Современное состояние проблем функционирования устройств релейной защиты, применяемых в сетях с распределенной генерацией на основе ВИЭ

Актуальность исследования заключается в необходимости решения существующих проблем, возникающих в области релейной защиты распределительных сетей 6-10 кВ при внедрении источников распределенной генерации.

Цель. Провести анализ влияния источников распределенной генерации на режимы работы распределительной сети 6-10 кВ. Выявить проблемы функционирования устройств релейной защиты в распределительных сетях 6-10 кВ при наличии источников распределенной генерации, подключаемых к распределительной сети с помощью инвертора.

Методы. Осуществляется обзор и анализ литературных источников, а также анализ данных международного информационного обмена.

Результаты. В статье описана актуальность темы, подробно рассмотрены инверторные источники распределенной генерации с точки зрения их подключения и воздействия на распределительную сеть; проведен сравнительный анализ применения традиционных источников и источников распределенной генерации в распределительных сетях, проведен анализ их влияния на величину токов короткого замыкания и параметры электрической сети; проведен обзор существующих проблем и решений функционирования устройств релейной защиты в распределительных сетях при использовании источников распределенной генерации.

Заключение. Использование инверторных источников распределенной генерации создают проблемы функционирования устройств релейной защиты за счет ограничения пропускной способности инвертора и вариативностью топологии сети. В настоящий момент для существующих проблем имеются научные наработки по их решению с присущими им достоинствами и недостатками.

1. Cui S. Adaptive current protection technology for distribution network with distributed power sources based on local information / S. Cui, P. Zeng, Z. Wang, Y. Zuo // 2021 Mobile information systems. – Hindawi, 2021. – Vol. 2021 – P. 1-8. DOI:10.1155/2021/5137749.

2. Воропай Н.И. Распределенная генерация в электроэнергетических системах / Н.И. Воропай // 2005 Международная научно- практическая конференция «Малая энергетика-2005». [Электронный ресурс, режим доступа]: http://www.combienergy.ru/stat/983-Raspredelennaya-generaciyavelektroenergeticheskih-sistemah (дата обращения: 15.08.2024).

3. Трачук А.В. Технологии распределенной генерации: Эмпирические оценки факторов применения / А.В. Трачук, Н.В. Линдер // 2018 Журнал стратегические решения риск-менеджмент. - №1. – С. 32-48. – DOI: 10.17747/2078-8886-2018-1-32-48.

4. Гуревич Ю.Е. Особенности расчетов режимов в энергорайонах с распределенной генерацией: монография / Ю.Е. Гуревич, П.В. Илюшин. – Н. Новгород: НИУ РАНХиГС, 2018. – 280 с.

5. Liu B. Influence of distributed generation on fault characteristics and relay protection of rural distribution network / B. Liu, W. Liang, Y. Wang, Z. Zhao, Q. Tian, X. Li // 2023 Journal of physics: conference series. – ICEEPS, 2023 – DOI:10.1088/1742-6596/2728/1/012032.

6. Namangolwa L. Impacts of Solar Photovoltaic on the Protection System of Distribution Networks: Master’s thesis in Electric Power Engineering / L. Namangolwa // Department of Energy and Environment: Division of Electric Power Engineering. – Chalmers university of technology, 2016. – Goteborg, Sweden.

7. Надергулов М.М. Проблемы внедрения распределенной генерации в распределительную сеть 6-10 кВ / М.М. Надергулов, Р.Г. Исаков // Материалы V Всероссийской научно-практической (с международным участием) конференции, посвященной празднованию 55-летия КГЭУ «Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники» (2023, Казань, Россия). – Издательство Казанского государственного университета, 2023. – С. 294.

8. Симанчев Д.А. Интеллектуальная система управления отбором мощности ветроустановки в составе ветроэлектростанции: направление подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»: магистерская диссертация / Д.А. Симанчев; [Место защиты: Тольяттинский государственный университет]. – Тольятти, 2020. – 88 с. / Д.А. Симанчев; [науч. рук. С.В. Шаповалов]. – Тольятти: 2020. – 88 с

9. Cleberton R. Optimal coordination of protection devices in distribution networks with distributed energy resources and microgrids / R. Cleberton, J.B. Leite // 2022 IEEE Access. – IEEE, 2022. – Vol. 10 – P. 99584-99594. DOI:10.1109/ACCESS.2022.3203713. 1

10. Silos A. Using IEC 61850 GOOSE service for adaptive ANSI 67/67N protection in ring main systems with distributed energy resources / A. Silos, A. Señís, R. Martín de Rozuelo, A. Zaballos // 2017 Energies. Electrical engineering. – Vol. 10 – No. 11 – P. 1685 – DOI:10.3390/en10111685.

