DEVELOPMENT OF HYBRID ISLANDING DETECTION TECHNIQUE FOR DISTRIBUTED POWER GENERATION Master of Science dissertation R. P. TILAKERATNE Department of Electrical Engineering University of Moratuwa Sri Lanka 2008 93954 Abstract The utilization of distributed generation (DG) units is rapidly increasing in power system and questions are raised regarding their effect on the system, energy management and protection policies. DG can provide in some cases a significant art of the load energy requirements. Islanding operation of DG usually occur when the main utility supply is interrupted due to several contingencies (inrush currents, faults, etc) while the DG is still supplying power to the distribution network at a sustained voltage and frequency. These conditions have negative impacts on the system protection, restoration, operation and management and could be fatally harmful to line workers and power system facilities. IEEE Std. 1547TM-2003 & IEEE Std.929- 2000 require that islanded DG system be shut down within a specified time. Therefore, it is necessary to detect the presence of this condition and switch off the DG from distribution network or isolate the DG with its load from the rest of the system. Conventional detection methods for islanding conditions are based on monitoring several parameters such as voltage magnitude, phase, displacement, frequency change, voltage unbalance (VU) and total harmonic distortion (THD). However, in case of small changes in loading for DG, the contingency will be masked by normal operating condition. Conventional methods usually will not detect such an islanding condition. Among the existing islanding detection techniques, two techniques, namely the positive feedback (PF) technique and voltage unbalance and the total harmonic distortion (VU/THD) technique are most promising ones. However, both of these tecliniques have their own flaws. In this thesis a new technique is proposed that combines the principles of those two to obtain a hybrid islanding detection technique for synchronously rotating DGs. Simulation results show that the proposed hybrid technique is more effective than each of the above schemes. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . \ / \ ~\. I R . P . T i l a k e r a t n e J a n u a r y 2 0 0 8 I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . ~T P r o f . R a n j i t h P e r e r a S u p e r v i s o r D e c l a r a t i o n A b s t r a c t A c k n o w l e d g e m e n t L i s t o f F i g u r e s L i s t o f T a b l e s 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 G e n e r a l 1 . 2 E c o n o m i c c o n c e r n s 1 . 3 T e c h n i c a l c o n c e r n s 1 . 3 . 1 P r o t e c t i o n i s s u e s C O N T E N T S 1 . 3 . 1 . 1 F u s e - f u s e c o o r d i n a t i o n 1 . 3 . 1 . 2 R e c l o s e r - f u s e c o o r d i n a t i o n 1 . 3 . 2 V o l t a g e a n d f r e q u e n c y i s s u e s 1 . 3 . 3 M o d i f i c a t i o n o f d i s t r i b u t i o n s y s t e m 1 . 3 . 4 O p e r a t i o n a l i s s u e s 1 . 4 O b j e c t i v e s 1 . 4 . 1 M e t h o d o l o g y u s e d t o a c c o m p l i s h e d o b j e c t i v e s 2 . E x i s t i n g I s l a n d i n g D e t e c t i o n S c h e m e s 2 . 1 C l a s s i f i c a t i o n 2 . 2 R e m o t e t e c h n i q u e s 2 . 2 . 1 P o w e r l i n e c a r r i e r c o m m u n i c a t i o n ( P L C C ) 2 . 2 . 2 S u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ( S C A D A ) 2 . 3 L o c a l t e c h n i q u e s 2 . 3 . 1 A c t i v e t e c h n i q u e s 2 . 3 . 1 . 1 D e t e c t i o n o f i s l a n d i n g b y a d d i n g p e r t u r b a t i o n s i n D G o u t p u t 2 . 3 . 1 . 2 A c t i v e f r e q u e n c y d r i f t m e t h o d o f i s l a n d i n g p r e v e n t i o n 2 . 3 . 1 . 3 P o s i t i v e f e e d b a c k t e c h n i q u e 2 . 3 . 1 . 4 S a n d i a f r e q u e n c y s h i f t ( S F S ) I V v V I V l l l 1 2 3 3 3 4 5 6 7 8 8 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 3 1 4 1 4 1 1 2 . 3 . 1 . 5 S a n d i a v o l t a g e s h i f t ( S V S ) 1 5 2 . 3 . 2 P a s s i v e t e c h n i q u e s 1 6 2 . 3 . 2 . 1 L o s s o f m a i n s d e t e c t i o n b y s y s t e m i m p e d a n c e m o n i t o r i n g 1 6 2 . 3 . 2 . 2 D e t e c t i o n o f v o l t a g e m a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y 1 7 2 . 3 . 2 . 3 R a t e o f c h a n g e o f f r e q u e n c y 1 7 2 . 3 . 2 . 4 I s l a n d i n g d e t e c t i o n b y m o n i t o r i n g p h a s e d i s p l a c e m e n t 1 7 2 . 3 . 2 . 5 V o l t a g e u n b a l a n c e a n d t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n t e c h n i q u e 1 8 2 . 3 . 2 . 6 V o l t a g e u n b a l a n c e s ( V U ) 1 8 2 . 3 . 2 . 7 T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( T H O ) i n c u r r e n t 1 9 3 . P r o p o s e d I s l a n d i n g D e t e c t i o n S c h e m e 2 1 3 . 1 I n t r o d u c t i o n 2 1 3 . 2 A l g o r i t h m f o r t h e p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e 2 2 3 . 3 T e s t s y s t e m s 2 3 3 . 3 . 1 T e s t s y s t e m ( I ) 2 3 3 . 3 . 1 . 1 S i m u l a t i o n o f d i s t u r b a n c e s a n d r e s u l t s o n t e s t s y s t e m ( I ) 2 4 3 . 3 . 1 . 2 S a l i e n t f e a t u r e s 2 6 3 . 3 . 2 T e s t s y s t e m ( I I ) 2 9 3 . 3 . 2 . 1 S i m u l a t i o n o f d i s t u r b a n c e s a n d r e s u l t s o n t e s t s y s t e m ( I I ) 3 1 4 . C o n c l u s i o n s 3 6 4 . 1 C o n c l u s i o n s , r e m a r k s a n d d i s c u s s i o n 3 6 4 . 2 R e c o m m e n d a t i o n s f o r f u t u r e r e s e a r c h 3 6 R e f e r e n c e s 3 7 A p p e n d i x A - D e t a i l s o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I ) 4 1 A p p e n d i x B - D e t a i l s o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I I ) 4 3 I l l 0 . I ' A c k n o w l e g e m e n t I w i s h t o e x p r e s s m y a p p r e c i a t i o n a n d s i n c e r e t h a n k s t o t h e U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a f o r p r o v i d i n g m e w i t h t h e o p p o r t u n i t y o f f o l l o w i n g t h e M a s t e r ' s D e g r e e P r o g r a m m e i n E l e c t r i c a l I n s t a l l a t i o n s a n d P r o f e s s o r R a n j i t h P e r e r a o f D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , M r . L . A . S . F e r n e n d o , D e p u t y G e n e r a l M a n a g e r ( T r a n s m i s s i o n O p e r a t i o n a n d M a i n t e n a n c e ) o f t h e C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d a n d D r . Y . A . L . J a y a w i c k r a m a ( E l e c t r i c a l E n g i n e e r - P r o t e c t i o n D e v e l o p m e n t ) o f t h e C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d , w h o g u i d e d a n d a s s i s t e d m e a s P r o j e c t S u p e r v i s o r s i n s e l e c t i n g t h e t o p i c a n d p r e p a r i n g t h e t h e s i s r e p o r t d e s p i t e t h e i r h e a v y l o a d o f w o r k . T h e i r a d v i c e s a n d i n s i g h t w e r e i m m e a s u r a b l e . I w o u l d e x t e n d m y s i n c e r e g r a t i t u d e t o P r o f e s s o r J . R . L u c a s a n d D r . L a n k a U d a w a t t a o f t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a a n d t o t h e C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d a n d f e l l o w e n g i n e e r s w h o h e l p e d m e i n t a k i n g r e l e v a n t d a t a o n s e l e c t e d f e e d e r s a n d g r i d s u b s t a t i o n s i n t h e C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d . W h i l s t I r e g r e t m y i n a b i l i t y t o s p e c i f i c a l l y m e n t i o n i n d i v i d u a l s , I a m g r a t e f u l t o a l l t h e s t a f f o f t h e U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a a n d m y c o l l e a g u e s w h o w e r e h e l p f u l t o m e i n n u m e r o u s w a y s t o m a k e m y e n d e a v o r a s u c c e s s . L a s t , b u t n o t l e a s t , I t h a n k m y b e l o v e d w i f e S u n e t h r a a n d c h i l d r e n L a k m a l , N i s s a n s a l a a n d A n u r a d h i t h a f o r t h e i r a f f e c t i o n , a p p r e c i a t i o n , s u p p o r t a n d u n d e r s t a n d i n g t o w a r d s m e i n a c h i e v i n g t h e a s p i r a t i o n . v Q t L i s t o f F i g u r e s F i g u r e P a g e 1 . 1 D G c o n n e c t e d t o u t i l i t y g r i d 4 1 . 2 R e c l o s u r e - f u s e c o - o r d i n a t i o n b e f o r e i n s e r t i o n o f D G 5 1 . 3 R e c i o s u r e - f u s e c o - o r d i n a t i o n a f t e r i n s e r t i o n o f D G 5 1 . 4 A n i n s t a n c e o f i s l a n d i n g 6 2 . 1 I s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s 1 0 2 . 2 U s e o f P L C C f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n 1 1 2 . 3 D e t e c t i o n o f i s l a n d i n g b y a d d i n g p e r t u r b a t i o n s 1 2 2 . 4 A c t i v e f r e q u e n c y d r i f t f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n 1 3 2 . 5 S a n d i a f r e q u e n c y s h i f t m e t h o d o f i s l a n d i n g d e t e c t i o n 1 4 2 . 6 S y s t e m s e t u p f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n b y i m p e d a n c e m o n i t o r i n g 1 6 2 . 7 S i m p l i f i e d a l g o r i t h m f o r V U / T H D s c h e m e 2 0 3 . 1 P r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e 2 2 3 . 2 S t u d y s y s t e m ( I ) 2 4 3 . 3 V U a t D G 1 t e r m i n a l s v e r s e s t i m e 2 7 3 . 4 F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 v e r s e s t i m e 2 7 3 . 5 V U m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s v e r s e s t i m e 2 8 3 . 6 F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 v e r s e s t i m e 2 8 3 . 7 C u r r e n t t o i n t e r m e d i a t e l o a d A v e r s e s t i m e i n s e c o n d s 2 9 3 . 8 S t u d y s y s t e m ( I I ) 3 0 3 . 9 M G l 3 0 3 . 1 0 M G 2 3 1 3 . 1 1 V U m e a s u r e d a t D G 1 t e r m i n a l s 3 3 3 . 1 2 F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 3 3 3 . 1 3 V U m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s 3 4 3 . 1 4 F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 3 4 3 . 1 5 C u r r e n t t o i n t e r m e d i a t e l o a d A v e r s e s t i m e i n s e c o n d s 3 5 V I . . A I P a r t A o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I ) 4 1 A 2 P a r t 8 o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I ) 4 2 8 1 P a r t A o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I I ) 4 4 8 2 P a r t 8 o f s i m u l a t i o n m o d e l ( I I ) 4 5 8 3 F e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 6 8 4 L o a d f l o w d i a g r a m o f f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 7 8 5 Y m a t r i x o f f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 8 8 6 C o m p l e t e M A T L A 8 m o d e l o f f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 9 V l l . . . Q f . . . . L i s t o f T a b l e s T a b l e 2 . 1 2 . 2 T r i p p i n g t i m e s e t t i n g f o r d i f f e r e n t f r e q u e n c i e s T r i p p i n g t i m e s e t t i n g f o r d i f f e r e n t v o l t a g e s P a g e 1 5 1 6 V l l l . . . 9 r _ . ~ C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 G e n e r a l A c c o r d i n g t o I E E E S I D 1 5 4 7 - 2 0 0 3 [ 1 ] , d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n ( D G ) i s d e f i n e d a s e l e c t r i c g e n e r a t i o n f a c i l i t i e s c o n n e c t e d t o p o w e r s y s t e m t h r o u g h a p o i n t o f c o u p l i n g ( P C C ) . D i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n h a s t h e p o t e n t i a l t o p l a y a m a j o r r o l e a s a c o m p l e m e n t o r a l t e r n a t i v e t o t h e e l e c t r i c p o w e r g r i d u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s . D G c a n a l s o i m p r o v e a u t i l i t y ' s a b i l i t y t o s e r v e p e a k l o a d o n a f e e d e r . D G i s f u n d a m e n t a l l y d i s t i n c t f r o m t h e t r a d i t i o n a l c e n t r a l p l a n t m o d e l f o r p o w e r g e n e r a t i o n a n d c a n d e l i v e r e n e r g y c l o s e t o l o a d s w i t h i n p o w e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k [ 8 ] . I n A u g u s t 1 9 9 7 , t h e M i n i s t r y o f I r r i g a t i o n a n d P o w e r o f S r i L a n k a a n n o u n c e d p o l i c y d i r e c t i o n s f o r p o w e r s e c t o r , w h e r e t h e p r i v a t e s e c t o r i s e x p e c t e d t o p l a y a k e y r o l e i n p o w e r s e c t o r d e v e l o p m e n t a c t i v i t i e s . T h e p o l i c y d i r e c t i o n f o r p o w e r s e c t o r e n v i s a g e s t h a t p r i v a t e s e c t o r f i n a n c i n g w i l l b e u t i l i z e d f o r p o w e r g e n e r a t i o n f r o m s m a l l h y d r o p o w e r p l a n t s . A t p r e s e n t , u n s o l i c i t e d p r o p o s a l s f o r m i n i h y d r o p o w e r p r o j e c t s o f n o t m o r e t h a n 1 0 M W o f i n d i v i d u a l i n s t a l l e d c a p a c i t y a r e e n t e r t a i n e d b y T h e C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d ( C E B ) . D u r i n g l a s t f e w y e a r s , m i n i h y d r o p o w e r i n d u s t r y h a s g a i n e d a b o o s t i n t h i s c o u n t r y a n d 7 5 p l a n t s w i t h t o t a l i n s t a l l e d c a p a c i t y o f 1 5 0 M W a r e a l r e a d y i n c o m m e r c i a l o p e r a t i o n . T h e r e a r e 2 5 p r o j e c t s w i t h t h e t o t a l i n s t a l l e d c a p a c i t y o f 5 5 M W a r e u n d e r c o n s t r u c t i o n , w h i c h a r e e x p e c t e d t o b e g r i d i n t e r c o n n e c t e d o v e r t h e n e x t f e w y e a r s a n d m a n y m o r e p r o j e c t p r o p o s a l s a r e i n p i p e l i n e . A s a w h o l e i t i s e x p e c t e d t h a t a b o u t 3 0 0 M W o f m i n i h y d r o e l e c t r i c p l a n t s w i l l b e d e v e l o p e d o v e r t h e n e x t f e w y e a r s . E m b e d d e d g e n e r a t o r s c o v e r e d b y t h e C E B g u i d e a r e t h o s e c o n n e c t e d t o d i s t r i b u t i o n n e t w o r k , p a s s i v e a n d d i s p a t c h t h e i r g e n e r a t i o n t o t h e s y s t e m w i t h o u t a n y c o n t r o l o v e r t h e m b y t h e S y s t e m C o n t r o l C e n t e r o f t h e C E B . D i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n h a s t h e p o t e n t i a l i n S r i L a n k a t o p l a y a m a j o r r o l e i n s u p p l e m e n t i n g t h e e l e c t r i c g r i d p o w e r u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s a n d a t p r e s e n t c a p a c i t y o f f o l l o w i n g 3 3 k V f e e d e r s a r e a l r e a d y b e e n u t i l i z e d f u l l y . 