I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   10 ,   No .   3 Sep tem b er   202 1 ,   p p .   21 2 ~ 22 6   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas.v 10 . i 3 . p p 21 2 - 22 6          212       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Rev iew of  p ro tec t io a spects o mi c ro g rid devices       Ash o k K um a B a s u   De p a rtme n El e c tri c a En g i n e e rin g ,   T h e   Ne o ti a   Un i v e rsity ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   9 ,   2 0 2 0   R ev is ed   Ma r   2 0 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Ap r   2 ,   2 0 2 1       m icro g ri d   is  re q u ired   t o   p ro v i d e   re li a b le,   q u a li t y   a n d   e fficie n t   su p p l y   o f   b o t h   e lec tri c it y   a n d   h e a d e m a n d to   it c u st o m e rs  wh e n   o p e ra tes   e it h e in   a u to n o m o u o i n   g r id - c o n n e c ted   m o d e s.  In   th is  c o n tex t ,   it   is  m o st   imp o rtan to   a d d re ss   a   c o m p re h e n siv e   p ro tec ti o n   sc h e m e   o t h e   m icro g rid   su it in g   b o t h   th e   m o d e o o p e ra ti o n s.  Th is   p a p e c o n c e n trate s   o n   th e   im p a c ts  o v a ri o u s   d e v ice s,  li k e   d istri b u ted   e n e r g y   re so u rc e ( DERs ) ,   tran sfo rm e rs,  sw it c h e s,  m icro g rid   t o p o l o g y ,   c o m m u n ica ti o n   t y p e ,   g ro u n d in g   t y p e ,   t o   n a m e   a   fe w,  o n   th e   m icro g rid   p r o tec ti o n   s y ste m s .   Th e   p a p e r   re v iew e s   p re v io u s   wo rk fo t h e   v a rio u a s p e c ts,  li k e   c h a ra c teristi c s,  c o n stru c ti o n ,   o f   th e se   d e v ice in   t h e   li g h t   o p ro tec ti o n .   T h is   re v iew - wo r k   is   u se fu l   fo r   fu t u re   re se a rc h   in   t h e   field   o f   m ic ro g rid   p ro tec ti o n   a s we ll   a s in   th e   se lec ti o n   o i ts d e v ice s.   K ey w o r d s :   D is tr ib u ted   en er g y   r eso u r ce s   I s lan d ed   m o d e   Mic r o g r id   p r o tectio n   P o in t o f   co m m o n   c o u p lin g   Po wer   in v er ter   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ash o k Ku m ar   B asu   Dep ar tm en   E lectr ical  E n g in ee r in g   Neo tia   Un iv er s ity   2 0 /1 ,   Kh a n p u r   R o ad ,   Ko lk ata  7 0 0 0 4 7 I n d ia   E m ail:  ash o k ek u m a r b asu @ g m ail. co m       NO M E N CL A T UR E   DE R :   d is tr ib u ted   en er g y   r eso u r ce s   DG :   d is tr ib u ted   g en er at o r / g e n er atio n   ES :   en er g y   s to r a g e   C - DG :   co n v er ter - b ased   d is tr ib u ted   g en e r ato r   D - DG :   d ir ec tly - c o u p led   d is tr i b u ted   g e n er ato r   PC C :   p o in t o f   co m m o n   co u p lin g   FR E E DM :   f u tu r r en ewa b le  elec tr ic  en er g y   d eliv er y   an d   m an ag em en t   T HD:   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n       1.   I NT RO D UCT I O N   B esid es  m an y   d ev ices  o f   m i cr o g r id ,   m o s im p o r tan a r D E R s   ( wh ich   in clu d E Ses   as  well  as  DGs   o f   b o th   C - DG  an d   D - DG  ty p e s ) ,   tr an s f o r m er s ,   lin es  an d   d if f er en lo ad s .   m icr o g r id   ca n   b an   in d e p en d e n AC   o r   DC   n etwo r k s   o r   c o m b in atio n   th er eo f .   AC   d is tr ib u tio n   n etwo r k s   m a y   b e   o f   in d iv id u al  o r   an y   co m b in atio n   o f   s in g le -   o r   th r e e - p h ase,   lo w - v o ltag ( L V)   o r   m ed iu m - v o ltag ( MV ) ,   p o wer   f r eq u en c y   o r   ev e n   h ig h   f r eq u en cy   AC   ( HFAC )   g r id .   Mic r o g r i d   ca n   f lip - f l o p   p ar tly /f u lly   i n   eith er   o f   n o r m a ( g r id - c o n n ec te d )   o r   au to n o m o u s   m o d es.  T h Fi g u r e .   1   r ep r esen ts   s am p le  m i cr o g r id ,   wh er t h m icr o g r id   i s   co m b in atio n   o f   v ar io u s   zo n es  o f   DC ,   AC ,   o r   ev en   HFAC   g r id   [ 1 ] [ 2 ] .   