11. Pavani P. Optimal placement techniques for distributed generation / P. Pavani, Dr.S.N. Singh // 2015 Electrical India. – February 2015. [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.electricalindia.in/optimal-placement-techniques-for-distributed-generation/ (Дата обращения: 12.02.24).

12. Sarabia A.F. Impact of distributed generation on distribution system: the faculty of engineering, science and medicine: Dissertation fulfilment for the degree of master graduate / A.F. Sarabia; [Aalborg university, Denmark]. – Aalborg, 2011.

13. Ayvaz A. An investigation of the impact of distributed generation penetration on directional overcurrent relay coordination in a distribution network / A. Ayvaz // 2023 Gazi university journal of science: engineering and innovation. – GU J Sci, 2023 – Vol. 10 – No. 3 – P. 301-309 – DOI:10.54287/gujsa.1332535.

14. Логинов Н.А. Исследование динамической устойчивости источников генерации, подключённых через инверторные преобразователи / Н.А. Логинов // Научные междисциплинарные исследования: сборник статей XIV Международной научно-практической конференции. / XIV Международная научно-практическая конференция (2021, Москва, Россия). – Издательство: «КДУ», «Добросвет», 2021. – С. 86-92.

15. Международный Совет по большим электрическим системам высокого напряжения – CIGRE. Моделирование генерации на базе инверторных преобразователей для энергетической системы // Международная конференция по распределению электроэнергии – CIRED. – май 2018. – 293 С. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://cired.net/uploads/default/files/727-web.pdf (дата обращения: 08.05.2024)

16. Kanani B.D. Distributed generation and power quality / B.D. Kanani / Electrical engineering department. – EE Department. – Power quality and management (2180911).

17. Hosseini S. H. Review of distributed generation technologies / S.H. Hosseini, M. Ghasemi // 2015 Renewable and Sustainable Energy Reviews. – RSER, 2015 – Vol. 55 – P. 941-948 – DOI: 10.1016/j.rser.2015.11.050

18. Dysko A. The impact of renewable energy sources and distributed generation on substation protection and automation / A. Dysko, J.A. Gonzalez, G. Lloyd // 21, rue d`Artois, F-75008 Paris. – CIGRE, 2010.

19. Li Y. Research on grid-connected distributed generation considering relay protection / Y. Li, X. Sun, H. Cai, M. Liu, Y. Yang // 2022 Journal of physics: Conference series. – ICESEP, 2022 – DOI:10.1088/1742-6596/2310/1/012031.

20. Majhi A.A.K. Coordination of overcurrent and distance relays in power system networks with distributed generations / A.A.K. Majhi, R. Ray, M. Biswal // 2024 Research square journal. – RS, 2024 – DOI:10.21203/rs.3.rs-3897748/v1.

21. Aziz T. Impact of widespread penetrations of renewable generation on distribution system stability / T. Aziz, S. Dahal, N. Mithulananthan, T.K. Saha // 2010 6th International conference on electrical and computer engineering. – ICECE, 2010 – P. 338-341. – DOI:10.1109/ICELCE.2010.5700697.

22. Устинов Д.А. Исследование алгоритмов работы дистанционной защиты в системах распределенной генерации / Д.А. Устинов, А.Р. Аисар / 2023 Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации. – АН ВШ РФ, 2023. – № 2 (59). – C. 41–55 – DOI:10.17212/1727-2769-2023-2-41-55.

23. Gianto R. Distributed generation in electric power systems: An overview and important issues / R. Gianto, M.I. Arsyad, Purwoharjono, F. Imansyah, K.H. Khwee // 2022 WSEAS transactions on power systems. – WSEAS, 2022 – Vol. 18 – P. 172-178 – DOI:10.37394/232016.2023.18.18

24. Olanrewaju O. Decentralized and distributed power generation / O. Olanrewaju, M.J. Barasa Kabeyi // 2023 Proceedings of the 5 African international conference on industrial engineering and operations management. – IEOM Society international, 2023 – DOI:10.46254/AP04.20230268.

