An impedance based method for distribution system monitoring

Mortazavi, Hashem (2016). An impedance based method for distribution system monitoring. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The main goal of this thesis is to propose a new monitoring technique for traditional distribution system with integration of renewable energy source. The traditional distribution network is primarily composed of radial feeders, designed for unidirectional power flow. Therefore, many operation regulation, protection and control system, in distribution network, are based on the radial distribution systems assumption.

The high penetration of the renewable energy sources, will clearly impact the distribution systems operation. Unlike other ways of electricity generation renewable energies initiate some challenges for grid operation. Intermittency of renewable energies sources, power system protection, stability, security, economic dispatch, optimal power flow are critical issues initiated by renewable energies penetration to power systems.

In addition, the renewable energy source output may exceed the consumed power during the day. Therefore, the direction of the power flow can be reversed during some periods. The high penetration of decentralized renewable sources will create a multidirectional power flow condition in the distribution grid, which was originally designed for unidirectional power flow only. Following of this reverse power flow, the distribution feeder voltage rises.

In this thesis the necessity of online monitoring system for important feeders in distribution system will be shown. It will be shown that the apparent impedance measured on the feeder has great capabilities for on line monitoring of distribution feeder.

The thesis establishes the steady-state mathematical model for defining the monitoring zone in R-X plane as the main contribution. It will be shown that the apparent impedance has a good potential for monitoring of feeder power factor, reverse and forward active and reactive power flow. In addition, it will be shown that complex power curve can be transferred to R-X plane to monitor the reactive power requirement regulation issued by utilities for RES integration.

Titre traduit

Une méthode basée sur l'impédance pour la surveillance des systèmes de distribution

Résumé traduit

Le but principal de cette thèse est de proposer une nouvelle méthode de surveillance des systèmes de distribution traditionnels en tenant compte de l'intégration des sources d'énergie renouvelables. Les réseaux de distribution traditionnels sont principalement composés de dispositifs d'alimentation radiaux et ils sont conçus pour un flux de puissance unidirectionnel. En conséquence, la réglementation opérationnelle et les systèmes de protection et de contrôle sont souvent basés sur l'hypothèse d'un système de distribution radial.

La forte pénétration des sources d'énergie renouvelables aura un impact clair sur l'opération des systèmes de distribution. L'opération des réseaux électriques fait face à de nouveaux défis créés par les sources d'énergie renouvelables qui sont différents des défis traditionnels. L'intermittence des sources d'énergie renouvelables, la protection des systèmes électriques, la stabilité, la sécurité, la répartition économique et l'optimisation du flux de puissance sont des problèmes critiques issus de la pénétration d'un système électrique par des sources d'énergie renouvelables.

En outre, la production de la source d'énergie renouvelable peut excéder la consommation durant le jour, ce qui inverse le flux d'énergie durant certaines périodes. Un fort taux de pénétration de sources renouvelables décentralisées crée une situation de flux électrique multidirectionnel dans le réseau de distribution, qui était à l'origine conçu pour un flux unidirectionnel seulement. En conséquence de cette inversion de flux électrique, le voltage des dispositifs d'alimentation radiaux augmente.

L'importance d'un système de surveillance en ligne pour les principaux dispositifs d'alimentation dans les systèmes de distribution sera démontrée dans cette thèse. Il sera aussi montré que l'impédance mesurée sur le dispositif d'alimentation recèle un grand potentiel pour la surveillance en ligne des dispositifs d'alimentation.

L'apport principal de cette thèse est d'établir de modèle mathématique à l'état stable pour définir la zone de surveillance dans le plan R-X. Il sera montré que l'impédance apparente a un bon potentiel pour surveiller le facteur de puissance du distributeur, le flux de courant inversé, le flux de courant actif et le flux de courant réactif. En outre, il sera démontré qu'une courbe de puissance complexe peut être transférée au plan R-X pour surveiller la composante de puissance réactive imposée par la réglementation des services publics liée à l'intégration des sources d'énergie renouvelables.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 127-137.
Mots-clés libres:	Électricité Distribution. Alimentation en énergie électrique. Énergies renouvelables. Impédance électrique. Facteur de puissance (Électricité) flux, puissance, calcul d'impédance, sources d'énergie renouvelables, système de distribution, surveillance
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Saad, Maarouf
Codirecteur:	Codirecteur Mehrjerdi, Hasan
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	27 juill. 2016 19:34
Dernière modification:	10 déc. 2016 17:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1695

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