A   DC   m icr o g r id   ( Z o n I )   is   d is tr ib u tio n   s y s tem   co m p r is in g   o f   DC   lo ad s ,   E S   e lem en ts ,   an d   DG  r eso u r ce s   o f   DC   o u tp u v o ltag es  lik e   s o lar   PV,  f u el  ce ll.   I n   an   AC   m icr o g r id   ( Z o n e   I I ) ,   L V/ MV   AC   b u s es  co n n ec AC   l o ad s   to   AC   r eso u r ce s   ( lik m icr o tu r b i n e,   d iesel  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       R ev iew   o f p r o tectio n   a s p ec ts   o f m icro g r id   d ev ices   ( A s h o ke   K u ma r   B a s u )   213   g en er ato r s ) .   AC   b u s es  ca n   also   b f o u n d   ap p licatio n   with   DC   d ev ices  b u th r o u g h   b id ir ec tio n al  co n v e r ter s .   T h HFAC   m icr o g r id   ( Z o n I I I )   r eq u ir es  u n iv e r s al  ac tiv p o wer   lin co n d itio n er   ( UPLC )   to   in ter co n n ec to   th L V/MV   AC   b u s es.  Ad o p tio n   o f   th is   s y s tem   is   to   co n tr o ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   f lo ws  in   eith er   d ir ec tio n   o f   th m icr o g r i d .   T h co n v er ter s   u s ed   in   th DC   m icr o g r id   ar o f   th DC /AC   t y p an d   co n n ec th e   DC   m icr o g r id   to   th L V/MV   AC   b u s es.  Dir ec co n n ec tio n   o f   r en ewa b le - DE R s   in to   th DC   b u s es  h as  two   p o s itiv ef f ec ts - f ir s tly ,   in c r ea s th o v e r all  ef f icien c y   o f   t h n etwo r k ,   d u t o   r e d u ctio n   in   t h e   n u m b er   o f   co n v er ter s   b y   s in g le   o n e   an d   r ed u cin g   th e   r eq u ir em en t   o f   en er g y   tr an s f o r m in g   as  DC   lo ad s   ar s u p p lied   d ir ec tly ,   an d   s ec o n d ly ,   in c r ea s es  th p o wer   q u ality   o f   th n etwo r k .   HFAC   s y s tem s   with   f r eq u en cies  r an g in g   f r o m   4 0 0   Hz  to   2 0   k Hz  ar cu r r en t ly   u n d er   tr ial  f o r   p o we r   d is tr ib u tio n   s y s tem s .   T h HF AC   s y s tem   h as,  i n   g en er al,   th ad v an tag es  o f   s m all  in   s ize,   h ig h e r   p o wer   d en s ity ,   an d   m o d u lar   b u f o r   a p p lic atio n   in   m ic r o g r i d s   ca n   ca u s h i g h   p o wer   lo s s es  an d   v o ltag d r o p s   al o n g   th li n [ 3 ] [ 4 ] .   As  p er   r ef er en c es  [ 5 ] [ 6 ] ,   th C - DG   m icr o g r id s   r esp o n d s   s lo wly   a n d   E is   n ec ess ar y   f o r   th is   ty p o f   m icr o g r id s   wh er e   lo ad s   ar m o s tly   s en s itiv an d   p o wer   q u ality   is   co n ce r n e d .   I n   th e   g r id - co n n ec ted   m o d e,   E m a y   e n s u r l o ad   lev elin g   an d   r e d u cin g   th e   p o wer   ex ch a n g with   th n et wo r k   wh ich   m ak es  th s y s tem   o p er atio n   m o r ef f icien an d   f lex ib le.   E m ay   en h an ce   DE R   p en etr atio n   a n d   co n tr i b u te  t o   b etter   q u ality   o f   en er g y   d eliv er y   t o   c u s to m er s .   co m p o s ite  E s y s tem   is   p r o p o s ed   to   m ee t h co n tr o o f   E an d   to   e n s u r s u cc ess f u tr an s itio n   to   is lan d ed   m o d as  well.   T h is   co m p o s ite  E s y s tem   co n tain s   b o th   h ig h   en e r g y   d e n s ity   s to r ag e   b atter y   an d   h ig h - p o wer   d en s ity   s to r a g u ltra   ca p ac ito r   [ 1 ] - [ 6] .   I n   th e   Fig u r e   1 ,   t h d ash e d   lin es  in d icate   in ter co n n ec tio n   o f   C B s   b y   co m m u n i ca tio n   n et wo r k .   T h s y m b o C B   in   Fig u r e   1   is   co m b in atio n   o f   v ar io u s   d e v ices,  lik cir cu it  b r ea k e r s ,   in tellig en elec tr o n ic   d ev ices  ( I E Ds ) ,   r ela y s - as  p er   th d em an d   o f   p r o tectio n   r eq u ir em en ts .   Mic r o g r id   ce n tr al  co n tr o ller   ( MG C C h as  ce n tr al  p r o tectio n   ce n ter   ( C PC )   u n it  in s id e,   wh ich   co n tr o ON/OFF  o f   C B s   b y   s en d in g /r ec eiv in g   s ig n als   o v er   th co m m u n icatio n   n etw o r k   [ 7 ] .   