COMMUNICATION ASSISTED PROTECTION SCHEME BASED ON ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS FOR MULTI-MICROGRIDS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis-Ali Qusayer-Jan 2 updated.pdf Restricted to Repository staff only until 2 January 2025. Download (8MB)

Arabic Abstract

يعد تصميم نظام حماية منسق بشكل صحيح لنظام الشبكات الصغيرة المتعددة (MMG) أمرًا صعبًا للغاية بسبب خصائصها المميزة. يمكن تشغيل الشبكة الصغيرة في وضع متصل بالشبكة الرئيسية من خلال الاتصال المباشر أو من خلال شبكة صغيرة أخرى متصلة بالشبكة الرئيسية. ويمكن أيضًا العمل في وضع الجزيرة أو الاتصال بشبكة صغيرة مستقلة أخرى. تجلب أوضاع التشغيل والطوبولوجيات المختلفة التي قد يعمل النظام بموجبها تحديات كبيرة مثل تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه والتباين الكبير في تيار العطل. مثل هذه الخصائص تجعل مخططات الحماية لأنظمة التوزيع الكهربائي التقليدية خيارات غير موثوقة. ولذلك، لا بد من استكشاف خطط حماية محسنة للتغلب على هذه التحديات. في هذه الأطروحة، تم اقتراح نظام مركزي للحماية بمساعدة الاتصالات يعتمد على الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN). يعمل المخطط في عملية متتالية. في المرحلة الأولى، تكون وحدة التحكم المركزية في الحماية مسؤولة عن تحديد وعزل الشبكة الصغيرة (MG) أو خط الربط الذي به الخلل. في المرحلة الثانية، سيتم تفعيل وحدة تحكم الحماية المحلية بسبب اكتشاف حالة الجزيرة. ستقوم بعد ذلك وحدة الحماية المحلية بتحديد وعزل الخط المعيب وفقًا لذلك. يتم تحديد موقع الخلل من خلال ANN المدربة بكمية هائلة من بيانات الجهد والتيار ثلاثي الطور لجميع خطوط الشبكة خلال سيناريوهات الأعطال المختلفة. يتم تنفيذ إنشاء البيانات وتدريب واختبار ANN على بيئة MATLAB/Simulink. يستخدم المخطط المقترح الاتصالات الموحدة القائمة على IEC 61850 لمراقبة قياسات MMG وإرسال أوامر العزل. علاوة على ذلك، يتم عرض نمذجة المعلومات للمكونات المختلفة لنظام الحماية المقترح بناءً على العقد المنطقية IEC 61850. يضمن نظام الحماية المقترح العزل الانتقائي الذي يؤدي إلى مستوى عالٍ من توفر شبكة الطاقة. علاوة على ذلك، سيساعد المخطط المتتالي على تحسين حجم حركة الاتصالات بسبب تقليل الاتصالات المطلوبة بوحدة التحكم المركزية. أخيرًا، تم تقديم تقييم أداء المخطط المقترح من حيث التأخير الشامل (كل من التأخير الحسابي لـ ANN وتأخير شبكة الاتصالات) من خلال عمليات محاكاة واسعة النطاق مما يثبت فعالية مخطط الحماية المقترح.

English Abstract

Designing a properly coordinated scheme for protecting a multi-microgrid (MMG) is very challenging due to their distinct characteristics. A microgrid can operate in a grid-connected mode through direct connection to utility or through another grid-connected microgrid. It can also be operated in an islanded mode or get coupled to another independent microgrid. The various operation modes and topologies under which the system may operate bring major issues like the two-directional energy flow and substantial changes in fault currents. Such characteristics make protection schemes of conventional radial distribution systems unreliable options. Therefore, improved protection schemes need to be explored to overcome these challenges. This thesis proposes a centralized communication-assisted scheme for protecting MMG based on artificial neural networks (ANN). The scheme operates in a cascaded process. In the first stage, a central protection controller is responsible of identifying and isolating the microgrid (MG) or tie line which has the fault. In the second stage, the local protection controller will be activated due to detection of islanding condition. It will then locate the faulted line and clear the fault accordingly. Identification of fault location is accomplished through ANN’s trained with massive amount of voltage and current measurements for MMG buses and lines during different fault scenarios. Data generation and ANN training and testing are carried out on MATLAB/Simulink environment. The proposed scheme utilizes IEC 61850 based standardized communication to monitor the MMG measurements and send the trip commands. Furthermore, this thesis presents the information modeling of different components of the suggested protection scheme in accordance with IEC 61850 logical nodes. The proposed protection scheme ensures selective tripping which results in high level of power network availability. Moreover, the cascaded scheme will help optimizing the size of the communication traffic due to reduction of required connections to the central controller. Finally, the performance evaluation of the suggested protection scheme in terms of end-to-end delays (both ANN computational delay and communication network delay) through extensive simulations is discussed to show the effectiveness of the suggested scheme.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Shaik, Suhail
Committee Members:	Abido, Mohammed Ali and Khalid, Mohammed
Depositing User:	ALI ALQUSAYER (g200632540)
Date Deposited:	03 Jan 2024 07:11
Last Modified:	03 Jan 2024 07:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142722