25. Котин Д.А. Использование однофазного синхронного многообмоточного генератора с постоянными магнитами для электроснабжения автономного потребителя / Д.А. Котин, И.А. Иванов // 2022 Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2022. – Т. 24. – №1. – С. 29-38. DOI:10.30724/1998-9903-2022-24-1-29-38.

26. Сорокина Д.С. Трудности внедрения источников распределенной генерации и пути их решения с использованием адаптивной релейной защиты и автоматики / Д.С. Сорокина, И.Н. Гладков // 2022 Материалы XIV Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум». – URL: https://scienceforum.ru/2022/article/2018029576 (дата обращения 02.06.2024).

27. Alvarez de Sotomayor A. IEC 61850-based adaptive protection system for the mv distribution smart grid / A. Alvarez de Sotomayor, D. Della Giustina, G. Massa, A. Dedè, F. Ramos, A. Barbato // 2017 Sustainable energy, grids and networks journal. – SEGAN, 2017 – DOI:10.1016/j.segan.2017.09.003.

28. Котов А.А. Применение генератора двойного питания для ветроэнергетических установок малой, средней и большой мощности / А.А. Котов, Н.И. Неустроев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – Южно-Уральский государственный университет, 2017. – Т. 17 – № 4. – С. 80–89 – DOI: 10.14529/power170409.

29. Chi Y. Multi-stage coordinated dynamic VAR source placement for voltage stability enhancement of wind-energy power system / Y. Chi, Y. Xu // 2020 IET Generation, Transmission & Distribution. – Vol. 14 – P. 931-1167 – DOI: 10.1049/iet-gtd.2019.0126www.ietdl.org.

30. Patel H. Analyse the impact of distributed generation units on distribution system performances / H. Patel, B.K. Saw, A.K. Bohre, O. Yadav // 2023 IEEE International conference on power electronics, smart grid and renewable energy. – PESGRE, 2023 – DOI:10.109/PESGRE.58662.2023.10404345.

31. Quispe J.C. Transmission line protection challenges influenced by inverter-based resources: a review / J.C. Quispe, E. Orduna // 2022 Protection and Control of Modern Power Systems. – 2022 – DOI:10.1186/s41601-022-00249-8.

32. Hida A. Impact of the distributed generation on the power quality indicators of the distribution network, A case study in Korça / A. Hida, R. Bualoti, M. Celo, M. Hysenbegasi // 2023 16th International scientific conference of energy and climate change. – ISCECC, 2023.

33. Петросян Н. Основные принципы создания преобразователей постоянного напряжения в стабилизированное переменное напряжение синусоидальной формы сетевой частоты / Н. Петросян, Д. Киракосян // 2013 журнал «Силовая электроника». – Т.6 – №45 – С.79-84.1

34. Иванова В.Р. Структурный и параметрический синтез алгоритмов противоаварийного управления для реализации адаптивной частотной делительной автоматики электротехнических систем. / В.Р. Иванова, И.Ю. Иванов, В.В. Новокрещенов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. – Т. 21 – № 4 – С. 66-76 – DOI:10.30724/1998-9903-2019-21-4-66-76.

35. Takele H.M. Increment of fault current due to integration of distributed generation and its impact on distribution network protection / H.M. Takele // 2021 Research square journal. – RS, 2021 – DOI:10.21203/rs.3.rs-968650/v1.

36. Maharmi B. Integration of photovoltaic distributed generation in grid distribution network: A literature review / B. Maharmi, Syafii, A.A. Zakri // 2023 Andalasian international journal. – AIJASET, 2023 – Vol. 3 – No. 03 – P. 206-220 – DOI:10.25077/aijaset.v3i3.114.

37. Majeed A.A. A review of protection schemes for electrical distribution networks with green distributed generation / A.A. Majeed, A.S. Altaie, M. Abderrahim, A. Alkhazraji // 2023 Energies. Electrical engineering. – Vol. 16 – No. 22 – P. 7587 – DOI:10.3390/en16227587.