An   ap p r o p r iate  d esig n in g   o f   m icr o g r id   p r o tectio n   s y s tem   is   m ea n to   s elec its   p r o p er   d ev ices.   T h i s   d esig n   f ac es   two   i m p o r tan t   p r o b lem s - f ir s tly ,   d y n a m ic  n atu r o f   m icr o g r i d ,   ar is in g   d u to   co n n ec tio n   o r   d is co n n ec tio n   o f   its   lo ad s   an d /o r   DE R   u n its   at  an y   tim e,   s ec o n d ly   m icr o g r id s   o p er atio n   in   b o th   g r id - co n n ec ted   an d   a u to n o m o u s   m o d es  with   d if f er en s h o r t - cir c u itin g   cu r r en ts .   A   co m p r eh e n s iv s ch em s h o u ld   b d esig n e d   to   p r o tect  t h n etwo r k   in   b o th   m o d es.   Ag ain ,   in cr ea s in g   co n n ec tio n s   o f   v ar io u s   ty p e s   an d   s izes  o f   DE R s   at  th f ee d er s   in   th d is tr ib u tio n   s y s tem s   h av laid   ch allen g in g   d e m an d s   o n   f ee d er   p r o tectio n s .   DGs  h av d if f er en ty p es  an d   ch a r ac ter is tics .   E ac h   ty p h as  d if f er en t   p r o tectio n   asp ec ts   o f   s h o r cir cu it   cu r r e n an d   c o o r d in atio n .   Switch es  ( in clu d in g   PC C ) ,   tr an s f o r m er s ,   f ee d er s   h av d if f er e n ty p es  as  p er   th eir   u s ag es  an d   ea ch   ty p h as  r o le  o n   p r o tectio n .   T o p o lo g y   i s   o n o f   th e   m o s im p o r tan f ac t o r s   o n   w h ich   p r o tectio n   s tr ateg ies  o f   m i cr o g r id   d e p en d s .   T h m icr o g r id   s p an s ,   u s u ally ,   s m all  ar ea   an d   th e   co m m u n ica tio n   s y s tem   is ,   g en er ally ,   u s ed   eith er   o f   p ilo t   wir es  ty p es  o r   o p tical  f ib e r s   ty p es   o r   th E t h er n et  ty p es.  C o m m u n icatio n   s y s tem   is   th b ac k b o n o f   th e   m icr o g r id   p r o tec tio n .   Fau lt  cu r r en lim iter   ( FC L )   an d   g r o u n d in g   s y s tem   h av also   b ee n   tak en   in to   co n s id er atio n   d u t o   th eir   u s ag in   p r o tectio n   f u n ctio n   [ 7 ],   [ 8] .           Fig u r 1 .   Sam p le  m icr o g r id : Co m p o s ite  s tr u ct u r with   DC - ,   AC -   an d   HFAC -   s y s tem s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   10 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 :   21 2     22 6   214   I n   th p r esen p a p er   th a u th o r   h as  f o cu s ed ,   m ai n ly ,   o n   t h p r o tectio n   asp ec ts   o f   t h co n s titu en d ev ices  o f   m icr o g r i d s   an d   r e v iewe d   r esear ch er s   wo r k s   to   ca s lig h o n   th is   to p ic.   T h p r esen s u r v ey   is   o r g an ized   in t o   t h r ee   s ec tio n s .   Fo llo win g   th s ec tio n   1   o n   in tr o d u ctio n ,   s ec tio n   2   is   d iv id ed   in to   s ev en   s u b - s ec tio n s   r esp ec tiv ely   o n   “DE R s   an d   p o wer   in v er ter s ”,   “Po in o f   co m m o n   co u p lin g   ( PC C ) ”,   “T r an s f o r m er s ”,   “f ee d er s /b r an c h es  an d   to p o lo g y ”,   “switch es - cir cu it  b r ea k er s ,   r ec lo s er s ,   s ec tio n alis er s   an d   f u s es”,   “c o m m u n icatio n   d e v ices”,   an d   “o th er   d ev ices”.   E ac h   s u b - s ec tio n   is ,   ag ain ,   d iv id ed   a s   p er   r elev a n ce   to   m icr o g r id   p r o tectio n .   Sectio n   3   d r aws “ co n clu s io n ”.   L astl y ,   ac k n o wled g e m en t a n d   r ef er e n ce s   ar in clu d ed .       2.   DE VI CE A ND   P RO T E C T I O NAL A SPEC T   Mic r o g r id s   ar co m p o s ed   o f   b o th   m ain /ess en tial  d ev ices  f o r   g r id   f o r m atio n ,   lik DE R s ,   tr an s f o r m er s ,   lin es,  lo a d s   an d   o th er   a u x iliar y /d esira b le  c o m p o n en ts ,   lik p r o tectiv d ev ic es,  co n tr o ller s .   T h e   au x iliar y /d esira b le  co m p o n e n t s   ar e   u s ed   f o r   f au lt f r ee   r u n n in g   o f   ea ch   ess en tial d ev ice,   as a   wh o le,   th o v er all  m icr o g r id ,   s o   th at  th cu s to m er s   ar s u p p lied   with   u n in ter r u p ted   q u ality   o f   p o wer .   