islanding detection method for PV single-phase grid-connected inverter | |
| CN105510719A (zh) | 三相电网谐波阻抗测量方法 | |
| CN105093064B (zh) | 配电网广域故障定位方法 | |
| Skocil et al. | Passive and active methods of islanding for PV systems | |
| Saleh et al. | Detecting Arcing Current Faults in Medium-to-Low Voltage Transformers | |
| Hasanisadi et al. | An improved active islanding detection method for grid-connected solar inverters with a wide range of load conditions and reactive power | |
| CN112636312B (zh) | 一种基于注入零序特征信号的微电网保护方法 | |
| Dubey et al. | Robust Adaptive Active Islanding Detection With $\alpha $-Axis Disturbance Injection Under High Impedance Fault, Unbalanced Loading, and Phase Failure in Grid Tied PV System | |
| Mohiti et al. | A hybrid micro grid islanding detection method | |
| CN105738677A (zh) | 一种电力网对地电容电流检测方法 | |
| Dai et al. | Active islanding detection method based on grid-connected photovoltaic inverter and negative sequence current injection | |
| Cisneros-Saldana et al. | Voltage-based frequency synchronization for phasor measurements in microgrid protection | |
| CN207977729U (zh) | 一种漏电保护装置 | |
| GR1009858B (el) | Εξυπνο συστημα ολοκληρωμενης προστασιας εναντι νησιδοποιησης, διακοπης του ουδετερου αγωγου, ρευματοκλοπης | |
| Joshi et al. | High frequency spectral components in distribution voltages and currents due to photovoltaic resources |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PG | Patent granted |
Effective date: 20201215 |