1 > - B a l a n g o d a - R a t n a p u r a f e e d e r > - B a l a n g o d a - H a p u t a l e f e e d e r > - S e e t h a w a k a - K a r a w a n e l l a f e e d e r > - B a l a n g o d a - N i v i t i g a l a f e e d e r > - W i m a l a s u r e n d r a - G a m p o l a f e e d e r > - N u w a r a - E l l i y a - H a n g u r a n k e t h a f e e d e r > - R a t n a p u r a - K u r u w i t a / W a r a n a g a l a f e e d e r . T h e b e n e f i t s o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n c a n b e s u m m a r i z e d a s g i v e n b e l o w . > - E m e r g e n c y b a c k u p > - I m p r o v e d s y s t e m p e r f o r m a n c e > - I n c r e a s e d r e l i a b i l i t y > - P o t e n t i a l u t i l i t y c a p a c i t y a d d i t i o n d e f e r r a l s > - C o m b i n e d h e a t a n d p o w e r > - G r e e n p o w e r > - A n c i l l a r y s e r v i c e p o w e r > - A d v a n t a g e o u s f o r n a t i o n a l s e c u r i t y . A l t h o u g h D G s a r e r e c e i v i n g a l o t o f a t t e n t i o n i n t h e r e c e n t p a s t , t h e p r o s p e c t s o f t h e i r w i d e s p r e a d a d o p t i o n i s n o t c e r t a i n . T h e r e a r e e c o n o m i c a n d t e c h n i c a l c o n c e r n s i n v o l v e d t h a t a c t a s h i n d r a n c e s i n t h e w i d e s p r e a d u s e o f D G s . 1 . 2 E c o n o m i c C o n c e r n s S i n c e c o s t i s a d o m i n a n t f a c t o r f o r t h e s u r v i v a l o f a t e c h n o l o g y , f o l l o w i n g e c o n o m i c c o n c e r n s n e e d t o b e a d d r e s s e d b e f o r e t h e w i d e s p r e a d a d o p t i o n o f D G s . > - U n c e r t a i n t y a b o u t m a r k e t p o t e n t i a l : A l t h o u g h i t i s b e l i e v e d t h a t D G p r i c e s w o u l d f a l l i n t h e f u t u r e , t h e m o s t w i d e l y m e n t i o n e d h i g h l y e f f i c i e n t D G m i c r o - t u r b i n e s a r e n o t w i d e l y c o m m e r c i a l l y availabl~ [ 1 3 ] . > - D i f f i c u l t i e s i n r e c o v e r i n g u t i l i t y c o s t s : I f c u s t o m e r s s t a r t s e t t i n g u p t h e i r o w n D G s f o r t h e i r p o w e r r e q u i r e m e n t a n d b u y a s m a l l a m o u n t o f p o w e r f r o m t h e u t i l i t i e s , i t w o u l d b e v e r y d i f f i c u l t f o r t h e u t i l i t i e s t o r e c o v e r p a s t i n v e s t m e n t o r 2 e m b e d d e d c o s t s . I t w o u l d a l s o i n c r e a s e t h e b u r d e n o n c u s t o m e r s w h o r e l y o n t h e u t i l i t y f o r t h e i r p o w e r d e m a n d s . 1 . 3 T e c h n i c a l C o n c e r n s D i s t r i b u t i o n s y s t e m s h a v e b e e n t r a d i t i o n a l l y d e s i g n e d a s r a d i a l s y s t e m s , a n d t h e t i m e c o o r d i n a t i o n o f p r o t e c t i o n d e v i c e s a t t h e d i s t r i b u t i o n l e v e l i s a s t a n d a r d p r a c t i c e u s e d b y t h e u t i l i t i e s . H o w e v e r , i n s e r t i o n o f a D G d o w n s t r e a m o f t h e l o a d s o r p r o t e c t i o n d e v i c e s c h a n g e s t h e t r a d i t i o n a l l y r a d i a l n a t u r e o f d i s t r i b u t i o n s y s t e m a n d h e n c e m a y n e c e s s i t a t e a c h a n g e i n p r o t e c t i o n s t r a t e g y . T h e s e p r o b l e m s i n c l u d e p r o t e c t i o n i s s u e s , v o l t a g e a n d f r e q u e n c y i s s u e s , o p e r a t i o n a l i s s u e s a n d m i n i m i z i n g t h e n e e d t o u p g r a d e t h e s y s t e m f o r a c c o m m o d a t i n g D G s [ 9 , 1 0 a n d 1 1 ] . T h e f o l l o w i n g t e r m s h a v e b e e n d e f i n e d i n c o n s i s t e n c y w i t h I E E E S T D 1 5 4 7 : ' J r M i c r o g r i d ( M G ) : T h e p o r t i o n o f t h e g r i d c o n n e c t e d t o a D G w h i c h i s i s o l a t e d f r o m t h e u t i l i t y g r i d b y a c i r c u i t b r e a k e r ( C B ) a t t h e p o i n t o f c o m m o n c o u p l i n g . ' J r I s l a n d : A c o n d i t i o n w h e r e a p a r t o f t h e g r i d , c o n n e c t e d t o t h e D G ( t h e m i c r o - g r i d o r M G ) i s i s o l a t e d f r o m t h e u t i l i t y - c o n n e c t e d g r i d b y t h e o p e n i n g o f t h e C B a t P C C . ) r U n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g : I f t h e i s l a n d i n g w a s u n p l a n n e d , t h e n t h e i s l a n d i n g i s c a l l e d u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g . I s l a n d i n g u s u a l l y r e f e r s t o u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g . 1 . 3 . 1 P r o t e c t i o n i s s u e s D i s t r i b u t i o n s y s t e m s h a v e b e e n d e s i g n e d a s r a d i a l s y s t e m s [ 1 0 ] a n d t h e r e f o r e , a s a s t a n d a r d p r a c t i c e t i m e c o o r d i n a t i o n o f p r o t e c t i v e d e v i c e s a t d i s t r i b u t i o n l e v e l a r e u s e d . I n s e r t i o n o f a D G d o w n s t r e a m o f t h e l o a d s m a y n e c e s s i t a t e a c h a n g e i n p r o t e c t i o n s t r a t e g y [ 1 1 ] . S o m e o f t h e m a r e d i s c u s s e d b e l o w . 1 . 3 . 1 . 1 F u s e - f u s e c o o r d i n a t i o n F i g u r e 1 . 1 s h o w s a D G c o n n e c t e d t o a u t i l i t y d i s t r i b u t i o n s y s t e m t h r o u g h f u s e s e x c l u d i n g c i r c u i t b r e a k e r s a n d o t h e r p r o t e c t i v e d e v i c e s [ 1 1 ] . 3 U t i l i t y ~- ,C~ ~cation A I ~~ ~, _ _ l _ ~ P C C F u s e A . L o a d ~JJ----[:---r-- 1 ) '~ / F u s e B t r ~ocationB ' h ! r Q _ [ 1 . . . F i g u r e 1 . 1 - D G c o n n e c t e d t o u t i l i t y g r i d F o r a f a u l t o c c u r r i n g a t l o c a t i o n B , f u s e s A a n d B w o u l d s e e t h e s a m e f a u l t c u r r e n t i n j e c t e d b y t h e u t i l i t y g r i d . F u s e B s h o u l d a c t f a s t e r t h a n f u s e A t o i s o l a t e a m i n i m u m p a r t o f t h e s y s t e m . I n c a s e o f a n a b n o r m a l c o n d i t i o n w h e r e u t i l i t y g r i d i s f a u l t e d a t l o c a t i o n A , b o t h f u s e s s e e t h e s a m e f a u l t c u r r e n t w h i c h i s i n j e c t e d b y t h e D G . D u r i n g t h i s s i t u a t i o n f u s e A s h o u l d a c t f a s t e r t h a n f u s e B t o i s o l a t e a m i n i m u m p a r t o f t h e s y s t e m . I t i s c l e a r t h a t t h e f u s e - f u s e c o o r d i n a t i o n f o r a n u p s t r e a m f a u l t i n t h e p r e s e n c e o f D G i s i n c o n t r a d i c t i o n w i t h t h e f u s e c o o r d i n a t i o n r e q u i r e m e n t i n t h e a b s e n c e o f D G . 1 . 3 . 1 . 2 R e c l o s e r - f u s e c o o r d i n a t i o n I n t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m c i r c u i t p r o t e c t i o n i s o f t e n d o n e b y t h e c o o r d i n a t i o n o f f u s e s a n d a u t o r e c l o s e r s [ 1 1 ] . F i g u r e 1 . 2 s h o w s a r a d i a l d i s t r i b u t i o n l i n e f e e d i n g a l o a d b e f o r e i n s e r t i o n o f a D G a n d f i g u r e 1 . 3 s h o w s a f t e r i n s e r t i o n o f a D G . F o r a f a u l t o c c u r r i n g a t l o c a t i o n A b e f o r e i n s e r t i o n o f D G a s s h o w n i n f i g u r e 1 . 2 ; t h e r e c l o s e r i s n o r m a l l y p r o g r a m m e d t o m a k e t w o s h o r t r e c l o s i n g a t t e m p t s , a n d i f t h e f a u l t p e r s i s t s , i t w i l l m a k e a l o n g e r r e c l o s i n g a t t e m p t b e f o r e i t g o e s t o l o c k o u t . I n a r e l i a b l e s y s t e m t h e f u s e w o u l d o p e r a t e d u r i n g t h e l o n g r e c l o s i n g t i m e o f t h e a u t o r e c l o s e r s o t h a t p o w e r w i l l c o n t i n u e t o b e s u p p l i e d t o t h e p o r t i o n o f t h e l i n e b e t w e e n t h e f u s e a n d t h e r e c l o s e r . 4 U t i l i t y F u s e l o c a t i o n A /~ ~' ,~-----, ~r . ~ 1 - - - - - - ' . . , l - - - - - - - - - - - - - • - · , _ _ u - - - - ¥ - - - , · J ' ' ' R e c l o s e r • _ L r 0 Q . ) a . F i g u r e 1 . 2 - R e c l o s u r e - f u s e c o - o r d i n a t i o n b e f o r e i n s e r t i o n o f D G U t i l i t y ,---~ F u s e L . o c a t i o n A R e c l o s e r "[-~_-,-,'-._.c· "~·-. . D G I I 0 0 3 0 . F i g u r e 1 . 3 - R e c l o s u r e - f u s e c o - o r d i n a t i o n a f t e r i n s e r t i o n o f D G N o w c o n s i d e r t h e s i t u a t i o n w h e r e D G i s i n s e r t e d i n b e t w e e n f u s e a n d r e c l o s e r a s a p p e a r s i n f i g u r e 1 . 3 . O n o c c u r r e n c e o f a f a u l t ; a t t h e f i r s t r e c l o s u r e a t t e m p t t h e D G m i g h t i n j e c t s u f f i c i e n t c u r r e n t t o b l o w t h e f u s e . T h e r e f o r e , e v e n i n c a s e o f a t r a n s i e n t f a u l t , t h e f u s e m a y b l o w l e a d i n g t o a b l a c k o u t d o w n s t r e a m o f t h e f u s e . 1 . 3 . 2 V o l t a g e a n d f r e q u e n c y i s s u e s W h e n u n i n t e n t i o n a l i s l a n d ( d e f i n e d i n 1 . 3 ) o c c u r s , i t h a s t o b e d e t e c t e d w i t h i n t w o s e c o n d s , a n d t h e P C C s h o u l d d i s c o n n e c t t h e b u s t o w h i c h D G i s c o n n e c t e d , f r o m t h e u t i l i t y g r i d . O n c e t h i s h a p p e n s ; a n i s l a n d o r a m i c r o - g r i d i s f o r m e d a n d a p o r t i o n o f t h e g r i d i s s u p p l i e d s o l e l y b y D G s , a n d u t i l i t y h a s n o c o n t r o l o v e r t h e s e s u p p l i e s . I t i s e s s e n t i a l t h a t t h e f r e q u e n c y a n d v o l t a g e o f t h e m i c r o - g r i d b e q u i c k l y r e s t o r e d a f t e r d i s c o n n e c t i n g f r o m t h e u t i l i t y g r i d [ 1 8 ] . B r i n g i n g f r e q u e n c y a n d v o l t a g e w i t h i n p e r m i s s i b l e l i m i t s a s q u i c k l y a s p o s s i b l e a n d m a i n t a i n i n g t h e m a t r i g h t v a l u e s i s a t e c h n i c a l c h a l l e n g e c u r r e n t l y b e i n g i n v e s t i g a t e d w o r l d - w i d e [ 5 ] . 5 1 . 3 . 3 M o d i f i c a t i o n o f d i s t r i b u t i o n s y s t e m s I t m a y b e n e c e s s a r y t o d o c e r t a i n m o d i f i c a t i o n s t o c o n n e c t D G s t o d i s t r i b u t i o n s s y s t e m s a n d s t e p s s h o u l d b e t a k e n t o m i n i m i z e t h e n e e d f o r s u c h m o d i f i c a t i o n s . T h e I E E E S t a n d a r d f o r i n t e r c o n n e c t i n g d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n t o e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s s e t s t h e r e q u i r e m e n t s w h i c h D G s s h o u l d f u l f i l l b e f o r e c o n n e c t i n g t o t h e u t i l i t y g r i d . T h e i n t r o d u c t i o n o f n e w o r i n c r e a s e d e m b e d d e d g e n e r a t i o n c a n h a v e f o l l o w i n g k e y e f f e c t s o n t h e e l e c t r i c a l s y s t e m . ' ) ; - U n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g ' ) ; - I n c r e a s e i n f a u l t l e v e l w h i c h m i g h t m a k e i t n e c e s s a r y t o r e p l a c e t h e s w i t c h g e a r . ' ) ; - A l t e r p o w e r f l o w s a n d v o l t a g e p r o f i l e s : T h e i n s e r t i o n o f D G a f f e c t s l o c a l v o l t a g e a n d p o w e r i m p o r t e d b y t h e l o c a l l o a d f r o m u t i l i t y . ' ) ; - S y s t e m u p g r a d e : i t m a y b e n e c e s s a r y t o u p g r a d e s o m e o f t h e s y s t e m c o m p o n e n t s : • S w i t c h i n g / c o n t r o l a r r a n g e m e n t s • P r o t e c t i o n s y s t e m a n d s e t t i n g • E a r t h i n g s y s t e m a r r a n g e m e n t s A m o n g a b o v e i s s u e s u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g i s t h e m o s t i m p o r t a n t c o n c e r n r e g a r d i n g t h e u s e o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n . T h e f i g u r e 1 . 