E ac h   o f   th ese  ess en tial   d ev ices  o f   m icr o g r id s   h as   v ar io u s   co n s tr u ctio n   a n d   ch ar ac ter is tics   f ea tu r es,  wh ich   h a v im p ac ts   o n   t h e   m icr o g r id   p r o tectio n .   T h p r es en au th o r   h as  r ev iewe d   th r e s ea r ch er s   wo r k s   to   f o cu s   o n   t h ese  d ev ices  in   th lig h t o f   m icr o g r id   p r o tectio n .     2 . 1 .   DE Rs  a n d   p o wer   inv er t er s   Mo s im p o r tan co m p o n en o f   m icr o g r id   is   its   DE R s ,   wh ich   in clu d b o th   DGs  an d   E Ses .   Po wer   in v er ter s   ar u s ed   to   co n n ec DGs  an d   E Ses   to   th m icr o g r id   b u s .   E ac h   s u ch   d ev ice  is   r ev iewe d   s ep ar ately   in   th f o llo win g   s u b - s ec tio n s .       2 . 1 . 1 .   DG s   I n   m icr o g r id ,   DGs  ca n   b class if ied   as  co n v er ter - b ased   ( C - DGs)  an d   d ir ec tly - c o u p le d   ( D - DGs).   Sy n ch r o n o u s   an d   asy n ch r o n o u s   g en er ato r s   ar D - DGs  an d   t h ey   ar co u p led   to   th r o tatin g   m ac h in es,  s u ch   as  d iesel  en g in es,  m icr o tu r b i n es,  an d   win d   tu r b in es.  W h er ea s   C - DGs  ar b o th   s tati m ac h in es  lik s o lar   PV  m o d u les,  Fu el  ce lls   an d   r o tati n g   m ac h i n es  lik win d   tu r b in e s ,   m icr o tu r b i n es  [ 4 ] .   T h C - D Gs  ar o f   two   ty p es  cu r r en t - c o n tr o lled   a n d   v o ltag e - co n tr o lled .   T h am o u n t o f   f a u lt c u r r en t su p p lied   b y   th ese  DGs d u r in g   f au lt is   m o s im p o r ta n t   co n s id er atio n   in   m icr o g r id   p r o tectio n   s tr ateg y   [ 9 ] .   Sh o r cir c u it  ch ar ac te r is tics   v ar y   with   th e   ty p es  o f   DGs.  D - DGs  ar e   ch a r ac ter ized   b y   h ig h   s h o r t - cir cu i cu r r e n co n tr ib u tio n   t h at  m a y   r ea c h   1 0   p er   u n it   ( p . u . )   o f   th eir   r esp ec tiv e   r at ed   cu r r en a n d   th is   cu r r en d ep en d s   o n   th r ea ctan ce   o f   th g en er ato r   a n d   co n n ec tin g   t r an s f o r m e r .   W h er ea s ,   C - DGs  h av lim ited   co n tr ib u tio n   to   s h o r t - cir cu it  cu r r en t s   o f   u p   to   4   p . u .   o f   th r ated   cu r r en t.  Asy n ch r o n o u s   g en er ato r s   d o   n o h a v th e ir   in d ep en d en ex citatio n   s y s t em s .   So ,   th er is   r ap id   d ec ay   o f   th eir   f au lt  c u r r en ts   b elo th e   r ated   cu r r en an d   it  p o s es  d if f ic u lty   f o r   r elay   to   p ick   u p   th e   f au lt  [ 1 0 ] [ 1 1 ] .   c r o wb ar - r esis to r   s y s tem   is   co m m o n ly   u s ed   to   p r o tect  th e   r o to r   cir cu it  o f   d o u b ly - f e d   in d u ctio n   g en e r ato r s   ( DF I G)   an d   p o wer   c o n v e r ter s   f r o m   o v er v o ltag e   an d   th er m al  b r ea k d o wn   u n d e r   f a u lty   s itu atio n s   an d   th ese  DFI Gs  b e h av lik th co n v en tio n al  asy n ch r o n o u s   g en e r ato r s ,   with   lar g in itial  cu r r en t   th at  q u ick ly   d ec ay s   [ 1 1 ] - [ 1 3 ] .   B o th   s y n ch r o n o u s   an d   asy n ch r o n o u s   DGs  r ed u ce   o p e r atio n   tim o f   o v er   cu r r en r ela y s ,   b u th im p a ct  o f   asy n ch r o n o u s   DGs,  as  n o n - s y n ch r o n izatio n   ty p e,   o u tweig h s   th s y n ch r o n o u s   DGs.  Sy n ch r o n o u s   o r   asy n ch r o n o u s - b ased   DGs  h av an   u n c o n tr o lled   cu r r en o u tp u d u r in g   f au lts   wh er ea s   C - DGs  h av cu r r en t   o u tp u d e p e n d en o n   th eir   co n tr o m eth o d   r ath er   th an   th ty p o f   th g en er ato r   f o r   in s tan ce ,   PV sy s tem   is   d ep en d en t o n   m ax im u m   p o wer - p o in t tr ac k e r   ( MPPT)   [ 1 ] ,   [ 4 ] [ 9 ] [ 14 ] [ 1 5 ] .   