38. Adebayo A.D. An overview of distributed generation on power systems / A.D. Adebayo, J.U. Chinedu // 2022 International journal of frontline research in engineering and technology. – IJFRET, 2022 – Vol. 1 – No. 1 – P. 27-33 – DOI:10.56355/ijfret.2022.1.1.0001.

39. Lestari S.D. Integration of artificial intelligence for enhanced coordination of docr protection in distributed generation systems / S.D. Lestari, Samsurizal, A. Makkulai // 2024 Journal Teknik Electro. – ELKHA, 2024 – Vol. 16 – No. 1 – P. 43 – DOI:10.26418/elkha.v16i1.72876.

40. Anaza S.O. Potential of renewable energy sources for distributed generations: An overview / S.O. Anaza, Y.S. Haruna, A.L. Amoo, A.A. Sadiq, Y.A. Yisah // 2023 International journal of scientific advances. – IJSCIA, 2023 – Vol. 4 – No. 1 – P. 21 – DOI:10.51542/ijscia.v4i1.21.

41. Zayzndehrodi H. Effect of renewable distributed generators on the fault current level of the power distribution systems / H. Zayandehrodi, A. Mohmed, H. Shareef, M. Farhoodnea, M. Mohamadjafari // 2013 Advanced materials research. – AMR, 2013 – DOI:10.4028/AMR.622.623.1882.

42. Omosigno E.O, Distributed generation technology; Advances and development trend / E.O. Omosigno, L.E. Okotie, J. Okoekhian // 2021 International journal of: science research and technology. – TIJSRAT, 2021 – Vol. 6 – No. 9 – DOI:10.13140/RG/2/2/21613/05602.

43. Debadatta A.G. Protection algorithms of microgrids with inverter interfaced distributed generation units – A review / A.G. Debadatta // 2021 Electric power systems research. – EPSR, 2021 – Vol. 192 – No. 11 – DOI:10.1016/j.epsr.2020.106986.

44. Vijetha K. Adaptive relaying of radial distribution system with distributed generation / K. Vijetha, K.P Sharath, M. Matcha // 2013 International Journal of Electrical and Computer Engineering. – IJECE, 2013. – Vol. 3 – № 3 – P. 407-414. DOI:10.11591/ijece.v3i3.2578.

45. Cherevatskiy S. Grid forming energy storage system addresses challenges of grids with high penetration of renewables (a case study) / S. Cherevatskiy, S. Sproul, S. Zabihi, R. Korte, H. Klingenberg, B. Buchholz, A. Oudalov // 2020 CIGRE session 48. – C2 – C6 – 322.

46. Memon A. A. Microgrid Protection with Conventional and Adaptive Protection Schemes / A. A. Memon, H. Laaksonen, K. Kauhaniemi // Microgrids, Power Systems, Springer Nature Switzerland AG, 2021 – DOI:10.1007/978-3-030-59750-4_19.

47. Farkhani J.S. The power system and microgrid protection — A review / J.S. Farkhani, M. Zareein, A. Najafi, R. Melicio, E.M.G. Rodrigues // 2020 Applied Sciences. - Appl. Sci., 2020. – Vol. 10 – № 8271 – P. 1-30. DOI:10.3390/app10228271.

48. Cisneros-Saldana J.I.D. On Protection Schemes for AC Microgrids: Challenges and Opportunities / J.I.D Cisneros-Saldana, S. Samal, M.M. Begovic, S.R. Samantaray // 2024 IEEE Transactions on Industry Applications. – TIA, 2024. – PP(99):1-12. DOI:10.1109/TIA.2024.3353721

49. Khan J.A. Robust Unified Multi Diverse Protection Schemes for Low Voltage Microgrid / J.A. Khan, T. Mahmood // 2023 Journal of Electrical Engineering and Technology. – Vol. 19 - №2 – P.1079-1096. DOI:10.1007/s42835-023-01620-x

50. Chowdhury R. Line Current Differential Protection in Systems With Inverter-Based Resources— Challenges and Solutions / R. Chowdhury, R. McDaniel, N. Fischer // 2023 Conference: 76th Annual Conference for Protective Relay Engineers. DOI:/10.2139/ssrn.4058823