4 s h o w s a D G s o u r c e c o n n e c t e d t o a n e x i s t i n g u t i l i t y l i n e n e a r a l o a d c e n t e r . , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ---~ D G F a u l t -<-;,~_./ / C B 1 C B 2 P C C ~~-o U t i l i t y g r i d L o c a l : l o a d ·--------------~-Mfcro::.:gr:ra··--- F i g u r e 1 . 4 - A n i n s t a n c e o f i s l a n d i n g 6 F o r a f a u l t i n b e t w e e n C B 1 a n d C B 2 ; C B 1 w o u l d t r i p , b u t D G m a y n o t b e a b l e t o i n j e c t e n o u g h c u r r e n t t o t r i p C B 2 . H e n c e , a p o r t i o n o f t h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k i n b e t w e e n C B 1 a n d t h e D G i s e n e r g i z e d s o l e l y b y D G a n d u t i l i t y h a s n o c o n t r o l a t a l l . T h i s s i t u a t i o n i s r e f e r r e d t o a s i s l a n d i n g . 1 . 3 . 4 O p e r a t i o n a l i s s u e s D G i s l a n d i n g o p e r a t i o n u s u a l l y o c c u r w h e n t h e m a i n u t i l i t y p o w e r s u p p l y i s i n t e r r u p t e d d u e t o s e v e r a l c o n t i n g e n c i e s s u c h a s f a u l t s , i n r u s h c u r r e n t s w h i l e t h e D G u n i t i s s t i l l s u p p l y i n g p o w e r t o t h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k . T h i s k i n d o f c o n d i t i o n h a s n e g a t i v e i m p a c t o n t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m p r o t e c t i o n , r e c o n f i g u r a t i o n , o p e r a t i o n , l o a d m a n a g e m e n t a n d D G i t s e l f . T h e r e f o r e , o n c e a n u n i n t e n t i o n a l i s l a n d o c c u r s , i t h a s t o b e d e t e c t e d w i t h i n t w o s e c o n d s , a n d t h e P C C s h o u l d d i s c o n n e c t t h e b u s t o w h i c h t h e D G i s c o n n e c t e d , f r o m t h e u t i l i t y g r i d . U n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g i s t h e m o s t i m p o r t a n t c o n c e r n r e g a r d i n g t h e u s e o f D G s a n d c o u l d h a v e s e v e r e i m p l i c a t i o n s [ 1 0 ] , s o m e o f w h i c h a r e g i v e n b e l o w . ' Y L i n e w o r k e r s a f e t y c a n b e t h r e a t e n e d b y t h e D G s o u r c e s f e e d i n g a s y s t e m a f t e r t h e p r i m a r y e n e r g y s o u r c e s h a v e b e e n o p e n e d a n d t a g g e d o u t ' Y P u b l i c s a f e t y c a n b e c o m p r o m i s e d a s t h e u t i l i t y d o e s n o t h a v e t h e c a p a b i l i t y o f d e - e n e r g i z i n g t h e D G s o u r c e s e n e r g i z i n g d o w n e d l i n e s ' Y T h e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y p r o v i d e d t o t h e c u s t o m e r s c o n n e c t e d t o t h e i s l a n d a r e o u t o f t h e u t i l i t y ' s c o n t r o l , y e t t h e u t i l i t y r e m a i n s r e s p o n s i b l e t o t h o s e c u s t o m e r s ' Y P r o t e c t i o n s y s t e m s o n t h e i s l a n d a r e l i k e l y t o b e u n c o o r d i n a t e d , d u e t o c h a n g e i n t h e s h o r t c i r c u i t c u r r e n t a v a i l a b i l i t y ' Y T h e i s l a n d s y s t e m m a y b e i n a d e q u a t e l y g r o u n d e d b y t h e D G i n t e r c o n n e c t i o n ' Y U t i l i t y b r e a k e r s o r c i r c u i t r e - c l o s u r e s m a y r e c o n n e c t t h e i s l a n d t o t h e g r e a t e r u t i l i t y s y s t e m w h e n o u t o f p h a s e , c a u s i n g o v e r c u r r e n t s a n d C B t r i p p i n g F o r s a f e o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m s t o w h i c h D G s a r e c o n n e c t e d , u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g s h o u l d b e p r o p e r l y d e t e c t e d . T h e r e a r e m a n y w a y s t o d e t e c t t h i s c o n d i t i o n . I n t h e n e x t c h a p t e r s o m e o f t h e c o m m o n i s l a n d i n g d e t e c t i o n s c h e m e s w i l l b e e x p l o r e d . 7 B a s e d o n t w o o f t h e s e e x i s t i n g t e c h n i q u e s a n e w h y b r i d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e i s p r o p o s e d i n t h i s t h e s i s a n d w i l l b e t e s t e d t o p r o v e t h e v a l i d i t y o f t h e s c h e m e . 1 . 4 O b j e c t i v e s A l t h o u g h d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n o f f e r s m a n y b e n e f i t s a s a n a s c e n t f i e l d o f t e c h n o l o g y , i t f a c e s m a n y o b s t a c l e s d u e t o e c o n o m i c a n d t e c h n i c a l r e a s o n s . A t e c h n i c a l i s s u e c a l l e d u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g i s t h e m o s t p r o m i n e n t a m o n g t h e m , a n d h e n c e i s c o n s i d e r e d i n m o r e d e t a i l . T h i s t h e s i s r e v i e w s t h e p r o m i n e n t i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s a n d s t u d i e s t h e i m p l e m e n t a t i o n f e a s i b i l i t y , i m p a c t o n t h e u t i l i t y , a n d p r o b a b i l i t y o f f a l s e t r i p p i n g [ 2 0 ] . T h e r e f o r e t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h s t u d y i s t o d e v e l o p a n e w h y b r i d t e c h n i q u e t o o v e r c o m e d r a w b a c k s o f e x i s t i n g t e c h n i q u e s . 1 . 4 . 1 M e t h o d o l o g y u s e d t o a c c o m p l i s h o b j e c t i v e s R e v i e w o f a n t i - i s l a n d i n g t e c h n i q u e s Y I d e n t i f y t w o t y p e s o f t e c h n i q u e s f o r a n t i - i s l a n d i n g p u r p o s e s u c h a s r e m o t e t e c h n i q u e s a n d l o c a l t e c h n i q u e s Y R e m o t e t e c h n i q u e : s t u d y p o w e r l i n e c a r r i e r c o m m u n i c a t i o n ( P L C C ) a n d s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n n e t w o r k ( S C A D A ) Y L o c a l t e c h n i q u e : i d e n t i f y a c t i v e t e c h n i q u e s a n d p a s s i v e t e c h n i q u e s Y A c t i v e t e c h n i q u e s : s t u d y f o l l o w i n g p r o t e c t i o n s c h e m e s • D e t e c t i o n o f i s l a n d i n g b y a d d i n g p e r t u r b a t i o n s i n D G o u t p u t • A c t i v e f r e q u e n c y d r i f t m e t h o d o f i s l a n d i n g p r e v e n t i o n • P o s i t i v e f e e d b a c k t e c h n i q u e • S a n d i a f r e q u e n c y s h i f t ( S F S ) Y P a s s i v e t e c h n i q u e s : s t u d y f o l l o w i n g p r o t e c t i o n s c h e m e s • L o s s o f m a i n s d e t e c t i o n b y s y s t e m i m p e d a n c e m o n i t o r i n g • D e t e c t i o n o f v o l t a g e m a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y • R a t e o f c h a n g e o f f r e q u e n c y • I s l a n d i n g d e t e c t i o n b y m o n i t o r i n g p h a s e d i s p l a c e m e n t • V o l t a g e u n b a l a n c e ( V U ) a n d t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n t e c h n i q u e ( T H D ) Y G e n e r a l c o m p a r i s o n o f a n t i - i s l a n d i n g t e c h n i q u e s 8 ~ Y G e n e r a l a s p e c t s o f i s l a n d i n g o p e r a t i o n Y D e v e l o p m e n t o f h y b r i d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e f o r s y n c h r o n o u s l y r o t a t i n g D G s b y u s i n g a c t i v e ( p o s i t i v e f e e d b a c k - P F ) a n d p a s s i v e ( U V / T H D ) t e c h n i q u e s Y D e v e l o p m e n t o f a r e l e v a n t a l g o r i t h m f o r t h e p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e Y T e s t p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e o n t w o s y s t e m s Y T a k e f i r s t s y s t e m f r o m " I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r D e l i v e r y , v 2 0 , n l , J a n u a r y , 2 0 0 5 " Y E x t r a c t s e c o n d s y s t e m f r o m a p a r t o f 3 3 k V f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a g r i d s u b s t a t i o n Y S i m u l a t e s e c o n d s y s t e m u s i n g M A T L A B 9 C h a p t e r 2 E x i s t i n g I s l a n d i n g D e t e c t i o n S c h e m e s 2 . 1 C l a s s i f i c a t i o n T h e r e a r e m a n y p r o p o s e d t e c h n i q u e s f o r d e t e c t i o n o f a n i s l a n d . T h e y c a n b e b r o a d l y c l a s s i f i e d i n t o r e m o t e a n d l o c a l t e c h n i q u e s [ 2 4 ] . L o c a l t e c h n i q u e s c a n f u r t h e r b e c l a s s i f i e d i n t o a c t i v e a n d p a s s i v e t e c h n i q u e s a s s h o w n i n t h e f i g u r e 2 . 1 . / I s l a n d i n g D e t e c t i o n \ . I / ' R e m o t e T e c h n i q u e s L o c a l T e c h n i q u e s I ' A c t i v e T e c h n i q u e s P a s s i v e T e c h n i q u e s F i g u r e 2 . 1 - I s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s R e m o t e t e c h n i q u e s f o r d e t e c t i o n o f i s l a n d i n g a r e b a s e d o n c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n u t i l i t y a n d t h e D G s a n d h a v e b e t t e r r e l i a b i l i t y t h a n l o c a l t e c h n i q u e s , t h e y a r e e x p e n s i v e t o i m p l e m e n t a n d h e n c e u n e c o n o m i c a l . L o c a l t e c h n i q u e s r e l y o n t h e i n f o r m a t i o n a n d d a t a a t D G s i t e . P a s s i v e m e t h o d s d e p e n d o n m e a s u r i n g c e r t a i n s y s t e m p a r a m e t e r s a n d d o n o t i n t e r f e r e w i t h D G o p e r a t i o n . P a s s i v e t e c h n i q u e s a r e b a s e d o n m o n i t o r i n g v o l t a g e m a g n i t u d e [ 2 7 ] , r a t e o f c h a n g e o f f r e q u e n c y [ 2 8 ] , p h a s e a n g l e d i s p l a c e m e n t [ 2 9 ] o r i m p e d a n c e m o n i t o r i n g [ 2 6 ] . I f t h e t h r e s h o l d f o r p e r m i s s i b l e 1 0 -d i s t u r b a n c e i n t h e s e q u a n t i t i e s i s s e t t o a l o w v a l u e , t h e n n u i s a n c e t r i p p i n g m i g h t t a k e p l a c e a n d i f s e t t i n g i s t o o h i g h , t h e n i s l a n d i n g m a y n o t b e d e t e c t e d [ 2 0 ] . I n a c t i v e m e t h o d s , t h e D G i n t e r f a c e c o n t r o l i s d e s i g n e d t o f a c i l i t a t e i s l a n d i n g d e t e c t i o n b y p r o v i d i n g a p o s i t i v e f e e d b a c k f r o m e i t h e r f r e q u e n c y o r v o l t a g e [ 2 3 ] . 2 . 2 R e m o t e T e c h n i q u e s T h e r e a r e t w o p r o m i n e n t m e t h o d s a v a i l a b l e [ 2 4 ] . O n e i s p o w e r l i n e e a r n e r c o m m u n i c a t i o n ( P L C C ) a n d o t h e r o n e i s s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n n e t w o r k ( S C A D A ) 2 . 2 . 1 P o w e r l i n e c a r r i e r c o m m u n i c a t i o n s ( P L C C ) T h e f i g u r e 2 . 2 s h o w s a P L C C b a s e d s y s t e m [ 1 7 ] w h e r e a D G i s c o n n e c t e d t o u t i l i t y g r i d . D G U n i t R e c e i v e r L o c a l l o a d T r a n s m i t t e r C B F i g u r e 2 . 2 - U s e o f P L C C f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n [ 2 4 ] I n t h i s t e c h n i q u e t r a n s m i t t e r s e n d s a l o w e n e r g y s i g n a l t h r o u g h t h e l i n e c o n n e c t i n g t h e t r a n s m i t t e r t o t h e r e c e i v e r . O n c e i s l a n d i n g o c c u r s , t h e r e c e i v e r s t o p s g e t t i n g s i g n a l s f r o m t r a n s m i t t e r , a n d t h e a b s e n c e o f s i g n a l f r o m t h e t r a n s m i t t e r i s u s e d t o i n d i c a t e i s l a n d i n g . 2 . 2 . 2 S u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ( S C A D A ) I n t h i s t e c h n i q u e , t h e S C A D A s y s t e m s m o n i t o r a u x i l i a r y c o n t a c t s o f a c i r c u i t b r e a k e r . W h e n c i r c u i t b r e a k e r t r i p s , S C A D A s y s t e m i d e n t i f i e s t h i s b r e a k e r a n d s e n d s t h i s i n f o r m a t i o n t o a c e n t r a l c o n t r o l s t a t i o n a n d t h a t m a y b e u s e d t o i d e n t i f y i s l a n d e d a r e a a n d t r i p t h e P C C s i n t h e i s l a n d e d a r e a [ 1 6 ] . 1 1 2 . 3 L o c a l T e c h n i q u e s T h e r e a r e t w o t y p e s o f l o c a l t e c h n i q u e s n a m e l y a c t i v e a n d p a s s i v e t e c h n i q u e s . 2 . 3 . 1 A c t i v e t e c h n i q u e s I n t r o d u c e d i s t u r b a n c e t o t h e D G o u t p u t f o r t h e i s l a n d i n g d e t e c t i o n . S o m e o f t h e p r o m i n e n t a c t i v e t e c h n i q u e s w i l l b e d i s c u s s e d h e r e . 2 . 3 . 1 . 1 D e t e c t i o n o f i s l a n d i n g b y a d d i n g p e r t u r b a t i o n s i n D G o u t p u t . I n t h i s t e c h n i q u e p e r t u r b a t i o n s o r d i s t u r b a n c e s a r e a d d e d a t r e g u l a r i n t e r v a l s t o t h e D G o u t p u t v o l t a g e [ 1 5 ] . T h e n v o l t a g e a n d r e a c t i v e p o w e r t h r o u g h P C C i s m e a s u r e d . I n t h e u t i l i t y c o n n e c t e d m o d e , t h e s e p e r t u r b a t i o n s o r d i s t u r b a n c e s d o n o t c a u s e a s i g n i f i c a n t c h a n g e i n t h e v o l t a g e o r r e a c t i v e p o w e r e x p o r t a t P C C . I f t h e r e i s a c o n s i d e r a b l e c h a n g e i n t h e s e m e a s u r e d q u a n t i t i e s a t P C C t h a t i n d i c a t e s t h e D G i s n o t c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y g r i d , a n d h e n c e i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t i s l a n d i n g h a s o c c u r r e d . F l o w c h a r t f o r t h i s t e c h n i q u e i s s h o w n i n f i g u r e 2 . 