T h er ar u s u ally   two   co n tr o s ch em es  o f   C - DG  u n it’s   d q   co n tr o an d   a - b - c   co n tr o l.   I n   th a - b - co n tr o ea ch   p h ase  is   c o n tr o ll ed   s ep ar ately ,   b u t   n o in   th c ase  f o r   d q   co n tr o l.   W h en   f au lt  is   o cc u r r e d   in   o n e   p h ase,   co n tr o lo o p   lim its   cu r r en o f   all  p h ases   ( b o th   h ea lth y   an d   f au lty )   in   d q   co n t r o l,   b u th cu r r en ts   o f   h ea lth y   p h ases   will  r em ain   co n s tan in   a - b - c o n tr o l.  T h is   h elp s   th o v er   cu r r en r elay   to   s en s an d   s u b s eq u en tly ,   clea r   th f au lt  in   a - b - co n tr o l.  T h u s ,   th au t h o r s   o f   r ef s   [ 4 ]   an d   [ 1 6 ]   s u g g est  d o u b le  co n tr o l   s tr ateg y   d q   co n tr o in   n o r m a m o d an d   a - b - co n tr o i n   f a u lty   s itu atio n s .   Ag ain ,   v o ltag e - co n tr o lled   C - DGs   s h o d if f er e n f au lt  ch ar ac t er is tic  f r o m   th at  o f   cu r r en t - co n tr o lled   o n e.   T h e   v o ltag e - co n tr o lled   C - DGs  ar u n ab le  to   p r ec is ely   r eg u late  th eir   o u tp u t c u r r en t a n d   ar e   s u s ce p tib le  to   s h o r t c ir cu it wh e r ea s   cu r r en t - co n tr o lled   o n es h av in a b ilit y   to   m ain tai n   th eir   ter m in al  v o ltag a n d   ar v u ln er a b le  to   u n d er - v o ltag f au lts   [ 4 ] ,   [ 5 ] [ 16] .     T h co o r d i n atio n   is   an o th er   i m p o r tan asp ec o f   m ico g r id   p r o tectio n   wh er DE R s   h av an   im p o r tan r o le.   Fo r   an y   g iv e n   m icr o g r i d   n etwo r k ,   s ev er al   asp ec ts ,   s u ch   as  o p tim u m   lo ca tio n s ,   s i ze s ,   m ax im u m   DG  p en etr atio n   lev els,  p lay   r o le  f o r   lo s s   o f   p r o tectio n   co o r d i n atio n   [ 1 7 ] - [ 1 9 ] .   Fo r   n o n - v io latio n   o f   p r o tectio n   co o r d in atio n ,   th r esear ch er s   h av p r o p o s ed   v ar io u s   way s ,   s u ch   as :   i)   to   ad ju s th d is tan ce   b etwe en   th e   cu r v es  o f   o v e r   cu r r e n r elay s   in   o p er atio n   f o r   ad d i n g   o f   D u n its ,   ii)  f o r   f in d in g   o p tim al  lo ca tio n   o f   DG  u n it,  an d   iii)   th e   m ax im u m   ca p ac ity   o f   a   DG  u n it   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   An   i n d ex   is   d ef i n ed   a n d   ac co r d in g   to   t h is   in d ex ,   ad d s   DG  r eso u r ce s   to   th m icr o g r id   as lo n g   as it d o es n o t a f f ec t c o o r d in atio n   o f   o v e r   cu r r e n t r elay s   [ 1 7 ] - [ 2 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       R ev iew   o f p r o tectio n   a s p ec ts   o f m icro g r id   d ev ices   ( A s h o ke   K u ma r   B a s u )   215   Dy n am ic  p er f o r m an ce   o f   m icr o g r id   is   m ajo r   to p ic  in   p r o tectio n .   Du r in g   f a u lt,   th g en er atin g   u n its   m u s s u p p ly   s u f f icie n s h o r t - cir cu it  cu r r en to   e n s u r co r r ec co o r d in ate d   o p er atio n   o f   th p r o tectio n   d ev ices.  Ag ain ,   f o llo win g   f au l clea r an ce ,   th e   DGs  s h o u ld   r e co v er   a n d   s u p p ly   ac tiv p o wer   as  f ast  as  p o s s ib le  with o u u n d u o s cilla tio n s ,   an d   f u r th er   to   s u p p o r q u ick   v o lt ag r ec o v er y ,   th DGs  r eq u ir e s   to   s u p p ly   r ea ctiv p o wer ,   o r   to   r e d u ce   r ea ctiv p o wer   co n s u m p tio n .   DG  m an u f ac tu r e r s   in tr o d u ce d   th c o n tr o tech n iq u es  to   m ee th ac tiv e - r ea ctiv r eq u ir em en ts .   Ho wev er ,   th co n t r o tech n iq u es  h av im p ac o n   th s h o r cir cu it  b eh av io r   o f   th v ar io u s   ty p e s   o f   DGs  [ 2 3 ] [ 2 4 ] .   