تشخیص و مکان‌یابی خطا در شبکه‌های الکتریکی هیبریدی شناورها با استفاده از تبدیل موجک
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
محسن علیانی
1
(دانشگاه صنعتی مالک اشتر)
آرش دهستانی کلاگر
2
(دانشگاه صنعتی مالک اشتر)
محمدرضا علیزاده پهلوانی
3
(دانشگاه صنعتی مالک اشتر)
کلید واژه: تشخیص و مکان‌یابی خطا, ریزشبکه هیبریدی شناور, تبدیل موجک,
چکیده مقاله :
در سیستم قدرت هیبریدی شناورها، امکان بروز انواع مختلف خطا بسیار زیاد است. طبق مطالعات صورت‌گرفته در زمینه تشخیص و مکان‌یابی خطا در ریزشبکه‌های هیبریدی شناورها، فقدان تکنیک‌های جامع مدیریت خطا برای حفاظت ریزشبکه شناور از خطاهای اتصال کوتاه، مانع اصلی استفاده از ریزشبکه‌های هیبریدی شناورها برای مأموریت‌های دریایی حیاتی به‌شمار می‌آید. با توجه به قیود و محدودیت‌های میدانی در شناورها، طراحی یک سیستم حفاظت الکتریکی برای ریزشبکه‌های هیبریدی شناورها، نیاز به توجه و دقت به الزامات ویژه‌ای دارد. هدف این مقاله، ارائه یک طرح حفاظتی مناسب جهت تشخیص، طبقه‌بندی و مکان‌یابی خطا در ریزشبکه‌های هیبریدی شناورهاست. در این راستا تشخیص، طبقه‌بندی و مکان‌یابی خطا در مدت زمان 034/0 ثانیه الی 54/0 ثانیه با استفاده از الگوریتم مبتنی بر پردازش سیگنال تبدیل موجک با مرتبه چهارم (4db) انجام می‌شود. مشاهده نتایج و تحلیل آنها نشان می‌دهد که الگوریتم پیشنهادی به‌خوبی، انواع خطاها حتی خطاهای بسیار گذرا (حدود 1 میلی‌ثانیه) را چه در بخش AC و چه در بخش DC ریزشبکه شناور، تشخیص، طبقه‌بندی و مکان‌یابی می‌نماید.
In the hybrid shipboard power networks, the possibility of occurrence of various types of faults is very high. According to the studies conducted in the field of fault detection and localization in hybrid microgrids, the lack of comprehensive fault management techniques to protect the microgrid against short-circuit faults is the main obstacle to the use of hybrid microgrids in vessels for vital marine missions. Considering the restrictions and limitations in marine vessels, the design of an electrical protection system for hybrid microgrids requires high attention to special requirements. In this paper, an appropriate protection scheme for fault detection and localization in hybrid shipboard microgrids is presented. In this regard, fault detection, classification and localization in a period of 0.034 to 0.54 seconds are performed using an algorithm based on Daubechies order 4 wavelet transform (db4). Observing the results and analyzing them shows that the proposed algorithm can detect, classify and localize all types of faults both in the AC and DC parts of the shipboard microgrids.
[1] S. G. Jayasinghe, L. Meegahapola, N. Fernando, Z. Jin, and J. M. Guerrero, "Review of ship microgrids: system architectures, storage technologies and power quality aspects," Inventions, vol. 2, no. 1, Article ID: 2010004, Mar. 2017.
[2] M. D. Al-Falahi, T. Tarasiuk, S. G. Jayasinghe, Z. Jin, H. Enshaei, and J. M. Guerrero, "AC ship microgrids: control and power management optimization," Energies, vol. 11, no. 6, Article ID: 1458, Jun. 2018.
[3] A. M. Aboelezz, M. M. El-Saadawi, A. A. Eladl, and B. E. Sedhom, "IEC 61850 communication-based pilot distance protective IED for fault detection and location in DC zonal shipboard microgrid," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 59, no. 5, pp. 5559-5569, Oct. 2023.
[4] Z. Xiao, X. Zheng, Y. He, N. Tai, H. Cheng, and J. Shen, "An additional bus inductance-based protection scheme for shipboard DC zonal electric distribution systems," International J. of Electrical Power & Energy Systems, vol. 138, Article ID: 107910, Jun. 2022.
[5] Q. Deng, X. Liu, R. Soman, M. Steurer, and R. A. Dougal, "Primary and backup protection for fault current limited MVDC shipboard power systems," in Proc. IEEE Electric Ship Technologies Symp., ESTS'15, pp. 40-47, Old Town Alexandria, VA, USA21-24 Jul. 2015.
[6] E. Christopher, M. Sumner, D. W. P. Thomas, X. Wang, and F. D. Wildt, "Fault location in a zonal DC marine power system using active impedance estimation," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 49, no. 2, pp. 860-865, Apr. 2013.
[7] G. Wu, "Fault detection method for ship equipment based on BP neural network," in Proc. Int. Conf. on Robots & Intelligent System, ICRIS'18pp. 556-559, 26-27 May 2018.
[8] R. Bhargav, C. P. Gupta, and B. R. Bhalja, "Unified impedance-based relaying scheme for the protection of hybrid AC/DC microgrid," IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 13, no. 2, pp. 913-927, Mar. 2022.
[9] A. M. Aboelezz, M. M. El-Saadawi, A. A. Eladl, V. Bures, and B. E. Sedhom, "A novel fault detection and location approach for DC zonal shipboard microgrid based on high-frequency impedance estimation with IEC 61850 communication protocol," IEEE Access, vol. 12, pp. 36212-36228, 2024.
[10] G. K. Rao and P. Jena, "A novel fault identification and localization scheme for bipolar DC microgrid," IEEE Trans. on Industrial Informatics, vol. 19, no. 12, pp. 11752-11764, Dec. 2023.
[11] D. Kumar and F. Zare, "A comprehensive review of maritime microgrids: system architectures, energy efficiency, power quality, and regulations," IEEE Access, vol. 7, pp. 67249-67277, 2019.
[12] M. Chai, et al., "Alternating current and direct current-based electrical systems for marine vessels with electric propulsion drives," Applied Energy, vol. 231, pp. 747-756, Dec. 2018.
[13] M. U. Mutarraf, et al., "Adaptive power management of hierarchical controlled hybrid shipboard microgrids," IEEE Access, vol. 10, pp. 21397-21411, 2022.
[14] S. S. Kaddah, Cost Effective Damage Control Analysis for Shipboard Power System, Ph.D. Thesis, Howard University, Washington DC, USA, Dec. 2002.
[15] L. Xu, et al., "A review of DC shipboard microgrids-part i: power architectures, energy storage, and power converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 5, pp. 5155-5172, May 2022.
[16] Z. Ali, et al., "Fault detection and classification in hybrid shipboard microgrids," in Proc. IEEE PES 14th Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conf., APPEEC'22, 6 pp., Melbourne, Australia, 20-23 Nov. 2022.