الگوريتم مبتني بر آنتروپي متقاطع براي آشكارسازي خطاي امپدانس بالا در شبكه هاي توزيع

Cross Entropy-Based High-Impedance Fault Detection Algorithm for Distribution Networks

جريان خطاي كوچك خطاهاي امپدانس بالا يكي از چالش هاي مهم حفاظت شبكه هاي توزيع است. عدم توانايي آشكارسازي اين نوع خطا توسط رله هاي اضافه جريان مرسوم منجر به تداوم قوس الكتريكي ناشي از آنها مي شود كه نتيجه آن اتلاف انرژي، خطر آتش سوزي و شوك الكتريكي مي باشد كه تهديدي براي جان انسان ها و تجهيزات شبكه است. در اين مقاله يك الگوريتم آشكارسازي خطاي امپدانس بالا بر مبناي كمّي سازي ويژگي هاي غيرخطي بودن و نامتقارن بودن شكل موج حاصل از خطا ارائه مي گردد. به اين منظور ابتدا از جريان پست توزيع نمونه برداري شده و سپس مؤلفه تحميلي خطاي سيگنال آنتروپي متقاطع حاصل از مقايسه شكل موج دو نيم سيكل متوالي جريان به عنوان شاخص آشكارسازي خطا محاسبه مي شود. از سوي ديگر براي غلبه بر چالش تشابه گذراهاي ناشي از كليدزني تجهيزات و خطا، از زمان تداوم گذرا به عنوان قيد شاخص پيشنهادي بهره برده مي شود. طرح پيشنهادي در حضور بار هاي غيرخطي به خوبي كار كرده و نيازي به داده-هاي آموزشي، تبديل و محاسبه مؤلفه هاي هارمونيكي و متقارن ندارد. كارآيي الگوريتم پيشنهادي از طريق شبيه سازي حوزه زماني سيستم تست استاندارد 13 باسه IEEE نشان داده مي شود.

The low fault current of high-impedance faults (HIFs) is one of the main challenges for the protection of distribution networks. The inability of conventional overcurrent relays in detecting these faults results in electric arc continuity that it causes the fire hazard and electric shock and poses a serious threat to human life and network equipment. This paper presents ​an HIF detection algorithm based on quantifying the nonlinear and asymmetry features of HIF waveforms. To this end, first, the substation current is sampled and then, the superimposed component of cross entropy signal calculated by comparing two subsequent half cycles of the current signal is determined as the HIF detection criteria. On the other hand, to overcome the challenge of the similar transient of device switching and HIF, the time duration of transient continuity is considered as the constraint of the proposed algorithm. The proposed scheme satisfactory works in the presence of nonlinear loads and does not need for training dataset, transformations, and calculation of harmonic and symmetrical components. The effectiveness of the proposed HIF detection algorithm is demonstrated using the time-domain simulation of IEEE 13 node test system.