T h co n tr o tech n iq u es  ar n o s tan d ar d ized   an d   h a v in tr o d u ce d   u n ce r tain ty   in   th e   f au lt  cu r r en c o n tr ib u ti o n   o f   t h DGs  -   it  is   a p p ar en t   th at  i n teg r atio n   o f   DGs  r eq u i r es  p r o tectio n   th at  is   ca p ab le  o f   m ain tain i n g   p r o tecti o n   co o r d i n atio n   u n d e r   b i - d ir e ctio n al  an d   v ar ia b le  p o wer   f lo c o n d itio n s .   T h e   p r o tectio n   m u s also   o p er ate  co r r ec tly   u n d er   th e   co n d itio n s   o f   u n p r e d ictab le  f a u lt   cu r r en ts   [ 1 1 ] [ 13 ] [ 25 ] ,   [ 2 6 ] .   No n - r o tat in g   DG  p e n etr atio n ,   esp ec ially   o f   PV,   h as  th e   ef f ec o f   r ed u ctio n   o f   th ef f ec tiv s y s tem   in er tia  le ad in g   to   r ed u ce d   d y n am ic  p er f o r m an ce   o f   m icr o g r i d   [ 1 1 ] [ 2 7 ] .   B alan cin g   f au lt   cu r r en f o r   all  p o s s ib le  s itu ati o n s   o f   m icr o g r id   is   co m p licat ed   an d   h ig h ly   ex p e n s iv [ 4 ] [ 2 8 ] .   T h e r ar g r i d   co d es  f o r   o p er atio n   o f   DGs,  n am ely ,   -   i)   t h th r esh o l d   v o lta g -   ab o v wh i ch   th DG  to   r e m ain   co n n ec ted ,   ii )   th m ax im u m   cu r r en ca p ab ili ty   o f   th in v er ter - b ased   DG,   iii)  p r o v is io n   o f   th m a x im u m   r ea ctiv cu r r en o f   th DG  f o r   v o ltag es  b elo w   0 . 5   p u   [ 1 4 ] .   As  p er   th n ew  g r i d   co d es  th DGs  co n tin u c o n n ec ted   f o r   s h o r d u r atio n   u n d er   f au lt  c o n d itio n s .   I d em a n d s   an ti - is lan d in g   p r o tectio n   a n d   f au lt  r i d th r o u g h   ( FR T )   ca p a b ilit y   to   b co n s id er ed   with   DG  u n it .   E Ses   an d   p h o to v o lt aic  ( PV)   s y s tem s ,   d u to   th eir   l o f au lt r id th r o u g h   ( FR T )   ca p ab ilit ies,  f ac d if f icu lties   t o   clea r   all  s h u n t a n d   h ig h   im p ed an ce   f au lts   ( HI Fs )   in   r ad ial  an d   m esh   s tr u ctu r es.   An d   ac co r d i n g ly ,   v a r iety   o f   l o v o ltag r id th r o u g h   ( L V R T )   s tan d ar d s   h as  b ee n   f r am ed   b y   th tech n ical   co m m u n ity   [ 2 9 ] - [ 3 4 ] .       2 . 1 . 2 .   E s y s t em s   T h er ar u s ag es  o f   en er g y   s to r ag ( E S)  d ev ices  in   m icr o g r id s - b atter y ,   u ltra   ca p ac ito r ,   f l y wh ee l,  to   n am f ew.   I n   g en e r al,   en er g y   s to r ag wo u ld   b co n n ec t ed   to   th m icr o g r i d   th r o u g h   a n   in v er ter   in te r f ac e .   ES e im p r o v e   p o wer   q u ality   v ia  f r eq u en c y   r eg u latio n   [ 2 9 ] .   T h ey   ar b en ef iciar y   f o r   m i cr o g r id   o w n er s   in   m an y   way s i)   to   g en er ate  m o s ef f icien an d   least  ex p e n s iv p o wer ,   ii)  t o   p r o v id u n i n ter r u p te d   p o wer   to   cr itical  lo ad s ,   an d   to   s u p p ly   t h em er g e n cy   p o wer   d u r in g   s to r m s ,   eq u ip m en f ailu r es,  o r   o th er   f o u ls ,   iii)  to   en s u r s ea m less   tr an s f er   to   th is lan d ed   m o d e,   an d   iv )   to   e n h an ce   f lex ib ilit y   in   p o wer   g en er atio n ,   d eliv er y ,   an d   co n s u m p tio n   [ 6 ] ,   [ 3 5 ] .   L ar g e - s ca le  in teg r atio n   o f   E Ses   in cr ea s es  th e   ef f icien cy   o f   m ain   g r id s   -   in   tu r n ,   r ed u ce s   o p e r atio n   co s t a n d   em is s io n s   an d   also ,   in cr ea s es p o wer   r eliab ilit y   [ 6 ] .   E Ses ,   p r ef er en tially   b atter ies,  is   co n n ec ted   to   th m icr o g r i d   to   allo th u s o f   co n v en t io n al  o v er - cu r r en p r o tectio n   d e v ices  [ 3 6 ] - [ 3 8 ] .   T h b atter y   o p er atio n   is   lim ited   b y   th f au lt  cu r r en t.  T o   av o id   th eir   d am ag e,   its   o p er atio n   is   s to p p ed   in s tan tly   wh e n   f a u lt  cu r r en ex ce ed s   an   ac ce p tab le   th r esh o ld   cu r r en t.   T h ese   d ev ices  h av th d is ad v an tag o f   h ig h   co s t.   