3 [ 1 5 ] . I C S t ; a . . - t ; 1 " " " " E l l " " " S L J , . - - . . , . , . . . . . . . c:::> o : p c : : : > < r t : ( - c : : J ) . a o I t I F ' " - < : : : : : < : : : : : . 1 - : ; A . d d a s . m . a ! ! l p " " " . . - I t L J ..-t:::.~ I t i = ~-.. c : : : t " d i s " " " - • r b : . 9 1 1 . - . = . . . , i . - . o~::::;o . . . . , . < : : > I i i t " " " ' g - - " " " ' . - . - d c : : > 1 I l ' o . . " l - -SLJ~ . . . . . . . i E ! O . . - - t - d < : : : : : : ; , I - _ _ _ _ _ _ _ _ _ ] _ - - - - - - - - - - - - - I ~~-------~ -. . . . . . . . . . . . . . . _ _ _ _ _ _ " - - - -----~,; ' t h e e - = n - r - - - . g . . , . i . . - - o . . . . . . . ~..-.d o---~­ ~==========::;::-":;:_~-= o c : I L J - « 2 " l t c : > 1 : h t B o p - - e ! " r t : , . _ . . r b a o l t i < : : : > r - o " " " " ' " . . . " " " " " ' - - - - - : : : , . . I ' " ' ' " 1 - - - - - - - - - - - - 0 : : h o e " p o e > r m is.s~bloe "-'E!!IILJ..,.-;::_.-~--- - - - - - - - · - · - - · - - - - - . . . _...~-. . . . . . . . . _ _ _ _ . . - - - - 1 - w r - r · i p - - - - · : , - - - - F i g u r e 2 . 3 - D e t e c t i o n o f i s l a n d i n g b y a d d i n g p e r t u r b a t i o n s 1 2 2 . 3 . 1 . 2 A c t i v e f r e q u e n c y d r i f t s m e t h o d o f i s l a n d i n g p r e v e n t i o n H e r e , t h e D G i s i n t e r f a c e d w i t h g r i d t h r o u g h a p o w e r e l e c t r o n i c i n v e r t e r [ 1 4 ] . W h e n t h e i n v e r t e r c o n v e r t s D C i n p u t i n t o A C , i n s t e a d o f c o n v e r t i n g t o u t i l i t y f r e q u e n c y , t h e o u t p u t c u r r e n t w a v e f o r m o f t h e i n v e r t e r h a s a s l i g h t l y d i f f e r e n t f r e q u e n c y t h a n t h e u t i l i t y s u p p l y . R e l e v a n t c u r r e n t a n d v o l t a g e w a v e f o r m a r e s h o w n i n f i g u r e 2 . 4 . 0 O a = T 1 O b = T 2 a b = t z T e r m i n a l V o l t a g e C u r r e n t o u t p u t o f t h e i n v e r t e r C h o p p i n g f r a c t i o n = t z / T 2 = c o n s t a n t t i m e F i g u r e 2 . 4 - A c t i v e f r e q u e n c y d r i f t f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n H e r e , T 1 i s t h e h a l f t i m e p e r i o d f o r i n v e r t e r c u r r e n t o u t p u t , a n d T 2 i s h a l f t i m e p e r i o d o f t e r m i n a l v o l t a g e a n d f r e q u e n c y o f t h e i n v e r t e r a n d t z i s c a l l e d d e a d t i m e . I n t h e n o n i s l a n d e d o r u t i l i t y c o n n e c t e d m o d e , t h e t e r m i n a l v o l t a g e a n d h e n c e T 2 i s m a i n t a i n e d b y t h e u t i l i t y . T h e i n v e r t e r t r i e s t o m a i n t a i n c h o p p i n g f r a c t i o n a t a c o n s t a n t v a l u e . A s s o o n a s i s l a n d i n g o c c u r s , a s s u m i n g a p u r e l y a r e s i s t i v e l o a d , v o l t a g e a t t h e i n v e r t e r t e r m i n a l s w o u l d b e i n p h a s e w i t h t h e i n v e r t e r c u r r e n t o u t p u t . S i n c e t h e i n v e r t e r t r i e s t o m a i n t a i n c h o p p i n g f r a c t i o n t o a c o n s t a n t , i t i n c r e a s e s t h e o u t p u t f r e q u e n c y o f t h e i n v e r t e r c u r r e n t . B u t v o l t a g e s t i l l r e m a i n s i n p h a s e w i t h i n v e r t e r c u r r e n t . S o t h e i n v e r t e r t r i e s t o i n c r e a s e t h e f r e q u e n c y e v e n m o r e . T h i s p r o c e s s c o n t i n u e s u n t i l f r e q u e n c y c r o s s e s t h e p e r m i s s i b l e w i n d o w o f o p e r a t i o n o f t h e i n v e r t e r . 1 3 2 . 3 . 1 . 3 P o s i t i v e f e e d b a c k t e c h n i q u e T h i s i s o n e o f t h e m o s t p r o m i n e n t e x i s t i n g i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s . I n t h i s m e t h o d , a p o s i t i v e f e e d b a c k o f v o l t a g e a n d f r e q u e n c y i s g i v e n t o t h e D G [ 1 9 ] . A s l o n g a s D G i s c o n n e c t e d p a r t o f t h e g r i d o r t h e m i c r o - g r i d ( M G ) i s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y g r i d , t h e f r e q u e n c y a n d v o l t a g e o f t h e M G w i l l s t a y a t n o m i n a l l e v e l . H o w e v e r , a s s o o n a s u t i l i t y s u p p l y i s d i s c o n n e c t e d d u e t o f a u l t y c o n d i t i o n s t h e p o s i t i v e f e e d b a c k w h i c h a p p l i e d t o t h e D G w o u l d p u s h t h e M G f r e q u e n c y a n d v o l t a g e b e y o n d t h e p e r m i s s i b l e w i n d o w o f o p e r a t i o n o f t h e i n t e r f a c i n g i n v e r t e r s a n d a s a r e s u l t t h e y w i l l s h u t d o w n . E v e n t h o u g h , t h i s t e c h n i q u e w o r k s , i t h a s s o m e d r a w b a c k s . T h a t i s ; i f t h e r e a r e s e v e r a l D G s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y , t h e y m a y p u s h t h e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y e r r o r h i g h e r d u e t o p o s i t i v e f e e d b a c k a n d c o u l d d e s t a b i l i z e t h e u t i l i t y g r i d . A n o t h e r d r a w b a c k i s t h a t i t m a k e s i t i m p o s s i b l e f o r a n i s l a n d t o h a v e a u t o n o m o u s o p e r a t i o n . H e n c e , i n t h e e v e n t o f a u t i l i t y p o w e r o u t a g e , a n y c o n s u m e r s c o n n e c t e d t o t h a t i s l a n d w i l l g o w i t h o u t p o w e r . 2 . 3 . 1 . 4 S a n d i a f r e q u e n c y s h i f t ( S F S ) T h i s i s a m o d i f i c a t i o n o f a c t i v e f r e q u e n c y d r i f t w h i c h w a s e x p l a i n e d i n ( 2 . 3 . 1 . 2 ) a n d s h o w n i n f i g u r e 2 . 5 . I n t h e a c t i v e f r e q u e n c y d r i f t t e c h n i q u e t h e c h o p p i n g f r a c t i o n ( c f ) i s a c o n s t a n t . H o w e v e r , i n S F S t e c h n i q u e t h e c f i s m a d e a f u n c t i o n o f e r r o r i n t h e l i n e f r e q u e n c y [ 1 9 ] . 0 O a = T 1 O b = T 2 a b = t z T e r m i n a l V o l t a g e C u r r e n t o u t p u t o f t h e i n v e r t e r t i m e C h o p p i n g f r a c t i o n = t z / T 2 = f u n c t i o n o f f r e q u e n c y e r r o r F i g u r e 2 . 5 - S a n d i a f r e q u e n c y s h i f t m e t h o d o f i s l a n d i n g d e t e c t i o n 1 4 c j = c f o + K ( f a - f l i n e ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) W h e r e , c j = c h o p p i n g f r a c t i o n c f o = c h o p p i n g f r a c t i o n s e t f o r u t i l i t y c o n n e c t e d o p e r a t i o n m o d e K = a c o n s t a n t t o a c c e l e r a t e t h e p r o c e s s f a = f r e q u e n c y o f t h e v o l t a g e a t t h e i n v e r t e r t e r m i n a l s f l i n e = f r e q u e n c y o f t h e u t i l i t y s u p p l y = a c o n s t a n t W h e n t h e i n v e r t e r s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y g r i d , t h e u t i l i t y m a i n t a i n s t h e f r e q u e n c y a t 5 0 H z . S o , f a - f l i n e i s a p p r o x i m a t e l y z e r o . T h e r e f o r e c f i s a s m a l l v a l u e a n d t h e f r e q u e n c y o f t h e i n v e r t e r c u r r e n t i s c l o s e t o t h e u t i l i t y f r e q u e n c y . B u t w h e n u t i l i t y i s d i s c o n n e c t e d e v e n t h o u g h f l i n e r e m a i n s a t 5 0 H z , f a c h a n g e s b e c a u s e t h e i n v e r t e r f r e q u e n c y i s s l i g h t l y d i f f e r e n t f r o m t h e u t i l i t y f r e q u e n c y . A c c o r d i n g t o t h e e q u a t i o n ( 1 ) t h i s e r r o r i s p u s h e d h i g h e r a n d h i g h e r . A t l a s t t h e f r e q u e n c y c r o s s e s t h e p e r m i s s i b l e w i n d o w o f o p e r a t i o n o f t h e i n v e r t e r a n d t h e i n v e r t e r i s s h u t d o w n . T h e t a b l e 2 . 1 s h o w s t h e s e t t r i p p o i n t s f o r t h i s t e c h n i q u e . S e t p o i n t f o r t h e f r e q u e n c y T i m e b e f o r e s w i t c h i n g o f f ( c y c l e s ) 5 3 H z 0 . 5 5 0 . 5 H z 5 < 4 9 . 5 5 < 4 7 H z 0 . 5 T a b l e 2 . 1 - T r i p p i n g t i m e s e t t i n g f o r d i f f e r e n t f r e q u e n c i e s 2 . 3 . 1 . 5 S a n d i a v o l t a g e s h i f t ( S V S ) T h e p r i n c i p l e o f t h i s m e t h o d i s s i m i l a r t o t h a t o f S F S m e t h o d . T h e i n v e r t e r i n c r e a s e s t h e a m p l i t u d e o f i t s c u r r e n t o u t p u t f o r a n i n c r e a s e i n t h e v o l t a g e a t t h e t e r m i n a l s o f t h e i n v e r t e r a n d v i s e v e r s a . T h i s w i l l c a u s e a h i g h e r v o l t a g e e r r o r [ 1 9 ] . T h i s d o e s n o t h a p p e n i n t h e u t i l i t y c o n n e c t e d m o d e b u t a s s o o n a s i s l a n d i n g o c c u r s , t h e v o l t a g e e r r o r 1 5 i s p u s h e d h i g h e r u n t i l t h e p e r m i s s i b l e w i n d o w o f o p e r a t i o n i s c r o s s e d . T h e n t h e i n v e r t e r s h u t s d o w n . S e t p o i n t s f o r t h e t r i p p i n g a r e s h o w n i n t a b l e 2 . 2 . S e t p o i n t f o r t h e v o l t a g e T i m e b e f o r e s w i t c h i n g o f f ( c y c l e s ) > 1 4 5 v 1 > 1 3 2 v 1 0 0 < l l O V 1 0 0 < 6 0 V 5 < 3 0 V 1 T a b l e 2 . 2 - T r i p p i n g t i m e s e t t i n g f o r d i f f e r e n t v o l t a g e s 2 . 3 . 2 P a s s i v e t e c h n i q u e s T h e p a s s i v e t e c h n i q u e s d e t e c t a b n o r m a l i t i e s r e l a t e d t o t h e i s l a n d i n g c o n d i t i o n s . 2 . 3 . 2 . 1 L o s s o f m a i n s d e t e c t i o n b y s y s t e m i m p e d a n c e m o n i t o r i n g I n t h i s t e c h n i q u e a s u d d e n s p i k e i n t h e e q u i v a l e n t i m p e d a n c e o f t h e s y s t e m i s u s e d t o d e t e c t i s l a n d i n g a s s h o w n i n f i g u r e 2 . 6 . U t i l i t y H F S i g n a l g e n e r a t o r A u d i o a m p C o u p l i n g c i r c u i t D G B F i g u r e 2 . 6 - S y s t e m s e t u p f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n b y i m p e d a n c e m o n i t o r i n g 1 6 I n t h i s m e t h o d [ 2 6 ] a h i g h f r e q u e n c y s i g n a l o f a f e w k H z i s i n j e c t e d i n t o t h e s y s t e m . W h e n t h e u t i l i t y s i d e c i r c u i t b r e a k e r i s i n c l o s e d p o s i t i o n , t h e i m p e d a n c e b e t w e e n p o i n t s A a n d B c o n s i s t o f i m p e d a n c e s Z 1 , Z 4 a n d Z 2 i n p a r a l l e l . T h i s i m p e d a n c e i s l o w a n d h e n c e t h e v o l t a g e a c r o s s h i g h p a s s ( H P ) f i l t e r i s l o w . O n c e t h e C B a t t h e u t \ l \ t ' ! < s \ d \ ! G \ ) \ ! t \ S t h \ ! \ ! ( \ u \ v a k n t \ r r w e < i a n c e b e t w e e n A a n d B \ . s m \ . s e d t o t h e v a l u e o f Z 4 i n p a r a l l e l w i t h Z 2 . T h i s i n c r e a s e i n i m p e d a n c e c a u s e s a n i n c r e a s e i n t h e v o l t a g e a c r o s s t h e H P f i l t e r . T h i s s u d d e n i n c r e a s e i n v o l t a g e a c r o s s t h e H P f i l t e r i s u s e d t o i n d i c a t e i s l a n d i n g c o n d i t i o n s . M a i n d r a w b a c k o f t h i s s y s t e m i s t h a t a b i g l o a d s w i t c h i n g c o u l d b e m i s t a k e n f o r i s l a n d i n g . 2 . 3 . 2 . 2 D e t e c t i o n o f v o l t a g e m a g n i t u d e a n d f r e q u e n c y I t i s g i v e n t h a t a s a n o f f i c i a l g u i d e l i n e f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n i n J a p a n , a d e v i a t i o n o f v o l t a g e a n d f r e q u e n c y o u t s i d e t h e p e r m i s s i b l e w i n d o w o f o p e r a t i o n c a n b e u s e d a s a c r i t e r i o n f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n [ 2 7 ] . 2 . 3 . 2 . 3 R a t e o f c h a n g e o f f r e q u e n c y I n t h i s t e c h n i q u e [ 2 8 ] , a r e l a y i s s e t s u c h t h a t i f t h e r a t e o f c h a n g e o f f r e q u e n c y i s h i g h e r t h a n a p r e s e t v a l u e , t h e r e l a y t r i p s . H e r e , t h e s e t p o i n t f o r m a x i m u m p e r m i s s i b l e r a t e o f c h a n g e f r e q u e n c y i s a c r i t i c a l v a l u e . I t s h o u l d b e s e l e c t e d s u c h t h a t t h e c h a n g e i n f r e q u e n c y d u r i n g n o r m a l u t i l i t y c o n n e c t e d o p e r a t i o n d o e s n o t c a u s e a f a l s e t r i p p i n g b u t a n i s l a n d i n g s h o u l d c a u s e t h e r e l a y t o t r i p . H o w e v e r , t r i p s e t t i n g f o r t h e r e l a y d e p e n d s o n t h e s i z e o f t h e D G i n s t a l l e d . 2 . 3 . 2 . 4 I s l a n d i n g d e t e c t i o n b y m o n i t o r i n g p h a s e d i s p l a c e m e n t I n t h i s m e t h o d [ 2 9 ] , o u t p u t v o l t a g e o f t h e D G i s m o n i t o r e d f o r a s u d d e n c h a n g e i n p h a s e . A t t h e i n s t a n t o f i s l a n d i n g , t h e o u t p u t c u r r e n t o f t h e D G s u d d e n l y c h a n g e s . T h i s c a u s e s a j u m p i n p h a s e o f t h e D G o u t p u t v o l t a g e d u e t o a c h a n g e i n t h e v o l t a g e d r o p a c r o s s t h e s y n c h r o n o u s r e a c t a n c e o f t h e D G . T h e m a x i m u m p e r m i s s i b l e s h i f t i n p h a s e i s s e l e c t e d i n s u c h a w a y t h a t n o r m a l l o a d s w i t c h i n g d o e s n o t c a u s e a f a l s e t r i p p i n g b u t i s l a n d i n g i s d e t e c t e d . 