Automatic fault location in electrical distribution networks with distributed generation

Abstract

Nowadays the electrical network is continuously evolving due to the increasing deployment of Information Technologies and the Distribution Energy Resources. This scenario affects directly to the quality of service in the electrical distribution networks. For this reason, the Power Quality is a key important concern to make the electrical network evolve towards a Smart Grid. Power quality is defined through three important focal points: availability, wave quality and commercial quality. The presence of the Distribution Energy Resources in the current electrical distribution network is showing a new scenario where the fault detection is more complex due to the flow current is in both directions. This thesis is focused in the analysis of several methods to locate a fault in electrical distribution network and also how the current communication standards can improve considerably this fault location. It is important to remark that the main contribution of this thesis is in the analysis of several propositions and algorithms to enhance the fault location in a distribution network using the current Intelligent Electronic Device with international standards such as IEC 61850. All of these algorithms have been focused to work in a mesh distribution networks. Another important contribution of this thesis is in the adaptive protection system in order to isolate correctly the fault in a ring system distribution. Although this proposition could be extended to a mesh network where the elements of the network can operate under a fault. Finally, the thesis concludes that the use of communication standards and Internet of Things with current developed Intelligent Electronic Devices technology can contribute significantly to enhance the current and future electrical network distribution.

La xarxa elèctrica evoluciona contínuament a causa del creixent desplegament de les Tecnologies de la Informació i dels Recursos Energètics Distribuïts. Aquest escenari afecta directament a la qualitat de servei de les xarxes de distribució elèctrica. Per aquest motiu, el mantenir i millorar el nivell de qualitat d'energia és un punt clau per fer evolucionar la xarxa elèctrica cap a una xarxa Smart Grid. Aquesta qualitat de l'energia es defineix per medi de de tres punts importants: disponibilitat, qualitat d'ona i qualitat comercial. La presència dels Recursos Energètics Distribuïts mostra un nou escenari en què la detecció de defectes es complica afectant a la disponibilitat del servei. Aquesta tesi es centra principalment en l'anàlisi de diversos mètodes per localitzar un defecte a la xarxa de distribució elèctrica i també en com l'ús dels estàndards de comunicació actuals poden contribuir considerablement a la localització del defecte. És important remarcar que la principal contribució d'aquest document ha estat en l'anàlisi de diverses proposicions i algoritmes per millorar la localització de faltes en una xarxa de distribució utilitzant Dispositius Electrònics Intel·ligents amb estàndards internacionals com l'IEC 61850. Tots aquests algoritmes han estat definits per treballar en xarxes de distribució mallades. Una altra contribució important d'aquesta tesi es troba en el sistema de protecció adaptatiu per tal d'aïllar correctament el defecte en una distribució del sistema d'anell amb interruptors automàtics. Aquesta proposta es podria ampliar a una xarxa mallada. Finalment, la tesi conclou amb que l'ús d'estàndards de comunicació i l'Internet of Things en combinació amb Dispositius Electrònics Intel·ligents, desenvolupats actualment, poden contribuir significativament a millorar la distribució de la xarxa elèctrica actual i futura.