T h f au lt  cu r r en am p litu d o f   ca p ac ito r - E is   v er y   h ig h   with   a   s h o r tim co n s tan an d   th f a u lt  cu r r en a m p litu d d ep en d s   o n   th ca p ac ity   o f   th ca p ac ito r s .   Fly wh ee ls   an d   b atter ies - E Ses   ca n   b u s ed   t o   p r o v id e   s u p p lem e n tar y   s h o r t - cir cu it  lev el  t o   th e   n etwo r k   [ 1 2 ] [ 3 9 ] ,   [ 4 0 ] .   Fly wh ee E is   co u p led   to   in v er ter - in ter f ac ed   DG  to   s u p p ly   s ig n if ican cu r r e n t.  Fly wh ee E is   v er y   u s ef u l   f o r   cr itical  lo ad ,   esp ec ially   w h en   co u p led   with   d is p atch a b le  DG  s u ch   as  d iesel  g en er ato r s .   As  f ly wh ee ls   ar ex p en s iv an d   r eq u ir s o p h is ticated   co n tr o s ch em f o r   c o o r d in atio n   with   DG  in   m i cr o g r id   -   n o ev er y   in v er ter - in ter f ac ed   DG  u n it is   eq u ip p e d   with   f ly wh ee l sy s t em   [ 4 1 ] ,   [ 4 2 ] .     2 . 1 . 3 .   P o wer   inv er t er s   Po wer   in v er ter s ,   b r o ad l y   co n v er ter s ,   h av m an y   f u n ctio n s   to   s er v e,   wh en   is   u s ed   in   th m icr o g r id ,   m ain ly ,   to   c o n tr o p o wer   f lo w s   o f   DE R s ,   to   s tab ilize  v o ltag an d   f r eq u e n cy   o f   th m icr o g r id ,   an d   to   co n v er t   th o p er atin g   v o ltag f r o m   D C   in to   AC   an d   v ice - v er s [ 1 2 ] [ 43 ] ,   [ 4 4 ] .   T h er ar two   m o d es  o f   co n tr o o f   DC /A C   in v er ter :   i)   V - f   m o d d u r in g   th e   au to n o m o u s   o p er a tio n   to   s tab ilize  th e   m icr o g r id   v o ltag e   an d   f r eq u e n cy   an d   ii)  P - m o d d u r in g   t h g r id - co n n ec ted   o p er atio n .   T h latter   m o d ad ju s ts   th in jectio n   o f   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   f lo ws  in to   th m ain   g r id .   Mo s o f   th p o wer   in v er ter s   r eq u ir to   h av th ca p ab il ity   to   lim it  f au lt  cu r r en ts   to   av o id   th eir   u n d esira b le  d am ag an d   d ig ital  r elay s   ar e   an   ef f ec tiv p r o tectio n   s o l u tio n   f o r   t h DC /AC   in v er ter s   [ 1 2 ] [ 3 6 ] .   Fo r   p r o tectio n   f r o m   th e   f au lts   o f   p o wer   in v er ter s ,   th e   d ev ices,  lik e   f u s es,  no - f u s e   cir cu it  b r ea k e r s ,   an d   p r o tectiv r elay s   in   ad d itio n   t o   p o wer -   s em ico n d u ct o r   s witch es  ar u s ed   at   th e   AC   s id e.   Dif f er en t   ty p es  o f   p o wer   s em ico n d u cto r   s witch es  h av d if f er en t   ch ar ac ter is tics   a n d   r eq u ir e   d if f er en t   p r o tectio n   s ch em es.  T h I GB T   p r o tectio n   is   m u ch   f aster ,   o p er ate s   in   th o r d er   o f   µsec,   a n d   allo ws  o n ly   1 . 2   to   1 . 8   tim es  o f   r ated   cu r r e n t.  On   th co n tr ar y ,   SC R   s witc h es  ar m u c h   s lo wer   th a n   I GB T s .   DE SAT  ( d e - s atu r atio n )   p r o tectio n   f o r   id en tify in g   f a u lt  co n d itio n   an d   s h o r cir cu it  in   an   I GB T   is   u s e d   in   th p r o tectio n   o f   in v er ter s .   I GB T   will  b e   at  d e - s atu r atio n   co n d itio n   if   c o llecto r   to   em itter   v o ltag ex ce e d s   ab o v 5   to   8   v o lts   an d   th g ate  to   em itter   v o ltag is   h ig h .   I h as  b ee n   p o in ted   o u th at  d am ag t o   th s em ico n d u cto r   d ev ices  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   10 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 :   21 2     22 6   216   th co n v er ter   is   ar is in g   d u e   t o   h ea v y   d is ch ar g e   o f   d s id e   f ilter   ca p ac ito r   d u r in g   s h o r t   cir cu it  f au lts .   I is   s u g g ested   m o d u lated   lo f a u lt e n er g y   ( ML E )   p r o tectio n   s ch em f o r   DC   d is tr ib u tio n   s y s tem   [ 4 5 ]     As  an   ex ce p tio n ,   if   th in v er t er s   h av n o   ab ilit y   to   lim it  th f au lt  cu r r en ts ,   th e n   f u s es  an d   n o - f u s cir cu it  b r ea k er s   m u s h av e   th e   ca p ab ilit y   to   p r o tect  t h in v er ter s   ag ain s lin e - to - lin e   an d   th r ee - p h ase  f au lts   in   th u n - g r o u n d e d   L VAC  m icr o g r id .   