1 7 2 . 3 . 2 . 5 V o l t a g e u n b a l a n c e s ( V U ) a n d t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n t e c h n i q u e ( T H D ) I n t h i s t e c h n i q u e [ 2 2 ] t h e V U a t t h e D G t e r m i n a l s a n d T H D o f t h e D G c u r r e n t a r e m o n i t o r e d a n d u s e d f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n . V U a t D G t e r m i n a l s i s d e f i n e d a s f o l l o w s . - v 2 V o l t a g e u n b a l a n c e ( V U ) - - x 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 ) ~ W h e r e , ~ a n d V 2 a r e t h e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e s e q u e n c e c o m p o n e n t s o f t h e D G o u t p u t v o l t a g e , r e s p e c t i v e l y . T h i s t e c h n i q u e e x p l o i t s t h e f a c t s t h a t a n y c h a n g e i n D G l o a d i n g c a u s e s a s p i k e i n t h e T H D a n d V U o f t h e D G . A n y s i g n i f i c a n t s p i k e i n e i t h e r o f t h e s e m o n i t o r e d q u a n t i t i e s i s u s e d t o s e n d a t r i p s i g n a l t o t h e C B a t P C C , w h i c h c o n n e c t s t h e M G t o t h e u t i l i t y g r i d . T h e d r a w b a c k o f t h i s t e c h n i q u e i s t h a t a l o a d s w i t c h i n g c a n c a u s e a s p i k e i n t h e s e q u a n t i t i e s e v e n i f t h e D G i s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y g r i d , a n d a s a r e s u l t , a f a l s e t r i p p i n g o f t h e C B a t P C C c o u l d o c c u r . A m o r e d e t a i l e d e x p l a n a t i o n o f t h e a l g o r i t h m u s e d i n t h i s t e c h n i q u e i s g i v e n b e l o w . 2 . 3 . 2 . 6 V o l t a g e u n b a l a n c e s ( V U ) T h e a v e r a g e v a l u e o f V U o v e r o n e c y c l e i s g i v e n b y 1 N - 1 v u a v g , t = - I v u t _ , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 ) N i = O T h e v a r i a t i o n i n V U i s g i v e n b y V U a v g , s - V U a v g , t f . . V U t = X 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 ) v u a v g , s W h e r e , N i s t h e n u m b e r o f s a m p l e s t a k e n p e r c y c l e t i s t h e m o n i t o r i n g t i m e V U a v g , s i s t h e r e f e r e n c e v a l u e o f V U . 1 8 . . . T h i s v a l u e i s i n i t i a l l y s e t t o t h e V U u n d e r s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s . I f f . . V U 1 r e m a m s w i t h i n - 1 0 0 % a n d 5 0 % f o r o n e c y c l e , t h e n V U a v g , s i s u p d a t e d b y V U a v g , t . T h i s m e a n s t h a t v u a v g , s i s u p d a t e d o n l y i f t h e v a r i a t i o n i n v u i s s m a l l . 2 . 3 . 2 . 7 T o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( T H D ) i n c u r r e n t H ~"'II~ T H D = h = 2 X 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 5 ) I I W h e r e , I 1 i s t h e R M S v a l u e o f t h e f u n d a m e n t a l c o m p o n e n t o f c u r r e n t , I h i s t h e R M S v a l u e o f t h e h 1 h h a r m o n i c c o m p o n e n t o f t h e c u r r e n t . T h e a v e r a g e v a l u e o f T H D o v e r o n e c y c l e i s g i v e n b y 1 N - 1 T H D a v g , t = - L T H D 1 _ 1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ( 6 ) N l = o T h e v a r i a t i o n i n T H D i s g i v e n b y T H D a v g , s - T H D a v g , t f . . T H D I = X 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 7 ) T H D a v g , s W h e r e , N i s t h e n u m b e r o f s a m p l e s t a k e n p e r c y c l e a n d t i s t h e m o n i t o r i n g t i m e . T H D a v g , s i s t h e r e f e r e n c e v a l u e o f T H D . T h i s v a l u e i s i n i t i a l l y s e t t o t h e T H D u n d e r s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s . I f f . . T H D 1 r e m a m s w i t h i n - 1 0 Q % a n d 7 5 % f o r o n e c y c l e , t h e n T H D a v g , s i s update~ b y T H D a v g , t . T h i s m e a n s t h a t T H D a v g , s i s u p d a t e d o n l y i f t h e v a r i a t i o n i n T H D i s s m a l l . 1 9 ! J 3 3 5 . t T h e s i m p l i f i e d a l g o r i t h m f o r V U / T H D s c h e m e i s a s f o l l o w s . N o . . . . . . \ , ( - o t ; ; ; 1 r t _ _ j ',-...._~""-m····-·····""'- ~~~ C a l c u l a t e v a n a t H : m 1 " 1 - ' - - - 4 i n T H D a n d V U U p d a t e T H D w ; p • . Vllav~.,. I Y e s / / . " " " c " " - , / ' / . . . . / ' / ' _ , . / · _ . . . . - - ~,,'"'""'-. / . / - , .-./~ . A , r e r u l e s 1 a n d 2 " · · / I s I t t h e e n d ' > - - - - r - · - , , , _ _ s a t i s f i e d ? / . : > - - - - " - . , o f a c y c l e ? / -~ / ~ / ~--,,, . / . / I N o I " " " - / / a ' • , . . , _ _ I / 1 . Y o s I v · . . . , ~/ , , , / ' I / . . I s 1 t i : h e e n d ' · · ' > L _ _ _ _ r - - - - < . . . ' - o f a c y c l e " ' _ , / " ' ' · / 1~ Y e s I c=~~-~-~) F i g u r e 2 . 7 - S i m p l i f i e d a l g o r i t h m f o r V U / T H D s c h e m e T h e a l g o r i t h m p r o p o s e d a b o v e u s e s t w o r u l e s t o m a k e t h e t r i p p i n g d e c i s i o n . R u l e 1 : f . . T H D 1 > 7 5 % o r f . . T H D 1 < - 1 0 0 % R u l e 2 : f . . V U 1 > 5 0 % o r f . . V U 1 < - 1 0 0 % . 2 0 C h a p t e r 3 P r o p o s e d I s l a n d i n g D e t e c t i o n S c h e m e 3 . 1 I n t r o d u c t i o n A l l t e c h n i q u e s m e n t i o n e d a b o v e a r e h a v i n g d r a w b a c k s a n d u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g m a y t a k e p l a c e . O u t o f t h e e x i s t i n g i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s , p o s i t i v e f e e d b a c k ( P F ) t e c h n i q u e [ 3 0 ] a n d v o l t a g e u n b a l a n c e a n d t h e t o t a l h a r m o n i c d i s t o r t i o n ( V U / T H D ) t e c h n i q u e [ 2 2 ] a r e c o m b i n e d t o f o r m t h e p r o p o s e d h y b r i d t e c h n i q u e . P r o p o s e d m e t h o d i s a h y b r i d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e f o r s y n c h r o n o u s l y r o t a t i n g D G s b y u s i n g a c t i v e [ 3 0 ] p o s i t i v e f e e d b a c k - P F a n d p a s s i v e U V / T H D t e c h n i q u e s [ 2 2 ] w h i c h c a n e f f i c i e n t l y d i s c r i m i n a t e b e t w e e n l o a d s w i t c h i n g a n d i s l a n d i n g . H e r e t h e t h r e e p h a s e v o l t a g e s a r e c o n t i n u o u s l y m o n i t o r e d a t t h e D G t e r m i n a l s a n d V U i s c a l c u l a t e d f o r e a c h D G . D u r i n g d i s t u r b a n c e s V U i s m o r e s e n s i t i v e t h a n T H D a n d h e n c e T H D i s n o t u s e d i n t h i s h y b r i d t e c h n i q u e . A n y d i s t u r b a n c e a p p l i e d t o D G s , a s a r e s u l t o f r a n d o m l o a d s w i t c h i n g o r i s l a n d i n g c o u l d r e s u l t a s p i k e o f V U . T o d i s c r i m i n a t e b e t w e e n V U s p i k e d u e t o i s l a n d i n g a n d t h a t d u e t o o t h e r r e a s o n s , a n o t h e r f e a t u r e i s a d d e d t o t h i s t e c h n i q u e . W h e n e v e r a V U s p i k e a b o v e s e t t h r e s h o l d v a l u e i s o b s e r v e d , t h e n s e t p o i n t o f f r e q u e n c y i s g r a d u a l l y l o w e r e d f r o m 5 0 t o 4 9 H z w i t h i n a s e c o n d . T h r e s h o l d v a l u e o f 3 5 X V U a v g i s s e l e c t e d a s t h e m a x i m u m p e r m i s s i b l e V U s p i k e . H e r e V U a v g i s e q u a l t o a v e r a g e v a l u e o f V U o v e r t h e p a s t o n e s e c o n d . O n c e f r e q u e n c y s e t p o i n t i s l o w e r e d , t h e f r e q u e n c y o f D G o u t p u t v o l t a g e i s c o n t i n u o u s l y m o n i t o r e d a n d i f i t f a l l s b e l o w 4 9 . 2 H z w i t h i n n e x t 1 . 5 s e c o n d s , i t i n d i c a t e s t h a t i s l a n d i n g h a s o c c u r r e d a n d s h o u l d d i s c o n n e c t D G f r o m t h e g r i d . I f f r e q u e n c y a t t h e D G t e r m i n a l s r e m a i n s c l o s e t o 5 0 H z ; i t m e a n s u t i l i t y g r i d i s e n e r g i z e d a n d i s l a n d i n g h a s n o t o c c u r r e d . T h e e x c e e d i n g o f V U c o u l d b e a r e s u l t o f l o a d s w i t c h i n g o r o t h e r t r a n s i e n t d i s t u r b a n c e s t h a t d o n o t s e v e r e l y a f f e c t o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m . T h e n s e t p o i n t o f f r e q u e n c y i s r e s t o r e d b a c k t o 5 0 H z . A c c o r d i n g t o I E E E S T D 4 4 6 - 1 9 9 5 [ 1 3 ] 2 1 f o r s m a l l e n g i n e g e n e r a t o r s , a 5 % f r e q u e n c y c h a n g e c a n b e t o l e r a t e d u p t o 5 s e c o n d s a n d t h i s t e c h n i q u e c o m p l y w i t h r e q u i r e m e n t . 3 . 2 A l g o r i t h m f o r t h e P r o p o s e d I s l a n d i n g D e t e c t i o n T e c h n i q u e R e l e v a n t a l g o r i t h m f o r t h e p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e i s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 . ~ ~ M o n i t o r V o l t a g e U n b a l a n c e ( V U ) a n d t h r e e p h a s e U n d e r V o l t a g e ~ ~ • 1~ C h a n g e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G F r o m 5 0 t o 4 9 H z a n d c o n t i n u o u s l y m o n i t o r f r e q u e n c y f o r 1 . 5 s e c o n d s l ~ ~ C h a n g e t h e f r e q u e n c y 1 L : . J S e t p o i n t b a c k s t o • - - + 5 0 H z , 1 . 5 s e c o n d s A f t e r t h e l a s t V U s p i k e S e n d a t r i p s i g n a l t o t h e C B a t P C C a n d r e s t o r e T h e f r e q u e n c y s e t p o i n t B a c k t o 5 0 H z 6 + - - - - - - - - - - ' F i g u r e 3 . 1 - P r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e . 2 2 3 . 3 T e s t S y s t e m T h e p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e w a s t e s t e d o n t w o s y s t e m s . T h e f i r s t s y s t e m w a s t a k e n f r o m [ 1 2 ] a n d t h e s e c o n d s y s t e m w a s e x t r a c t e d f r o m a p a r t o f 3 3 k V f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a g r i d s u b s t a t i o n a n d w a s s i m u l a t e d u s i n g M A T L A B s o f t w a r e . 3 . 3 . 1 T e s t s y s t e m ( I ) T h e s y s t e m o f f i g u r e 3 . 2 ( T h e d e t a i l s f o r t h e s i m u l a t i o n m o d e l i s s h o w n i n a p p e n d i x A ) i s c o m p o s e d o f a 1 3 . 8 k V , t h r e e f e e d e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m s c o n s i s t i n g o f 2 0 n o d e s . T h e 1 3 . 8 k V d i s t r i b u t i o n s u b s t a t i o n s i s e q u i p p e d w i t h a t h r e e p h a s e 1 . 5 M V A r , f i x e d s h u n t c a p a c i t o r b a n k a t n o d e 7 , f o u r l o a d s a n d t w o s y n c h r o n o u s D G u n i t s w i t h e x c i t a t i o n a n d g o v e r n o r c o n t r o l . T h e l o a d a n d D G c a p a c i t i e s a r e g i v e n i n t h e f i g u r e . T h e p a r t o f t h e s y s t e m t o t h e d o w n s t r e a m o f P C C 1 i s c a l l e d M G 1 , a n d t h e p a r t d o w n s t r e a m o f P C C 2 i s c a l l e d M G 2 . N o d e s a t P C C 1 a n d P C C 2 h a v e a s y n c h r o n i z i n g s w i t c h t o c h e c k f o r i n p h a s e ( s y n c h r o n o u s ) o p e r a t i o n o f t h e M G w i t h t h e u t i l i t y g r i d b e f o r e c l o s i n g t h e c o r r e s p o n d i n g C B . I n t h e s y s t e m s h o w n i n f i g u r e 3 . 2 , t h e p h a s e v o l t a g e s a r e m o n i t o r e d a t t h e D G t e r m i n a l s , a n d t h e p o s i t i v e ( V 1 ) a n d n e g a t i v e s e q u e n c e ( V 2 ) v o l t a g e s a n d v o l t a g e u n b a l a n c e V 2 N 1 a r e c a l c u l a t e d . A n y V U s p i k e o v e r t h e p e r m i s s i b l e v a l u e g i v e n b y ( 8 ) i s i n v e s t i g a t e d f o r i s l a n d i n g a c c o r d i n g t o t h e a l g o r i t h m g i v e n i n f i g u r e 3 . 1 . D e t a i l s f o r t h e s t u d y s y s t e m c a n b e o b t a i n e d f r o m t h e d i a g r a m i n A p p e n d i x A [ 1 2 ] . 2 3 P C C 2 I - - - . - l j - - - - ~5 · ' { I 1 8 2 . 5 M V A 1 3 . 8 k V U t i l i t y • ~ 9 1 3 . 8 k V 1 3 t b a n k ' P C C 1 • · ' - " " - - - - - J . . . . _ - - 5 ' - - - - - - · - · - - · - - ' : _ 1 i _ j . _ 3 _ - - · · - r ; 5 M V A r c a p a c i t o r 6 1 ' L o < 1 d A : - - - - 1 - - - - - - - . , _ • . . : 1 '-Ji'---J•------~ 3 2 M I N : c £ ~ ! i 1 o . . . , L o a d 1 , • • 2 0 1 1 9 M V A r 1 3 , ' 8 T : : 5 M V A 0 . 8 M o ! V : I I + 1 • t L o a d 3 : : 1 3 . 8 k V L o a d 2 0 . 4 7 M V A r : L o a d 4 0 . 9 M W I I j 1 0 . 9 M \ 1 \ { I I 1 . 5 M V \ I I I 1 0 . 6 M V A i j 1 1 . 0 M V A r I (Switchu~ o n a t 3 5 s ) : I I I ( S w i t c h e s o f f a t 4 0 s ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' '~------~---------------------1 M G 2 M G 1 F i g u r e 3 . 2 - S t u d y s y s t e m ( I ) 3 . 3 . 1 . 