Akıllı dağıtım şebekelerinde adaptif koruma koordinasyon sistemi
Adaptive protection coordination system in smart distribution networks
Yazar: FURKAN AHMET TAMYİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM GÜNEŞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULFETAH ABDELA SHOBOLE
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Adaptif koruma sistemleri = Adaptive protection systems ; Akıllı şebekeler = Intelligence networks ; Akım koruma rölesi = Current protect relay ; Dağıtık üretim = Distributed production ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı, elektrik dağıtım şebekelerinde artmaktadır. Alçak gerilim veya orta gerilim seviyesinde elektrik dağıtım şebekelerine bağlanan yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) ile güvenilir, kesintisiz, kaliteli, temiz ve yenilenebilir enerjinin müşteriye sunulması hedeflenmektedir. Ancak, dağıtım şebekelerine bağlandığında koruma sistemleri için teknik zorluklara sebebiyet vermektedir.
YEK'ler dağıtım şebekelerine dağıtık bir şekilde entegre edildiğinde akım karakteristiğini çift yönlü hale getirmektedir. Bu nedenle, mevcut koruma ayarları geçersiz hale gelmektedir. Bu noktada akıllı şebekelerde mikroişlemci tabanlı rölelerin kullanımı ile koruma ayarlarını güncelleyebilmek ihtiyaç haline gelmektedir. Hesap yapabilen, veri depolayabilen, merkezi kontrolör ve diğer dağıtım merkezindeki röleler ile haberleşebilen nümerik röleler, güç sistemlerinin anlık olarak koruma ayarlarını güncelleme yeteneğine sahiptir. Dağıtık üretim kaynakları (DÜK) ve topoloji durum değişimlerine seçici ve hızlı bir şekilde röle ayarlarını güncelleyen koruma sistemleri, adaptif koruma sistemleridir. Özellikle DÜK'lerin dağıtım şebekelerine bağlanmasıyla, kısa devre akım büyüklüklerini arttırması ve akımı çift yönlü hale getirmesi nedeniyle yönlü aşırı akım rölelerinin kullanımı uygun bir seçenektir. Yönlü aşırı akım röleleri, arıza akımının yönüne ve büyüklüğüne duyarlı olarak kesicisini kumanda eden röle tipidir.
Bu tez çalışmasında, koruma karmaşıklığına sahip örgülü şebekeler için iki adaptif koruma yöntemi tanıtılmıştır. İki yöntem de yönlü aşırı akım rölelerine dayalı adaptif koruma felsefesine sahiptir. Birinci yöntem olan merkezi yapılı adaptif koruma sistemi (MYAKS), merkezi kontrolör tabanlı çalışan bir felsefeye sahiptir. İkinci yöntem olarak Dağıtık Yapılı Adaptif Koruma Sistemi (DYAKS), dağıtık koruma felsefesine sahip koruma sistemidir. IEC 61850 protokolünün sunmuş olduğu 4 ms gecikmeli haberleşme avantajı ile arıza esnasında DYAKS, ana ve yedek koruma röle tayinlerini gerçekleştirerek röle açma sürelerini hesaplamaktadır.
Bu tez çalışmasında, DIgSILENT PowerFactory dili ve DPL dili kullanılmıştır. DPL dili ile MYAKS ve DYAKS yöntemi otomatize edilmiştir. Maksimum kısa devre arızalarına karşı adaptif koruma sağlanması amacıyla 3 fazlı kısa devre arızaları uygulanmıştır. Test şebekesi olarak IEEE 14 baralı test şebekesi üzerinde DYAKS ve MYAKS yöntemi analiz edilmiştir. 
DYAKS ve MYAKS yöntemleri ile IEEE 14 baralı dağıtım şebekesinin normal durumunda, DÜK'ler dağıtım şebekesine bağlandığı durumda ve ada modunda performans analizleri yapılmıştır. DYAKS ve MYAKS yöntemiyle, akıllı rölelerin açma akımı ve zaman çarpan ayarı değerleri otomatik bir şekilde atanmıştır. Yöntemleri doğrulamak için RMS/EMT simülasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. DYAKS ve MYAKS yöntemi analiz modelleri neticesinde, seçici bir şekilde çalıştığı bulgular kısmında referans hat üzerinde doğrulanarak gösterilmiştir. DYAKS yöntemi, MYAKS yönteminden daha hızlı röle çalışma sonuçları vermiştir.

Abstract:
Today, the use of renewable energy sources is increasing in electricity distribution networks. It is aimed to provide reliable, uninterrupted, high quality, clean and renewable energy to customers with renewable energy sources (RES) connected to electricity distribution networks at low voltage or medium voltage level. However, it causes technical difficulties for protection systems when connected to distribution networks.
When RES' are integrated into distribution networks in a distributed manner, they make the current characteristic bidirectional. Therefore, the current protection settings become invalid. At this point, it becomes a necessity to update the protection settings with the use of microprocessor-based relays in smart networks. Numerical relays, which can calculate, store data, communicate with the central controller and other relays in the distribution center, have the ability to update the protection settings of power systems instantly. Protection systems that selectively and quickly update relay settings to distributed generation resources (DGR) and topology state changes are adaptive protection systems. The use of directional overcurrent relays is a suitable option, especially by connecting DGRs to distribution networks, since they increase the magnitude of the short-circuit current and make the current bidirectional. Directional overcurrent relays are a type of relay that controls the breaker sensitive to the direction and magnitude of the fault current.
In this thesis, two adaptive protection methods are introduced for braided networks with protection complexity. Both methods have adaptive protection philosophy based on directional overcurrent relays. The first method, the centrally structured adaptive protection system (CSAPS), has a central controller-based philosophy. As the second method, the Distributed Adaptive Protection System (DAPS) is a protection system with a distributed protection philosophy. With the 4 ms delay communication advantage offered by the IEC 61850 protocol, DAPS performs the main and backup protection relay assignments and calculates the relay opening times during a fault.
In this thesis, DIgSILENT PowerFactory language and DPL language were used. CSAPS and DAPS methods are automated with DPL language. In order to provide adaptive protection against maximum short-circuit faults, 3-phase short-circuit faults are applied. As the test network, DAPS and CSAPS methods were analyzed on the IEEE 14 busbar test network.
Performance analyzes were carried out in the normal state of the IEEE 14 busbar distribution network, when the DGRs are connected to the distribution network, and in the island mode with the CSAPS and DAPS methods. With the CSAPS and DAPS method, the pick-up current and time multiplier setting values of the smart relays are assigned automatically. RMS/EMT simulation analyzes were performed to validate the methods. As a result of CSAPS and DAPS method analysis models, it has been shown that it works selectively by verifying it on the reference line in the findings section. daps method gave faster relay operating results than CSAPS method.