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研究生: 梁辰宇
Chen-yu Liang
論文名稱: 開發適用於微電網饋線保護之DSP型方向性過電流電驛
Development of a DSP-based Directional Overcurrent Relay for Feeder Protection in Microgrid
指導教授: 辜志承
Jyh-cherng Gu
口試委員: 蕭一龍
I-lung Show
楊明達
Ming-ta Yang
郭明哲
Ming-tse Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 144
中文關鍵詞: 方向性過電流電驛微電網改良式離散傅立葉轉換諧波DSP
外文關鍵詞: Directional Overcurrent Relaty, Microgrid, modified DFT, Harmonic, DSP
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  • 傳統配電系統為輻射式架構,故障電流為單一方向,其饋線保護方式為使用非方向性過電流電驛;但隨著分散式電源之開發與併入,可形成併網模式或孤島模式運轉之微電網,故障電流不再為單一方向,故其饋線之過電流保護需使用具備參考量與動作量之方向性過電流電驛,傳統上,參考量係透過比壓器取得電壓,造成成本上之增加。
    當微電網運轉於孤島模式時,若故障點靠近比壓器位置,亦不能因電壓過低而導致方向判斷錯誤。基於此,本論文將開發以DSP為基礎僅利用電流訊號之演算法,適用於微電網饋線保護之電流型方向性過電流電驛。本演算法結合改良式離散傅立葉轉換之快速、準確濾波能力,可解決故障電流含有直流衰減成份之問題。因微電網中分散式電源的併入與現代化電子負載的日漸普及,都會產生諧波,為監測供電與用電品質,在本電驛上加入諧波分析之功能,最後透過Matlab/Simulink與Doble波形重現模擬器驗証本論文所研製的適用於微電網饋線保護之方向性過電流電驛的可行性。


    Traditionally, the distribution system is radial type. The fault current presents in top-dowm direction; hence, a non-direction overcurrent relay may apply for feeder protection. Nowaday, Distributed Generations (DG) have been widely installed and fed into the distribution system. The system with DG may form as Microgrid and operate in Grid-Connected Mode or Islanded Mode. However, the fault current in Microgrid no longer presents in one-way. The directional function relay must be introduced instead of non-directional one. It will increase the installation cost since the additional Protecntial Transfomers (PT) are required to provide the reference quantity.
    In case of the Microgrid operation in Island Mode, the fault location is close to the PT installation. The refrence quantity may be too low to provide the direction check for relay. To avoid this possibility a DSP-based Current-Only algorithm has been propsed. It can simply and easily apply feeder protection on Microgrids. Basically, the algorithm is base on modified DFT inherent in high calculation speed and fast filtering ability, the exponential decaying DC component in initial fault current can easily be removed within one more cycle. In addition, the more DGs and modern electronic loads in Microgrids the more harmonic issues need to be concerned. To monitor the power quality, the harmonic analysis function also be included in the proposed relay. Finally, the proposed relay is succeddfully tested and varified by Matlab/Simulink and Doble emulator. It concluded that the proposed relay is good for feeder protection in Microgrids.

    摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VII 圖目錄 XI 表目錄 XVII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究方法與步驟 2 1.3 論文架構 3 第二章 微電網系統 5 2.1 前言 5 2.2 微電網之架構 5 2.3 微電網保護之相關規範 6 2.3.1 美國 7 2.3.2 日本 9 2.3.3 台灣 11 2.4 配電系統之過電流保護 13 2.4.1 傳統放射型 14 2.4.2 微電網型 16 2.5 本章小結 17 第三章 饋線方向性過電流電驛 19 3.1 前言 19 3.2 基本概念 19 3.3 電驛動作特性曲線之設定 21 3.4 方向性過電流電驛之方向性判斷 25 3.4.1 傳統型方向性過電流電驛 26 3.4.2 電流偵測型方向性過電流電驛 27 3.5 本章小結 29 第四章 數位濾波演算法 31 4.1 前言 31 4.2 取樣定理 32 4.3 傅立葉濾波演算法 34 4.3.1 全週期傅立葉演算法 34 4.3.2 半週期傅立葉演算法 36 4.4 改良式傅立葉濾波演算法 38 4.5 演算法之驗證 40 4.5.1 基本波 40 4.5.2 諧波 46 4.6 本章小結 47 第五章 硬體電路設計與軟體程式規劃 49 5.1 前言 49 5.2 硬體電路設計 50 5.2.1 信號調整電路 50 5.2.2 DSP數位信號處理器 52 5.2.2.1 DSP數位信號處理器之比較 52 5.2.2.2 DSP程式設計流程 53 5.2.2.3 DSP介面電路 55 5.3 軟體程式規劃 56 5.3.1 主要功能 56 5.3.2 輔助功能 58 5.4 本章小結 59 第六章 驗證測試 61 6.1 前言 61 6.2 應用Matlab/Simulink於範例系統之建立 61 6.3 應用波形重現模擬器於測試系統之建立 62 6.4 環境測試平台之架設 64 6.5 測試方法與步驟 65 6.5.1 穩態測試 65 6.5.2 暫態測試 66 6.6 測試結果 67 6.6.1 穩態測試 67 6.6.1.1 傳統型 67 6.6.1.2 電流偵測型 71 6.6.2 暫態測試 72 6.6.2.1 傳統型 73 6.6.2.2 電流偵測型 86 6.7 本章小結 99 第七章 結論與未來研究方向 101 7.1 結論 101 7.2 未來研究方向 103 參考文獻 105 附錄A COMTRADE格式轉檔流程 109 附錄B 傳統型穩態測試結果 113

    [1] Rohjans, S., Uslar, M., Bleiker, R., González, J., Specht, M., Suding, T., and Weidelt T., “Survey of Smart Grid Standardization Studies and Recommendations”, in Proceeding of the 1st Smart Grid Communications IEEE International Conference, pp. 583-588, 4-6, October, 2010.
    [2] Rohjans, S., Uslar, M., Bleiker, R., González, J., Specht, M., Suding, T., and Weidelt T., “Survey of Smart Grid Standardization Studies and Recommendations—Part 2”, in Proceeding of Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe, pp. 1-6, 11-13, October, 2010.
    [3] SMB Smart Gird Strategic Group (SG3) “IEC Smart Gird Standardization Roadmap”, Edition 1.0, June, 2010.
    [4] 陳朝順、許振廷、林嘉宏,「微電網系統暫態減緩之智慧型控制技術建立」,行政院原子能委員會委託研究計畫研究報告(1012001INER044),高雄,台灣,2012年12月。
    [5] Laaksonen H. J., “Protection Principles for Future Microgrids”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.25, No.12, pp. 2910-2918, December, 2010.
    [6] Salam, A. A., Mohamed, A., and Hannan, M. A., “Technical Challenges on Microgrids”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 3, No. 6, December, 2008.
    [7] Horak, J., “Directional overcurrent relaying (67) concepts”, in Proceeding of IEEE Conference on Power Engineering, pp. 164-176, April, 2006.
    [8] Ukil, A., Deck, B., and Shah, V. H., “Current-Only Directional Overcurrent Relay”, Sensors Journal, IEEE, pp. 1403-1403, June, 2011.
    [9] Ukil, A., Deck, B., and Shah, V. H., “Smart Distribution Protection Using Current-Only Directional Overcurrent Relay”, in Proceedings of Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe, IEEE PES, pp. 1-7, 11-13, October, 2010.
    [10] Ukil, A., Deck, B., and Shah, V. H., “Current-Only Directional Overcurrent Protection for Distribution Automation: Challenges and Solutions”, IEEE Transactions on Smart Grid, pp. 1687-1694, December, 2012.
    [11] 于尚禮,「應用改良式傅立葉濾波演算法於串聯補償輸電線之故障定位」,博士論文,國立台灣科技大學,台北,2011年7月。
    [12] 蘇林、張建華、王利、苗唯時、吳子平,「微電網相關問題及技術研究」,中國電力系統保護與控制,2010年10月。
    [13] Katiraei, F., and Iravani, M. R., “Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 21, No. 4, pp. 1821-1831, November, 2006.