1 S i m u l a t i o n o f d i s t u r b a n c e s a n d r e s u l t s o n t e s t s y s t e m ( I ) ~ A t t = 3 5 s l o a d 3 , c o n n e c t e d t o M G 2 , s w i t c h e s o n a n d a t t = 4 0 s l o a d 2 c o n n e c t e d t o M G 1 s w i t c h e s o f f . B o t h o f t h e s e l o a d s w i t c h i n g c a u s e s V U s p i k e s a t t h e c o r r e s p o n d i n g D G t e r m i n a l s . ~ A t t = 4 5 s a n u p s t r e a m C B a t n o d e 9 o p e n s a n d t h e u t i l i t y s u p p l y g o e s o u t , t h u s c a u s i n g a n u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g . I s l a n d i n g c a u s e s a V U s p i k e a t t h e b o t h D G s . T h e p u r p o s e o f t h e s e t e s t s i s t o s h o w h o w t h e p r o p o s e d t e c h n i q u e d i s c r i m i n a t e s b e t w e e n s w i t c h i n g a n d i s l a n d i n g . T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s f o r t h e a b o v e s y s t e m a r e g i v e n i n f i g u r e s 3 . 3 t o 3 . 7 . I n i t i a l l y t h e s y s t e m i s u n d e r n o r m a l o p e r a t i o n w i t h b o t h M G s i s o l a t e d f r o m t h e u t i l i t y a t t h e i r r e s p e c t i v e P C C s . B o t h M G s r u n a t 5 0 . 0 2 H z b e f o r e c o n n e c t i n g t o t h e u t i l i t y . T h i s i s d o n e t o b r i n g t h e M G s i n p h a s e w i t h t h e u t i l i t y g r i d b e f o r e m a k i n g c o n n e c t i o n t o t h e g r i d . T h e s y n c h r o n i z i n g s w i t c h e s p l a c e d a t P C C 1 a n d P C C 2 c h e c k t h e p h a s e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e u t i l i t y g r i d a n d e a c h M G . I n f i g u r e 3 . 3 , a V U s p i k e a t D G 1 t e r m i n a l c a n b e s e e n a t t = 2 5 . 9 7 s . T h i s s p i k e i s d u e t o c l o s i n g o f t h e C B * 2 4 a t P C C l . T h e V U s p i k e d e t e c t i o n a l g o r i t h m f o r D G 1 , g i v e n i n f i g u r e 3 . 1 , a c t i v a t e s i m m e d i a t e l y a f t e r M G 1 c o n n e c t s t o t h e u t i l i t y . H e n c e t h i s V U s p i k e c a u s e d b y c o n n e c t i o n t o t h e u t i l i t y i s i g n o r e d . A n o t h e r V U s p i k e i s o b s e r v e d a t t = 2 6 . 8 6 s w h i c h i s d u e t o c l o s i n g o f t h e C B a t P C C 2 . T h i s s p i k e , b e i n g l o w e r t h a n t h e v a l u e g i v e n b y ( 8 ) , i s a l s o i g n o r e d . ~ A t t = 3 5 s , l o a d 3 i n M G 2 s w i t c h e s o n . T h i s s w i t c h i n g d o e s n o t c a u s e a b i g c h a n g e i n t h e l o a d i n g o f D G 1 . A s a r e s u l t , t h e V U s p i k e s e e n b y D G 1 i s l o w e r t h a n t h e l i m i t s e t b y ( 8 ) , a n d i s a g a i n i g n o r e d . ~ A t t = 4 0 s , l o a d 2 i n M G 1 s w i t c h e s o f f . T h i s l o a d s w i t c h i n g c a u s e s a l a r g e s p i k e i n t h e V U m o n i t o r e d a t D G 1 t e r m i n a l s , a n d i s u s e d t o l o w e r t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 f r o m 5 0 t o 4 9 H z . I t c a n b e s e e n i n f i g u r e 3 . 4 t h a t t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t f o r D G 1 i s l o w e r e d a t t = 4 0 s . B e c a u s e t h e u t i l i t y g r i d i s e n e r g i z e d , i n s p i t e o f r e d u c i n g f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 f o r 1 . 5 s e c o n d s , t h e f r e q u e n c y o f D G 1 r e m a i n s c l o s e t o 5 0 H z . H e n c e , i s l a n d i n g i s r u l e d o u t a n d t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t i s r e s t o r e d t o 5 0 H z . ~ A t t = 4 5 s , t h e C B a t n o d e 9 o p e n s , c a u s i n g i s l a n d i n g . A s i n d i c a t e d i n f i g u r e 3 . 3 , a t t = 4 5 s , i s l a n d i n g c a u s e s a l a r g e s p i k e i n V U a t D G 1 t e r m i n a l s . F i g u r e 3 . 4 s h o w s t h a t s o o n a f t e r r e d u c i n g t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t a t t = 4 5 s , t h e f r e q u e n c y d r o p s v e r y r a p i d l y a n d f a l l s b e l o w 4 9 . 2 H z , r e s u l t i n g a t r i p s i g n a l i s s e n t t o P C C 1 a n d t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t i s p r o m p t l y r e s t o r e d t o 5 0 H z . I t c a n t h e r e f o r e b e c o n c l u d e d t h a t i s l a n d i n g i s e f f i c i e n t l y d e t e c t e d w i t h i n a s h o r t s p a n o f t i m e ( i n a b o u t 0 . 2 1 s e c o n d s ) . ~ F i g u r e 3 . 5 s h o w s t h e V U s p i k e a t D G 2 . A t t = 2 6 s a V U s p i k e i s o b s e r v e d d u e t o c l o s i n g o f C B a t P C C 2 . T h i s s p i k e i s i g n o r e d s i n c e t h e i s l a n d i n g d e t e c t i o n a l g o r i t h m f o r D G 2 w a s n o t a c t i v a t e d . T h i s a l g o r i t h m a c t i v a t e s p r o m p t l y a f t e r c l o s i n g o f C B a t P C C 2 . ~ A t t = 3 5 s , l o a d 3 h a s s w i t c h e d i n a n d a V U s p i k e c o u l d b e s e e n a t D G 2 t e r m i n a l s . T h i s s p i k e i s l a r g e e n o u g h t o b e a c k n o w l e d g e d . F i g u r e 3 . 6 s h o w s t h a t r e d u c e d f r e q u e n c y s e t p o i n t d o n o t d r o p t h e f r e q u e n c y b e l o w t h e s e t p o i n t o f 4 9 . 2 H z a t D G 2 t e r m i n a l s . T h u s i s l a n d i n g i s r u l e d o u t a t t = 3 6 . 5 s ~ L o a d 2 a t M G 1 s w i t c h e s o f f a t t = 4 0 s a n d c a u s e s a l a r g e s p i k e a t D G 2 t e r m i n a l s . A s s e e n i n f i g u r e 3 . 6 , t h i s s p i k e i s a g a i n r u l e d o u t f o r i s l a n d i n g a f t e r l o w e r i n g t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t t o 4 9 . 2 H z f o r 1 . 5 s e c o n d s . I t i s n o t i c e d 2 5 l o w e r i n g o f f r e q u e n c y s e t p o i n t , d o e s n o t l o w e r t h e f r e q u e n c y a t t e r m i n a l s o f D G 2 . ~ A t t = 4 5 s , d u e t o i s l a n d i n g a l a r g e V U s p i k e , i s o b s e r v e d a n d t h e r e f o r e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 i s l o w e r e d . T h i s c a u s e s a q u i c k f a l l o f f r e q u e n c y a t D G 2 t e r m i n a l s a s s h o w n i n f i g u r e 3 . 6 . S o o n a f t e r f r e q u e n c y r e a c h e s 4 9 . 2 H z , a t r i p s i g n a l i s g e n e r a t e d a n d t h e C B a t P C C 2 o p e n s . T h i s f r e q u e n c y s e t p o i n t i s r e s t o r e d b a c k t o 5 0 H z , a n d M G 2 c o n t i n u e s a u t o n o m o u s o p e r a t i o n . ~ T h e e f f e c t i v e s p e e d o f i s l a n d i n g d e t e c t i o n f o r t h e w h o l e s y s t e m c a n b e o b s e r v e d f r o m f i g u r e 3 . 7 . T h e C B a t n o d e 9 o p e n s a t t = 4 5 s . T h u s i s l a n d i n g o c c u r s a t t h i s i n s t a n t . I n f i g u r e 3 . 7 , i t i s i n d i c a t e d t h a t p o w e r t o t h e i n t e r m e d i a t e l o a d A i s c u t o f f b y t = 4 5 . 2 1 s , t h a t i s 0 . 2 1 s e c o n d s a f t e r i s l a n d i n g . T h i s m e a n s t h a t , b y t = 4 5 . 2 1 s b o t h P C C 1 a n d P C C 2 h a v e o p e n e d , w h i c h m e a n s , i s l a n d i n g i s d e t e c t e d i n 0 . 2 1 s e c o n d s . ~ I t i s a l s o o b s e r v e d t h a t a l l V U s p i k e s d e t e c t e d i n t h i s p r o p o s e d t e c h n i q u e l a s t l o n g e r t h a n 0 . 0 5 s e c o n d s . 3 . 3 . 1 . 2 S a l i e n t f e a t u r e s O n e o f t h e i m p o r t a n t s a l i e n t f e a t u r e s o f t h i s p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n s y s t e m i s t o r e d u c e t h e n e g a t i v e i m p a c t o f t h e P F t e c h n i q u e o n t h e u t i l i t y g r i d . I n t h i s t e c h n i q u e o n l y t h e D G t h a t d e t e c t s V U s p i k e s l a r g e r t h a n t h e s e t t h r e s h o l d v a l u e w i l l c h a n g e t h e i r f r e q u e n c y s e t p o i n t . T h e m a g n i t u d e o f t h e V U s p i k e s e e n b y D G d e p e n d s o n t h e s i z e o f t h e D G a n d d i s t a n c e f r o m t h e d i s t u r b a n c e . C o m p a r i n g f i g u r e s 3 . 4 a n d 3 . 6 , i t i s n o t i c e d t h a t w h e n l o a d 3 ( i n M G 2 ) i s s w i t c h e d o n a t t = 3 5 s , o n l y D G 2 , w h i c h i s i n t h e v i c i n i t y o f d i s t u r b a n c e , c h a n g e s i t s f r e q u e n c y s e t p o i n t ( f i g u r e 3 . 6 ) , w h i l e t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 , r e m a i n s u n c h a n g e d ( f i g u r e 3 . 4 ) . T h i s i s a g r e a t a d v a n t a g e o v e r t h e P F t e c h n i q u e , w h e r e a l l t h e D G s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y w o r k t o g e t h e r a t a l l t i m e s t o t r y t o d e s t a b i l i z e t h e u t i l i t y f r e q u e n c y a n d v o l t a g e . 2 6 B l 6 i 5 ~ ~ < 0 . . . . ~ 0 . 0 8 0 . 0 7 0 . 0 6 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 1 0 . . . . , • • & . . . . . , Q ) " ' " ' 0 c Q ) & Q ) . ; : ' 0 i i i ~ i i ~ . . . _ V o l t a g e u n b a l a n c e m e a s u r e d a t D G 1 t e r m i n a l V l . . s p 1 h e o j u e t o l S : a r · - J 1 P 2 M G 1 1 c . o r n e c t e d t o t h e ~ t 1 l • t t~2':..97 t"4~:. v U = 0 . 0 6 9 1 - - - . . _ _ . J 1 . J = l - . 0 \fl~ unoj~r r o • r n a l o p p e 1 a t m g - : o n • j 1 t 1 0 r • v u " ' l l . f ' 0 0 - 1 0 3 , 1 1 , . . . , . , _ g e t ; c - - • n n f ' c + - F d t o t h e u t 1 1 1 t · ' \ \ ~= L 6 8 6 5 , I U = O 0 0 0 9 \ . . . u ; p ' k P · 1 u e t o l o a d " ' . i t c h m g m M G 1 4 C , ' u ' L : O , ( I - - · · · r~ntc t - r ' n g m ,,_~, . . - · . t = ')")~, \ilJ=f',,)I~J<, . . - · - - - - - - - i . . . J 0 5 5 0 . 4 5 0 . 2 5 0 ~r 4 9 . 8 4 9 . 6 4 9 . 4 4 9 . 2 4 9 0 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 T i m e i n s e c o n d s F i g u r e 3 . 3 - V U a t D G 1 t e r m i n a l s v e r s e s t i m e ~; t~ l i J € ' r " 1 0 1 5 F r e q u e n c : ; a n d f r e q u e n c y s e t , . ) 1 1 r f ~ - 4 t p m r + ~rPq<..en(;v - - •! - · - 1,' · . . ' i l l - t z F rq•Je-r~ 1 . . ! . ! _ _ _ p u m t ' j q E i 1 l n l 1 l n : : , h1~·\lt?r1P~ . . r i ? Q U t : ' n C \ • ' t r u n r 1 t C d~J:;t-..: C ! J Q l . ! C ' - : 1 i t ~"JC. 1 r f r , . , q u e " o t 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 T i m e i n s e c o n d s 4 5 4 5 F i g u r e 3 . 4 - F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G l v e r s e s t i m e 5 0 2 7 . , ~ ~ ; ; ; , i . . . ~ ~ & . . . . . , & i " . : : ~ > - i . . . . 0 . 0 8 0 . 0 7 0 . 0 6 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 1 0 0 5 0 . 5 5 0 4 9 . 5 4 9 4 8 . 5 4 8 4 7 . 5 W m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s W s p i k e d u e t o i s l a n d i n g t = 4 5 s , W = 0 . 0 6 8 4 2 M G 2 g e t s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y t = 2 6 . 8 6 s , W = 0 . 0 0 9 5 7 6 W u n d e r n o r m a l o p e r a t i n g c o n d i t i o n s W • 0 . 0 0 0 4 8 W s p i k e d u e t o s w i t c h i n g i n M G 1 t = 4 0 s , W = 0 . 0 0 5 1 3 W s p i k e d u e t o l o a d s w i t c h i n g i n M G 2 ~ t = 3 5 s , W = 0 . 0 0 4 9 4 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 T i n e i n s e c o n d s F i g u r e 3 . 5 - V U m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s v e r s e s t i m e F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 , t - 'E"'~Le'l . " " ' . . 1~-L ( \ r - ; - l . r . J . . - J II I I I I I I r ' - F L . . P n c v I c r e q l ' o ? n c - y e 1 ~ I / I : , .. . c . u - . t G r : e t a r : d l l l 6 t C'~tecter-.J f r e q : J e . . . . . . . . . . . . . _ . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . ~ 0 ' 1 0 , , 2 0 2 : 5 3 0 3 ' 4 0 4 ' T i m e i n s e c o n d s 4 5 : 5 0 F i g u r e 3 . 6 - F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 v e r s e s t i m e 2 8 . . . ! ! . , t ·= . . . . , ~ a ' 0 . , - i > ~ 1 5 0 1 0 0 5 0 0 0 1 0 R M S v a l u e o f c u r r e n t l o a d i n t e r m e d i a t e l o a d A · - - - - - - - - - - - - - - - Pl.)I~JPr t c 1 r . . e-rrne·ji.~te c . e d t - t c • . : J ! I : f J t J f f b y _ _ _ _ . . j < , , L 1 " E ' C ' C ' P d S 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 T i m e V 1 s e c o n d s F i g u r e 3 . 7 - C u r r e n t t o i n t e r m e d i a t e l o a d A v e r s e s t i m e i n s e c o n d s 3 . 3 . 2 T e s t s y s t e m ( l l ) T h e p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e w a s t e s t e d o n a t e s t s y s t e m a s s h o w n i n f i g u r e 3 . 8 a n d w a s s i m u l a t e d u s i n g M A T L A B . T h e d i s t r i b u t i o n l i n e p a r a m e t e r s f o r t h e p o w e r s y s t e m a r e g i v e n i n A p p e n d i x B . T h e s y s t e m f i g u r e 3 . 8 c o m p o s e d o f t w o M G s , o n e a t n o d e 0 3 ( P C C 1 ) a n d t h e o t h e r o n e a t n o d e 0 4 ( P C C 2 ) . B o t h t h e s e a r e e q u i p p e d w i t h s y n c h r o n o u s s w i t c h e s . N o d e 0 1 i s c o n n e c t e d t o a 3 3 k V , 5 0 H z R a t n a p u r a g r i d s u b s t a t i o n w h e r e f a u l t l e v e l i s 6 . 9 k A . T h e M G 1 c o n n e c t e d t o n o d e 0 3 , s h o w n i n f i g u r e 3 . 9 i s e q u i p p e d w i t h 0 2 n u m b e r s o f 0 2 M W , 4 0 0 V s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r s t o t a l i n g t o 0 4 M W c a p a c i t y a n d a r e c o n n e c t e d w i t h t h e f e e d e r N o . 0 8 t h r o u g h 0 . 4 / 3 3 k V t r a n s f o r m e r s . I t h a s t w o s w i t c h i n g l o a d s a n d o n e s t e a d y l o a d . T h e l o a d s a r e [ 1 + j 1 ] M V A e a c h w i t h o n e s w i t c h i n g o n a t t = 4 5 s a n d o t h e r s w i t c h i n g o f f a t t = 5 0 s . M G 2 , s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 0 , i s e q u i p p e d w i t h 0 2 M W , 4 0 0 V s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r a n d i s c o n n e c t e d w i t h f e e d e r n o . 