Dağıtım sistemlerinde röle koordinasyonunun uygulanması
Application of relay coordination in distribution systems
Yazar: AMIR AZIZ YAHYA ALMODAFER
Danışman: DOÇ. DR. ERDİN GÖKALP ; DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ ATEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, aşırı akım rölelerinin(OCR) doğru koordinasyonunu sağlayan parametre seçiminin analiz edilmesi için yeni bir matematiksel yaklaşım sunmaktadır. Ayrıca, optimizasyonlu aşırı akım röle koordinasyonu (OCRC) konusunda literatürde sıkça atıfta bulunan kavramların güvenilirliğini değerlendirmektedir. Özellikle, minimum röle açma sürelerini belirlemek için amaç fonksiyonu (OF) ve koordinasyon zaman aralığı (CTI) kısıtının OCRC için kritik olduğu inancını test etmektedir.
Çalışma, radyal, çoklu kaynaklı radyal beslemeli ve ring  şebekeleri olmak üzere üç farklı şebeke tipi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Radyal şebeke modeli Abu Al-Khaseeb, Basra, Irak'taki Hemdan trafo merkezine dayanmaktadır. Ring şebeke modelleri, IEEE 3 bara ve IEEE WSCC 9 bara sistemlerini içermektedir. Çoklu kaynaklı radyal besleme şebekesi modeli ise açık IEEE 3 bara olarak belirlenmiştir.
Çalışmada, OCRC'nin doğruluğunu test etmek için OF ve CTI yerine seçicilik, hız ve güvenlik olmak üzere üç koruma kriteri kullanılmıştır. Yani, sadece optimizasyon değil, aynı zamanda koruma seviyesi, hızı ve güvenilirliği de dikkate almıştır.
Sonuçlar, beş farklı optimizasyon algoritması kullanılarak MATLAB ve ETAP programlarında test edilmiştir. Bu algoritmalar şunlardır: doğrusal programlama algoritması (LP), genetik algoritmalar (GA), biyocoğrafya tabanlı optimizasyon (BBO), hibrid biyocoğrafya tabanlı optimizasyon-doğrusal programlama (BBO-LP) ve nüfus tabanlı artımsal öğrenme algoritması (PBIL).
Radyal şebeke çalışmalarında, farklı dağıtım şebekesi sitelerine bağlı üç fotovoltaik istasyonu (PV) ve sekiz işletme senaryosu kullanılmıştır. Ring şebeke çalışmalarında ise PV bağlantısının etkisi dikkate alınmıştır. En düşük amaç fonksiyonu (OF) değerine dayalı olarak optimizasyon algoritmalarının karşılaştırıldığı sonuçlarda, CTI kısıtının korunması yaygın olarak kabul edilen yöntemin hatalı olduğu bulunmuştur.
Bu çalışma, yönseçici aşırı akım röle koordinasyonunun (DOCRC) ring beslemeli şebekelerde mümkün olmadığını ve çoklu kaynaklı radyal beslemeli şebekelerde kullanışlı olmadığını vurgulamaktadır. Radyal bir şebeke için, beş aday algoritmadan seçilen başarılı bir optimizasyon algoritması kullanılarak dinamik bir OCRC mekanizması önerilmektedir. Ring şebekesi için ise yük akışına dayalı olarak adalar halinde bölünme ve PV bağlantısının dikkate alındığı bir koordinasyon yaklaşımı önerilmektedir.

Abstract:
This study introduces a novel mathematical approach for analyzing the selection of parameters that ensure the correct coordination of overcurrent relays (OCR). The study assesses the dependability of commonly cited concepts in the literature on optimization overcurrent relay coordination (OCRC), including the objective function (OF) for finding the minimum relay tripping times and the belief that the coordination time interval (CTI) constraint is critical for valid OCRC.
The study was conducted on three types of networks: radial, multi-source radial feeding, and ring networks. The radial network model was the Hemdan substation in Abu Al-Khaseeb, Basra, Iraq; the ring network models were the IEEE 3 bus and IEEE WSCC 9 bus systems; and the multi-source radial feeding network model was the open IEEE 3 bus.
The study tested the accuracy of OCRC using the three protection criteria of selectivity, speed, and security, rather than just the OF and CTI.
The results were validated using five optimization algorithms tested on MATLAB and ETAP: linear programming (LP), genetic algorithms (GA), biogeography-based optimization (BBO), a BBO-LP hybrid, and population-based incremental learning (PBIL).
For all algorithms, the radial network study compared eight operational scenarios with three photovoltaic stations (PV) connected at different distribution network sites. The widely accepted approach of preserving the CTI constraint while comparing optimization algorithms based on the lowest OF value was found to be flawed in this study.
It highlights the incapability of directional overcurrent relay coordination (DOCRC) in ring-fed networks and its infeasibility in multi-source radial-fed networks. A dynamic OCRC mechanism is proposed for a radial network, utilizing a successful optimization algorithm selected from five candidate algorithms. For a ring network, a coordination approach is suggested to divide it into islands based on load flow while taking into consideration the connection of PV systems.