    [14] Robert, H. L., and Piagi, P., ‘‘Extended Microgrid Using Distribution Energy Resources’’, Power Engineering Society General Meeting, pp. 1-5, 24-28, June, 2007.
    [15] Lasseter, R. H., “CERTS Microgrid”, in Proceeding of IEEE Conference on Power Engineering, pp. 1-5, 16-18, April, 2007.
    [16] Vieira, J. C. M., Freitas, W., Xu, W., and Morelato, A., “Performance of Frequency Relays for Distributed Generation Protection”, IEEE Transactions on Power Electronics, pp. 1120-1127, July, 2006.
    [17] IEEE Std. 1547.2, IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems, 2008.
    [18] IEEE Std. 519, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, 1992.
    [19] 日本系統連繫技術要件檢討委員會報告書,「電力系統連繫技術要件」,2006年。
    [20] 日本電氣協會,「分散式電源系統連繫技術指針」,2004年。
    [21] 台灣電力公司,「台灣電力股份有限公司第一型及第二型再生能源發電設備併聯作業須知」,2013年6月。
    [22] 黃聖凱,「實現以IEC61850通訊為基礎之微電網保護系統」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北,2013年6月。
    [23] 許金和、李雪銀,電機設備保護,高立圖書股份有限公司,台北,第145頁,1997年1月。
    [24] IEEE Std. 37.2, IEEE Standard Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations, May, 2008.
    [25] 李宏任,實用保護電驛,全華科技圖書股份有限公司,台北,第6-10 - 6-12頁,2000年4月。
    [26] IEEE Std. 37.112, IEEE Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays, September, 1996.
    [27] 俞齊山、陳炳男、陳錦龍,「以同步量測為基礎之彈性交流輸電系統新型電驛與穩定度控制器之研究(1/2)」,國科會專題研究報告(NSC92-2213-E-014-015),桃園,台灣,2004年7月。
    [28] James, H. M., Romald, W. S., and Mark, A. Y., Signal Processing First, Pearson Education International, 2003.
    [29] Phadke, A. G., and Thorp, J. S., Computer Relaying for Power Systems, 2nd Edition, Wiley Text Books, 2009.
    [30] Kuo, B. C., and Golnaraghi, Farid, Automatic Control Systems, Wiley Text Books, 2009.
    [31] 施有為,「電力監控系統與資訊末端設備之演進」,電機月刊,第九卷,第八期,第156頁~162頁,1999年。
    [32] 郭明錫,「電力自動化的架構與通訊協定」,電機月刊,第九卷,第十一期,第151~156頁,1999年。
    [33] 李俊奇、吳亞芬、沈金鐘,線性積體電路,高立圖書股份有限公司,台北,第78頁,2004年6月。
    [34] Burr-Brown Prouducts from Texas Instruments Precision, Gain of 0.2 Level Translation DIFFERENCE AMPLIFIER, INA159, October, 2005.
    [35] Texas Instruments Inc., TMS320F28335, TMS320F28334, TMS320F28332, TMS320F28335, TMS320F28334, TMSF28332 Digital Signal Controllers (DSCs) Data Manual, Dallas, Texas, USA, Apirl, 2009.
    [36] Texas Instruments Inc., TMS320F2806x Piccolo Microcontrollers (Rev, D), Dallas, Texas, USA, December, 2012.
    [37] Texas Instruments Inc., TMS320F28030, TMS320F28031, TMS320F28032, TMS320F28033, TMS320F28034, TMS320F28035 Piccolo Microcontrollers (Rev. J), Dallas, Texas, USA, October, 2013.
    [38] 廖俊達,「數位測距電驛研製與測試」,碩士論文,國立台灣大學,台北,2005年6月。
    [39] Doble公司網站 http://www.Doble.com/products/F6000.htm
    [40] Gosalia, J., and Tierney, D., Tutorial on Using Comtrade Files for Relay Testing, Washington, 1998.

    無法下載圖示 全文公開日期 2017/07/18 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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