0 8 t h r o u g h 0 . 4 / 3 3 k V t r a n s f o r m e r . T h i s h a s a s t e a d y l o a d o f 0 . 5 M W a n d a s w i t c h i n g l o a d o f [ 1 + j 1 ] M V A , s w i t c h i n g o f f a t t = 5 5 s . 2 9 0 1 3 3 k R a t h S u b C B a t n o d e 0 1 o p e n s a t 6 0 s t h u s c a u s i n g I s l a n d i n g / 0 0 r f e e d e r r l a p u r a G r i d t a t i o n M i c r o - g r i d 2 ( A l o d e s w i t c h e s o f a t 5 5 s ) 0 F i g u r e 3 . 8 - s t u d y s y s t e m s I I 0 0 L o a d A 0 . 5 M W ( P C C 1 ) 0 M i c r o - g r i d 1 ( A L o a d s w i t c h e s o n a t 4 5 s a n d a l o a d s w i t c h e s o f f a t 5 0 s ) 2 M W 0 . 6 M W L a b u w a w a I M W , l M V A r ( s w i t c h e s o n a t t = 4 5 s ) 2 M W 3 3 k V G u r u l u w a n a T 3 3 k V / 0 . 4 k V I M W , l M V A r ( S w i t c h e s o f f a t t = 5 0 s ) F i g u r e 3 . 9 - M G 1 3 0 8 2 M W / 3 3 k V R a t g a n g a 0 . 5 M W F i g u r e 3 . 1 0 - M G 2 l M W , l M V A r ( S w i t c h e s o f f a t t = 5 5 s ) 3 . 3 . 2 . 1 S i m u l a t i o n o f d i s t u r b a n c e s a n d r e s u l t s o n t e s t s y s t e m ( I I ) ~ A n u n i n t e n t i o n a l i s l a n d i n g o c c u r s w h e n C B a t n o d e 0 1 o p e n s a t t = 6 0 s . S i m u l a t i o n r e s u l t s g i v e n i n f i g u r e s 3 . 1 1 - 3 . 1 5 s h o w t h a t t h e t w o M G s d i s c o n n e c t s t h e m s e l v e s f r o m t h e f e e d e r i n 0 . 1 5 s , w h i c h i s w e l l w i t h i n 2 s l i m i t [ 1 ] . ~ F i g u r e 3 . 1 1 s h o w s t h e V U s p i k e s a t D G 1 t e r m i n a l s . T h e C B a t P C C 1 c l o s e s a t t = 1 1 . 7 4 s a n d M G 1 c o n n e c t s t o t h e f e e d e r . A t t h i s i n s t a n t t h e V U s p i k e d e t e c t i o n a l g o r i t h m f o r D G 1 s t a r t s o p e r a t i n g . A V U s p i k e d u e t o c l o s i n g o f C B a t P C C 2 o c c u r s a t t = 3 5 s . A l s o , V U s p i k e s d u e t o M G l o a d s w i t c h i n g ( i n f i g u r e s 3 . 9 & 3 . 1 0 ) o c c u r a t t = 4 5 , 5 0 a n d 5 5 s . T h e s e a r e a l l s m a l l e n o u g h t o b e n e g l e c t e d . ~ A t t = 6 0 s t h e C B a t n o d e 0 1 o p e n s a n d i s l a n d i n g o c c u r s . A s a r e s u l t , a l a r g e V U s p i k e i s d e t e c t e d a t t h e t e r m i n a l s o f D G 1 ( F i g u r e 3 . 1 1 ) . T h i s c a u s e s a d r o p i n f r e q u e n c y s e t p o i n t f r o m 5 0 H z t o 4 9 H z , a s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 2 . A s s o o n a s t h e f r e q u e n c y o f D G 1 d r o p s t o 4 9 . 2 H z , a t r i p s i g n a l i s t r a n s m i t t e d t o t h e C B a t P C C 1 , w h i c h i s o l a t e s M G 1 f r o m t h e f e e d e r a n d i t s f r e q u e n c y s e t p o i n t i s r e s t o r e d t o 5 0 H z . T h u s s a n c t i o n i n g a u t o n o m o u s o p e r a t i o n o f M G 1 . ~ F i g u r e 3 . 1 3 d i s p l a y s t h e V U s p i k e s a t D G 2 t e r m i n a l s . V U s p i k e d e t e c t i o n a l g o r i t h m f o r D G 2 s t a r t s i m m e d i a t e l y a f t e r M G 2 i s c o n n e c t e d t o t = 3 4 . 8 9 s . T h e l o a d s w i t c h i n g a t M G 1 c a u s e V U s p i k e s a t D G 2 , r : ; s m a l l a n d a r e i g n o r e d . H o w e v e r , t h e V U s p i k e d u e t o a l o a d s w i t c h i n g i n t h e . ' 3 1 p r o x i m i t y o f D G 2 , a t t = 5 5 s , i s l a r g e a n d h e n c e c a u s e s a c h a n g e i n t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 . F r o m f i g u r e 3 . 1 4 i t c a n b e s e e n t h a t , i n s p i t e o f l o w e r i n g t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t a t t = 5 5 s , t h e f r e q u e n c y s t i l l r e m a i n s c l o s e t o 5 0 H z ; i s l a n d i n g i s t h e r e f o r e r u l e d o u t . I s l a n d i n g o c c u r s a t t = 6 0 s , a n d t h e V U s p i k e a t t e r m i n a l s o f D G 2 , a s s e e n i n f i g u r e 3 . 1 3 , i s l a r g e e n o u g h t o b e d e t e c t e d . A r e d u c t i o n i n t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t c a u s e s a s i g n i f i c a n t d r o p i n t h e f r e q u e n c y . A s s o o n a s t h e f r e q u e n c y d r o p s t o 4 9 . 2 H z , a t r i p s i g n a l i s s e n t t o t h e C B a t P C C 2 a n d M G 2 d i s c o n n e c t s f r o m t h e f e e d e r . T h e f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 i s n o w r e s t o r e d t o 5 0 H z , t h u s p e r m i t t i n g a n a u t o n o m o u s o p e r a t i o n o f M G 2 . ~ I n f i g u r e 3 . 1 3 i t c a n b e s e e n t h a t t h e V U s p i k e d u e t o l o a d s w i t c h i n g a t M G 2 a t t = 5 5 s i s m u c h l a r g e r t h a n t h e s p i k e d u e t o i s l a n d i n g a t t = 6 0 s . H e n c e , i f V U / T H D t e c h n i q u e i s u s e d b y i t s e l f , t h e n a f a l s e t r i p p i n g w o u l d r e s u l t a t t = 5 5 s . I t i s t h e r e f o r e c l e a r t h a t h y b r i d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e p r o p o s e d i s s u p e r i o r o v e r t h e V U / T H D t e c h n i q u e . ~ T h e i s l a n d i n g d e t e c t i o n s p e e d f o r t h e o v e r a l l s y s t e m o f f i g u r e 3 . 8 i s s h o w n i n f i g u r e 3 . 1 5 . T h e C B a t n o d e 0 1 o p e n s a t t = 6 0 s , t h u s c a u s i n g i s l a n d i n g a t t h a t i n s t a n t . I t i s s e e n i n f i g u r e 3 . 1 5 t h a t a t t = 6 0 . 1 5 s c u r r e n t t h r o u g h l o a d A i s c u t o f f . T h i s m e a n s t h a t , b y t = 6 0 . 1 5 s b o t h P C C 1 a n d P C C 2 h a v e o p e n e d , w h i c h m e a n s i s l a n d i n g i s d e t e c t e d w i t h i n 0 . 1 5 s . T h i s i s w e l l w i t h i n t h e 2 s e c o n d s e t f o r i s l a n d i n g d e t e c t i o n [ 1 ] . 3 2 0 . 0 6 0 . 0 5 ( 1 ) u 0 . 0 4 c : r o - r o . 0 c : 0 . 0 3 : : l ( 1 ) C ) r o . . . . . . 0 . 0 2 ~ 0 . 0 1 - ~ . . . . I . 3 5 . . . . . . 5 0 . 2 c : ' 6 0 . . . . . . . . ( 1 ) 5 0 ( / ) u c : Q ) 5 . 4 9 . 8 Q ) . . . . . - " 0 l i j 4 9 . 6 > - u c : ~ 4 9 . 4 0 ' Q ) . . . . . l J . . . 4 9 . 2 4 9 . 0 0 V U m e a s u r e d a t O G 1 t e r m i n a l s L o a d s w 1 t c h e s o n a t M G 1 1 = 4 5 s . V U = 0 . 0 0 8 0 3 4 L o a d s w i t c h e s o f f a t M G 1 I s l a n d i n g o c c u r s t • 6 0 s , V U = O . O S J 9 2 1 \ 1 1 G 2 c o 1 1 n e c t e d t o t h e u t i l i t y \ ! = 5 0 s V U = 0 . 0 0 7 9 3 2 L o a d s w i t c h e s o f f a t M G 2 . 1 = 5 5 S , V U = 0 . 0 0 2 5 8 6 t = 3 5 s . V U = 0 . 0 0 2 3 4 1 I ~ V U s p i k e d e t e c t i o n s i g n a l " - 4 0 4 5 5 0 5 5 T i m e i n s e c o n d s F i g u r e 3 . 1 1 - V U m e a s u r e d a t D G 1 t e r m i n a l s F e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f m i c r o - g r i d 1 F r e q u e n c y . . . . T ' " ' ' F r e q u e n c y ' l , . _ W h e n m i c r o - g r i d 1 i s c o n n e c t e d t o u t i l i t y t h e f r e q u e n c y s e t p o i n t i s l o w e r e d f r o m 5 0 . 0 2 t o 5 0 H z I s l a n d i n g i s d e t e c t e d a t 5 0 . 1 5 a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t i s r e s t o r e d t o 5 0 H z - . . [ \ . _ -· · 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 T i m e i n s e c o n d s F i g u r e 3 . 1 2 - F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 1 ~ ~ j 6 0 7 0 3 3 Q ) ( j c ( ' I I ( i j . s : l c : : : J Q ) 0 1 ! ! ! 0 > c ' ( 5 c . a ; ( / ) > ( . ) c : Q ) : : : > C ' Q ) . : ' C c : ( ' I I C ; c : Q ) : : : J C ' ! ! ! u . . . 0 . 1 2 0 . 1 0 . 0 8 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 2 1 - , . , 0 1 3 5 5 0 . 4 5 0 . 2 . A' " V U m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s L o a d s w i t c h o s o f f a t M G 2 t = 5 5 s . V U = O 1 0 2 9 , _ _ _ , _ . . M G 2 g e t s conn~1ed t o t h e u t i l i t y t = 3 5 s , V U ; ; ; 0 . 0 1 4 8 8 L o a d S I N i t c h l n g a t M G 1 . , . L o a d s w i t c h i n g a t M G 1 t = 5 0 s . V U = 0 . 0 0 1 9 4 3 , V U = 0 . 0 0 2 1 2 2 . . , V U s p i k e d e t e c t i o n s i g n a l _ _ . . . 4 0 4 5 5 0 T i m e I n s e c o n d s F i g u r e 3 . 1 3 - V U m e a s u r e d a t D G 2 t e r m i n a l s F r e q u e n c y F r e q u e n c y I s l a n d i n g o c c c , a r s ; ; ; 6 Q s . V U = O O f 7 4 4 _ _ _ , . . 5 5 6 0 5 0 . 0 rr - ~ f M i c r o - g r i d 2 g e t s c o n n e c t e d t o t h e u t i l i t y 4 9 . 8 4 9 . 6 4 9 . 4 4 9 . 2 4 9 4 8 . 8 4 8 . 6 0 F r e q u e n c y s e t p o i n t i s c h a n g e d t o 4 9 H z d u e t o a V U s p i k e _ _ _ c a u s e d b y l o a d s i t c h i n g ~ I s l a n d i n g I S d e t e c t e d a t 5 0 . 1 5 s e c . a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t i s r e s t o r e d t o 5 0 H z 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 T i m e i n s e c o n d s F i g u r e 3 . 1 4 - F r e q u e n c y a n d f r e q u e n c y s e t p o i n t o f D G 2 7 0 3 4 ( I ) ~ Q ) 0 . . E ( 1 : 1 . ! : ~ " C ( 1 : 1 . 9 B " E ~ : : ! . . , . . . . 0 Q ) : : ! i i i > ( I ) : : i : 0 : : R M S v a l u e o f c u r r e n t o i n t e r m e d i a t e l o a d A 1 4 1 2 ~--------~------~-------~ , / , • , . . , - 10 ~ 8 6 4 2 0 0 1 0 I s l a n d i n g i s d e t e c t e d b y b o t h m i c r o - g r i d s b y 5 0 . 1 5 s l o a d A i s c u t o f f 2 0 3 0 4 0 5 0 T i m e i s s e c o n d s 6 0 F i g u r e 3 . 1 5 - C u r r e n t t o i n t e r m e d i a t e l o a d A v e r s e s t i m e i n s e c o n d s . - l 7 0 3 5 C h a . l ! t e r 4 C o n c l u s i o n s 4 . 1 C o n c l u s i o n s , r e m a r k s a n d d i s c u s s i o n T h e i n c r e a s i n g p r i c e o f e l e c t r i c i t y a n d a v a i l a b i l i t y o f a w i d e v a r i e t y o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t o r s h a s b r o u g h t a b o u t a n e w e r a o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n . D i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n o f f e r s a d v a n t a g e s s u c h a s r e d u c e d t r a n s m i s s i o n l o s s e s , v o l t a g e a n d r e a c t i v e p o w e r s u p p o r t t o t h e g r i d , i m p r o v e d s y s t e m r e l i a b i l i t y , a n d d e c r e a s e d c o s t o f u n i t o f e n e r g y . A l t h o u g h D G s h a v e b e e n g e t t i n g a l o t o f a t t e n t i o n i n t h e r e c e n t p a s t , t h e p r o s p e c t s o f t h e i r w i d e s p r e a d a d o p t i o n i s n o t c e r t a i n . T h i s t h e s i s r e v i e w s t h e p r o m i n e n t i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e s a n d l o o k s a t t h e i r i m p l e m e n t a t i o n f e a s i b i l i t y , t h e i r i m p a c t o n t h e u t i l i t y , a n d t h e i r p r o b a b i l i t y o f c a u s i n g f a l s e t r i p p i n g . I n a n a t t e m p t t o o v e r c o m e t h e s e d r a w b a c k s a n d t o n e g a t i v e i m p a c t o f t h e P F t e c h n i q u e o n t h e u t i l i t y e l e c t r i c g r i d , a n e w h y b r i d t e c h n i q u e i n v o l v i n g b o t h a c t i v e a n d p a s s i v e s c h e m e s i s p r o p o s e d a n d t e s t e d . I n t h i s t e c h n i q u e o n l y t h e D G t h a t d e t e c t V U s p i k e l a r g e r t h a n t h e s e t t h r e s h o l d v a l u e w i l l c h a n g e t h e i r f r e q u e n c y s e t p o i n t . T h e m a g n i t u d e o f t h e V U s p i k e s e e n b y D G d e p e n d s o n t h e s i z e o f t h e D G a n d d i s t a n c e f r o m t h e d i s t u r b a n c e . T h i s i s a g r e a t a d v a n t a g e o v e r P F t e c h n i q u e , w h e r e a l l t h e D G s c o n n e c t e d t o t h e e l e c t r i c u t i l i t y w o r k t o g e t h e r a t a l l t i m e s t o t r y t o d e s t a b i l i z e t h e e l e c t r i c u t i l i t y f r e q u e n c y a n d v o l t a g e . F u r t h e r i t i n v e s t i g a t e s h o w e f f i c i e n t l y p r o p o s e d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e d i s c r i m i n a t e s l o a d s w i t c h i n g a n d i s l a n d i n g . I t i s t h e r e f o r e c o n c l u d e d t h a t p r o p o s e d h y b r i d i s l a n d i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e , w h i c h i n c l u d e s a c o m b i n a t i o n o f a n a c t i v e [ 3 0 ] a n d a p a s s i v e [ 2 2 ] t e c h n i q u e , h a s a n a s c e n d a n c y o v e r t h e e x i s t i n g t e c h n i q u e s . 4 . 2 R e c o m m e n d a t i o n f o r f u t u r e r e s e a r c h I n t h i s t h e s i s o n l y synch~onously r o t a t i n g D G s w e r e c o n s i d e r e d . A s a continuat~on o f t h i s w o r k , i t i s p r o p o s e d t h a t D G s w i t h e l e c t r o n i c i n t e r f a c e b e i n c l u d e d i n t h e m o d e l t o i n c l u d e b o t h s y n c h r o n o u s D G s a n d n o n - s y n c h r o n o u s D G s s u c h a s f u e l c e l l s , p h o t o v o l t a i c p o w e r g e n e r a t i o n c o n n e c t e d t o u t i l i t y g r i d . 3 6 . . . . R e f e r e n c e s : [ 1 ] " I E E E 1 5 4 7 S t a n d a r d f o r I n t e r c o n n e c t i n g D i s t r i b u t e d R e s o u r c e s w i t h E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s , " 2 0 0 3 . [ 2 ] H a n s B . P u t t g e n , P a u l R . M a c g r e g o r , F r a n k C . L a m b e r t , " D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n : S e m a n t i c H y p e o r t h e D a w n o f a N e w E r a ? " I E E E p o w e r a n d e n e r g y m a g a z i n e , 2 0 0 3 . [ 3 ] H . L e e W i l l i s , W a l t e r G . S c o t t , " D i s t r i b u t e d P o w e r g e n e r a t i o n P l a n n i n g a n d e v a l u a t i o n , " M a r c e l D e k k e r , I n c . , 2 0 0 0 . I S B N : 0 - 8 2 4 7 - 0 3 3 6 - 7 . [ 4 ] M i c h a l T . D o y l e , " R e v i e w i n g t h e I m p a c t o f D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n o n D i s t r i b u t i o n S y s t e m P r o t e c t i o n , " i n p r o c e e d i n g s , I E E E p o w e r e n g i n e e r i n g s o c i e t y s u m m e r m e e t i n g , 2 0 0 2 . [ 5 ] G . H o d k i n s o n , " S y s t e m I m p l i c a t i o n s o f E m b e d d e d G e n e r a t i o n a n d i t s P r o t e c t i o n a n d C o n t r o l . P E S P e r s p e c t i v e , " l E E - C o l l o q u i u m o n S y s t e m - I m p l i c a t i o n s o f E m b e d d e d G e n e r a t i o n a n d i t s P r o t e c t i o n a n d C o n t r o l D i g e s t N o . 1 9 9 8 / 2 7 7 . 1 9 9 8 : 1 / 1 - 1 5 . [ 6 ] " A s s e s m e n t o f D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n T e c h n o l o g y A p p l i c a t i o n s , " R e s o u r c e D y n a m i c s C o r p o r a t i o n R e p o r t , F e b . 2 0 0 1 . [ 7 ] w w w . c b o . g o v [ 8 ] G . P e p e r m a n s , J . D r i e s e n , D . H a e s e l d o n c k x , R . B e l m a n s , W . D ' h a e s s e l e e r " D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n : D e f i n i t i o n , B e n e f i t s a n d I s s u e s , " E n e r g y P o l i c y , D e c . 2 0 0 5 ; 3 3 ( 1 8 ) : 2 3 8 5 - 9 7 3 7 . . . . . [ 9 ] Y . Z o k a , H . S a s a k i , N . Y o r i n o , K . K a w a h a r a , C . C . L i u , " A n I n t e r a c t i o n P r o b l e m o f D i s t r i b u t e d G e n e r a t o r s I n s t a l l e d i n a M i c r o g r i d , " i n p r o c e e d i n g s , 2 0 0 4 I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n E l e c t r i c U t i l i t y D e r e g u l a t i o n , R e s t r u c t u r i n g a n d P o w e r T e c h n o l o g i e s ( D R P T 2 0 0 4 ) A p r i l 2 0 0 4 H o n g K o n g . [ 1 0 ] R . A . W a l l i n g , N . W . M i l l e r , " D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n I s l a n d i n g I m p l i c a t i o n o n P o w e r S y s t e m D y n a m i c P e r f o r m a n c e , " i n p r o c e e d i n g s , T r a n s m i s s i o n a n d D i s t r i b u t i o n C o n f e r e n c e a n d E x p o s i t i o n , 2 0 0 1 I E E E / P E S , V o l u m e : 2 , 2 8 O c t - 2 N o v . 2 0 0 1 . [ 1 1 ] A d l y G i r g i s , S u k u m a r B r a h m a , " E f f e c t o f D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n o n P r o t e c t i v e D e v i c e C o o r d i n a t i o n i n D i s t r i b u t i o n S u b s y s t e m , " i n p r o c e e d i n g s , L a r g e e n g i n e e r i n g S y s t e m s C o n f e r e n c e o n P o w e r E n g i n e e r i n g , 2 0 0 1 . [ 1 2 ] F . K a t i r a e i , M . R . I r a v a n i , P . W . L e h n , " M i c r o g r i d A u t o n o m o u s O p e r a t i o n D u r i n g a n d S u b s e q u e n t t o I s l a n d i n g P r o c e s s , " I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r D e l i v e r y , v 2 0 , n 1 , J a n u a r y , 2 0 0 5 . [ 1 3 ] " I E E E R e c o m m e n d e d P r a c t i c e f o r E m e r g e n c y a n d s t a n d b y P o w e r S y s t e m s f o r I n d u s t r i a l a n d C o m m e r c i a l A p p l i c a t i o n s , " I E E E S t d 4 4 6 - 1 9 9 5 . [ 1 4 ] M . E . R o p p , M . B e g o v i c , A . R o h a t g i , " A n a l y s i s a n d P e r f o r m a n c e A s s e s s m e n t o f t h e A c t i v e F r e q u e n c y D r i f t M e t h o d o f I s l a n d i n g P r e v e n t i o n , " I E E E T r a n s a c t i o n s o n e n e r g y c o n v e r s i o n , S e p t 1 9 9 9 . [ 1 5 ] J . E . K i m , J . S . H w a n g , " I s l a n d i n g D e t e c t i o n m e t h o d o f D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n U n i t s C o n n e c t e d t o P o w e r D i s t r i b u t i o n S y s t e m , " i n p r o c e e d i n g s , I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n P o w e r S y s t e m T e c h n o l o g y , 2 0 0 0 . [ 1 6 ] M . A . R e f e r n , 0 . D s t a , a n d G . F i e l d i n g , " P r o t e c t i o n A g a i n s t L o s s o f U t i l i t y G r i d S u p p l y f o r a D i s p e r s e d S t o r a g e a n d g e n e r a t i o n U n i t , " I E E E T r a n s a c t i o n s o n p o w e r d e l i v e r y , v o l . 8 , n o 3 , p p 9 4 8 - 9 5 4 , J u l y 1 9 9 3 . 3 8 [ 1 7 ] M . R o p p . K . A A k e r , J . H a i g h , a n d N . S a b b a h , " U s i n g p o w e r l i n e c a r r i e r c o m m u n i c a t i o n s t o p r e v e n t i s l a n d i n g , " i n p r o c e e d i n g s , 2 8 t h I E E E P h o t o v o l t a i c S p e c i a l i s t s C o n f e r e n c e , 2 0 0 0 , p p 1 6 7 5 - 1 6 7 8 . [ 1 8 ] P h i l B a k e r , " O v e r V o l t a g e C o n s i d e r a t i o n s i n A p p l y i n g D i s t r i b u t e d R e s o u r c e s o n P o w e r S y s t e m s , " i n p r o c e e d i n g s , I E E E P o w e r E n g i n e e r i n g S o c i e t y S u m m e r M e e t i n g , J u l y 2 0 0 2 . [ 1 9 ] " E v a l u a t i o n o f I s l a n d i n g D e t e c t i o n M e t h o d s f o r P h o t o v o l t a i c U t i l i t y - I n t e r a c t i v e P o w e r S y s t e m s , " T a s k V , R e p o r t I E A - P V P S T 5 - 0 9 : 2 0 0 2 , M a r c h 2 0 0 2 . [ 2 0 ] W a y n e G . H a r t m a n n , " H o w t o N u i s n a c e T r i p D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n , " i n p r o c e e d i n g s , R u r a l E l e c t r i c P o w e r C o n f e r e n c e , M a y 2 0 0 3 . [ 2 1 ] S . J h u t t y , " E m b e d d e d G e n e r a t i o n a n d t h e P u b l i c E l e c t r i c i t y S y s t e m s , " l E E c o l l o q u i u m o n s y s t e m i m p l i c a t i o n s o f e m b e d d e d g e n e r a t i o n a n d i t s p r o t e c t i o n a n d c o n t r o l B i r m i n g h a m , F e b r u a r y 1 9 9 8 . [ 2 2 ] S u n g - I I J a n g , K w a n g - h o K i m , " A n I s l a n d i n g D e t e c t i o n M e t h o d f o r D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n s U s i n g V o l t a g e U n b a l a n c e a n d T o t a l H a r m o n i c D i s t o r t i o n o f C u r r e n t , " I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r D e l i v e r y , v o l 1 9 , n o 2 , A p r i l 2 0 0 4 . [ 2 3 ] H . Z e i n e l d i n , E . F . E l - S a a d a n y , a n d M . M . A S a l a m a , " I m p a c t o f D G I n t e r f a c e C o n t r o l o n I s l a n d i n g D e t e c t i o n , " i n p r o c e e d i n g s , I E E E P o w e r E n g i n e e r i n g S o c i e t y G e n e r a l M e e t i n g , 2 0 0 5 . [ 2 4 ] J u n Y i n , L i u c h e n C h a n g , a n d C h r i s D i d u c h , " R e c e n t D e v e l o p m e n t s i n I s l a n d i n g D e t e c t i o n f o r D i s t r i b u t e d P o w e r G e n e r a t i o n , " i n p r o c e e d i n g s , 2 0 0 4 L a r g e E n g i n e e r i n g S y s t e m s C o n f e r e n c e o n P o w e r E n g i n e e r i n g , J u l y 2 0 0 4 . [ 2 5 ] C a m e r o n L . S m a l l w o o d , " D i s t r i b u t e d G e n e r a t i o n i n A u t o n o m o u s a n d N o n - A u t o n o m o u s M i c r o G r i d s , " i n p r o c e e d i n g s , R u r a l E l e c t r i c P o w e r C o n f e r e n c e , 2 0 0 2 . 3 9 . . . . . [ 2 6 ] P . 0 ' K a n e a n d B . F o x , " L o s s o f M a i n s D e t e c t i o n f o r E m b e d d e d G e n e r a t i o n b y S y s t e m I m p e d a n c e M o n i t o r i n g , " i n p r o c e e d i n g s , I n s t . E l e c t . E n g . C o n f . D e v e l o p m e n t s i n P o w e r S y s t e m P r o t e c t i o n , A b d e r d e e n , U . K . , 1 9 9 0 . [ 2 7 ] K . T a k i g a w a a n d H . k o b a y a s h i , " D e v e l o p m e n t o f C o m p a c t a n d R e l i a b l e P r o t e c t i v e C o n t r o l U n i t f o r G r i d c o n n e c t e d S m a l l R e s i d e n t i a l P V S y s t e m s , " i n p r o c e e d i n g s , I E E E P h o t o v o l t a i c S p e c i a l i s t s c o n f e r e n c e , 1 9 9 4 . [ 2 8 ] C . B . C o o p e r , " S t a n d b y G e n e r a t i o n - P r o b l e m s a n d P r o s p e c t i v e G a i n s f r o m P a r a l l e l R u n n i n g , " i n p r o c e e d i n g s , P o w e r s y s t e m p r o t e c t i o n , S i n g a p o r e , 1 9 8 9 . [ 2 9 ] S c h a l t a n l a g e n E l e c t r o n i k G e r a t e G M B H & C o . , " G e n e r a t o r / M a i n s M o n i t o r - G W 2 , " G M B H P u b l i c a t i o n G W 2 / E / 8 1 0 . [ 3 0 ] G . A . , K e r n , R . H . B o n n , J . G i n n a n d S . G o n z a l e z , " R e s u l t s o f S a n d i a N a t i o n a l L a b o r a t o r i e s G r i d - T i e d I n v e r t e r T e s t i n g , " i n p r o c e e d i n g s , 2 n d W o r l d C o n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n o n P h o t o v o l t a i c S o l a r E n e r g y C o n v e r s i o n , 6 - 1 0 J u l y 1 9 9 8 , V i e n n a , A u s t r i a . 4 0 ~ +: - . . . . . . . " T j ~- >- ....... I '"0 ~ >- 0 >-+, rJJ. a· s. !=?.. ::;· ::;l s 0 0.. !!. ~ ....... '-..-' = -= !] ~lc 3- P ha s• B ro ak or 8 3· P ha se B re :a ke lfi 3- Ph as :e B re ak er ? 13 .8 kV /4 00 V 3. 75 M V A A Al l- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -~ ~ L oa d 3. 2M W 1. 9M V A r I loi B~ t _ _ _ _ _ j ~ c c 11 -- -- -- -- -- -- + -- + -- __ ,. ,_ _. .. , 3- P ha so B re ak er 13 Al 11 T ~-~A , l 3- P ha se B re ak er 12 :01 Load 50MW 0.6MVAr ~ Load 0.5MW 0.47MVAr > "" C "" C t"'" i z ~ -~ I > . . ~ !":> -~ . . . . - " ' 0 .... . . ' Jl . . . . 8 = -~ -.. . . 0 = a: 0 (:l. !":> - ~ - - +:> . N '> -r j ~- '"1 (1) > N I " " 0 ~ to 0 ....., [JJ ~- a -· 0 :::1 a 0 0.. (1) -,-.., -'-' 3- P ha se B re ak er 3· P ha se B re a l . +: >. "TT ~- '"'! (1) OJ . . . . . . . I " " 0 §. > 0 1-+) Ul ~- [ ...... 0 :=I a 0 0.. (1) - ~ ....... ....... '._/ < ( " ' (. ) !:9 13 -P ha se B re ak er 5 " ' (. ) a ~~~ ~~~ I~ f ~ l ~I j :~ :l I ll ~· - 1t- bl ~I C A Y 9 C 3- Ph as e Br ea ke r4 0 . 75 25 + jO .9 85 2 )~ mt ~' .· ~ G .. w d5 M V A .3 3k V · · i . " ' (. ) ~ I0 .5 M W - :: Th re e- ph as e Tr an sf or m er 33 kV /0 .4 V L oa d 1 M W 1 M va r3 :011 c ~ V l '" Tj ciO ' ~ '"' (D to N I '" d ~ to 0 H) [JJ §' E. a ..... 0 :::s s 0 0.. (D - ~ - -'----" P ro gr am m ab le V ol ta ge S ou rc e L oa d 1 M W 1 M va r1 < :( 3- P ha se 8 re ak ei 3 Sc op e2 A I I I . . IB ~ B 1 - - - - - - - - - - - - - - - c c : - Wt- 'JW -: 1 l ' :1' c 0. 91 89 +j 1. 01 95 0 72 50 + j 1 .0 85 0 71 05 +j 0. 50 85 u 0. 67 54 +j 0. 61 05 ;;= u Ph as e B re ak er 1 < :( ~ I I 1 I: 1ff NW -: 14 .L J ~ I 1. 18 5+ j1 .9 25 2. 5 M V A . 3 3k V M W F a u l t l e v e l : 6 . 9 k A ( a t 3 3 k V b u s ) R a t h n a p u r a G r i d F 8 G ) Y a T o P a l a b a d d a l a Y e G u r u l u w a n a M H P 2 M W 0 - - . _ 2lkM0~ r G ) Y d 6 . 3 k M L a b u w a w a M H P 2 M W . . . _ 4 . 3 k M _ _ _ . _ R a t h g a n g a M H P G ) Y c ~ 2 M W 3 . 2 k M I I D u r e k k a n d a Y b G a n t r y A B S 4 . 5 k M 1 1 Op:T~ G M a l w a l a J u n c t i o n D D L O F i g u r e B 3 - F e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 6 L17 .-I (.9 4-G >- G) N (.9 G QJ >- G s ~ N N 0 s ~ en 1.0 c:i ~ s ~ " """ c:i "'0 >- s ~ + N N 0 s ~ en ~ .-I ~ s s ~ + ~ N " ~ ~ .-I 0 _o >- u >- G G G ro >- f u n c t i o n o = y b u s 3 ( u ) d e l t a = u / 1 8 0 * p i ; E = [ 1 · 1 · 1 ] · , , , E = E . * c o s ( d e l t a ) + j * E . * s i n ( d e l t a ) ; E = [ E ; l ] ; l a = 4 . 5 ; l b = 3 . 2 ; l c = 4 . 3 ; l d = 6 . 3 ; l e = 2 . 1 ; l f = l ; L 1 = 1 ; L 2 = . 2 2 ; L 3 = . 6 9 ; L 4 = . 9 7 ; L 5 = 3 . 1 1 ; L 6 = 1 . 8 9 ; L 7 = 1 . 7 ; L L = [ L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 ] ; R L = 3 3 A 2 * L L : ' ' - l ; Z _ p e r k m = 0 . 3 6 3 3 + j * 0 . 3 1 4 2 ; l = [ l a l b l c l d l e l f ] ; Z = Z _ p e r k m * l ; Z b a s e = 3 3 A 2 / 1 ; Z = Z / Z b a s e ; R L = R L ! Z b a s e ; R L = R L . A - 1 ; Y = Z . A - 1 ; Y a = Y ( 1 ) ; Y b = Y ( 2 ) ; Y c = Y ( 3 ) ; Y d = Y ( 4 ) ; Y e = Y ( 5 ) ; Y f = Y ( 6 ) ; Z r a t = j * 2 . 7 6 / Z b a s e ; Y r a t = l / Z r a t ; y b u s = [ Y a + Y r a t + R L ( l ) 0 0 0 0 0 - Y a 0 Y f + R L ( 2 ) - Y f 0 0 0 0 0 - Y f Y e + Y f + R L ( 3 ) 0 0 - Y e 0 0 0 0 Y c + R L ( 4 ) - Y c 0 0 0 0 0 - Y c Y c + Y d + Y b + R L ( 5 ) - Y d - Y b 0 0 - Y e 0 - Y d Y e + Y d + R L ( 6 ) 0 - Y a 0 0 0 - Y b 0 Y a + Y b + R L ( 7 ) ] ; K = y b u s ( l : 4 , 1 : 4 ) ; L = y b u s ( l : 4 , 5 : 7 ) ; M = y b u s ( 5 : 7 , 5 : 7 ) ; y b u s n e w = K - L * i n v ( M ) * L ' ; c u r r e n t = y b u s n e w * E E _ s t a r = c o n j ( E ) ; S = E _ s t a r . * c u r r e n t ; P = r e a l ( S ) ; o = P ( 2 : 4 ) ; F i g u r e B 5 - Y m a t r i x o f f e e d e r N o 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 8 B ~II S i n e W a v e G e n 2 G e n 3 r - - - - - - - 8 S c o p e 1 6 T r a n s m i S S i o n L i n e B S c o p e '"~ ~ C~Q~> U M a n u a i S w 1 t c h C o n s t a n t 3 T r a n s m i S S I O n N e t w o r k d c f 1 l t e r ';;~~~~: + . s J " " " R e l a y ·~::/. I F i g u r e B 6 - C o m p l e t e M A T L A B m o d e l o f f e e d e r N o . 0 8 o f R a t n a p u r a G S 4 9