Dif f er en t   o p e r atin g   p r i n cip les  o f   t h p r o tectiv r elay s ,   n o b ased   o n   h i g h   f au lt  cu r r e n t,  ar s elec ted   ag a in s d if f er en f au lts   an d   d if f er en g r o u n d in g   ty p es  o f   m icr o g r id s ,   s u ch   as  u n - g r o u n d ed ,   u n i - g r o u n d e d ,   an d   m u lti - g r o u n d e d .   Fau lt  cu r r en t s   av ailab le  ar v er y   less ,   o n ly   2 3   tim es  th f u ll  lo ad   cu r r en t   o r   ev en   less   d ep en d in g   o n   co n tr o m eth o d   o f   co n v er ter   [ 1 9 ] [ 45 ] ,   [ 4 6 ] .   T h er is   p r o p o s al  to   ad o p cu r r en t - lim it  m eth o d   o f   co n v er ter   co n tr o b y   r ed u ci n g   th v o lta g in   th f au lty   p h ase( s )   b u to   k ee p   th v o ltag o f   h ea lt h y   p h ases   u n alter ed .   I is   r ep o r te d   th at  f ly wh ee s y s tem   with   in v er ter - in ter f ac ed   DG  is   s u ited   to   s u p p ly   a   s ig n if ican t c u r r en t   [ 19 ] [ 29 ] ,   [ 30] .     2 . 2 .   P o int  o f   co mm o n c o up lin g   ( P CC)   T h m icr o g r i d   ju r is d ictio n   s tar ts   f r o m   s ep ar atio n   s witch   ( C B )   o f   PC C   to   d o wn war d ,   s ee   Fig u r 1 T h PC C   is ,   u s u ally ,   lo c ated   at  th p r im ar y   s id o f   u tili ty   tr an s f o r m er   an d   is   th p o in o f   in ter co n n ec tio n /s ep ar atio n   wi th   m ain   ( o r   u tili ty )   g r id   [ 4 7 ] ,   [ 4 8 ] .   I ac c o m m o d ates  ce n tr al  co n tr o ller ,   p r o tectiv r elay s /s en s in g   u n its ,   s y n ch r o n izin g   u n it  a n d   s e p ar atio n   s witch .   T h ce n tr al  co n tr o ller   c o n s is ts ,   m ain l y ,   o f   two   m o d u les - en er g y   m an ag em e n m o d u le  ( E M M)   an d   p r o tectio n   co o r d in atio n   m o d u le  ( PC M) ,   also ,   ca lled   it  as  ce n tr al  p r o tectio n   u n it  ( C PU)   [ 4 9 ] .   T h ce n tr al  co n tr o ller   p r o d u ce s   th in f o r m ativ d ata  s et  co n tain in g   t h n etwo r k   to p o lo g y   as we ll a s   lo ca tio n s   an d   id e n tifie r s   o f   p r o tectiv r elay s   [ 3 0 ] [ 3 9 ] .     T h DG - u tili ty   in ter c o n n ec tio n   f u n ctio n s   o f   PC ar t h r ee - f o ld s i)   d is co n n ec tio n   o f   D f r o m   th e   m ain   g r i d ,   if   r eq u ir ed ii)   p r o tectio n   o f   th m icr o g r id   d u to   f au lt  cu r r en t   s u p p lied   b y   DGs  wh en   t h f a u lt  a nd  tr an s ien t o v er v o ltag ar is en   at  th m ain   g r i d ; a n d   iii)  p r o tecti o n   o f   DG  f r o m   th d am ag e ,   ar is en   esp ec ially   d u to   au to m atic  r ec lo s in g   [ 5 0 ] - [ 5 3 ] .   T h s en s in g   u n its   o f   PC ar s ev er al   lik c u r r en t   s en s in g   u n it  ( C SU) ,   ze r o   cr o s s in g   d etec tio n   u n it ,   r elay   s ettin g s   u p d ater   f o r   ad a p tiv e   p r o tectio n   s y s tem ,   s en s o r   f o r   u n d er / o v er   ( U/O)   v o ltag e,   lo s s   o f   g r id   ( L OG )   p r o tectio n   s ch em es  [ 5 4 ] ,   [ 5 5 ] .   T h C SU  m ea s u r es  th n etwo r k   cu r r en ts   with   th p u r p o s o f   d etec tin g   ac tu al  f au lts   an d   tak es  m o r e   th an   s ev en   cy cles  to   a v o id   tr a n s ien s itu atio n   o f   DG   r ec o n n ec tio n   [ 4 ] [ 5 6 ] .   T h u n d er /o v er   f r eq u e n cy   o f   th e   PC C   cu r r en wav ef o r m   is   d eter m in ed   b y   ze r o   cr o s s in g   d etec tio n   u n it.  R ate  o f   ch an g o f   f r eq u e n cy   ( R OC O F)  r elay ,   with   1 . 0   Hz/sec  th r esh o ld ,   s en d s   tr ip   s ig n al  to   th PC C   cir cu it b r ea k er   ( C B )   [ 4 ] [ 8] .   Af ter   th f au lt  clea r an ce ,   au to m atic  s y n ch r o n izatio n   u n it  b e co m es  ac tiv f o r   r esto r atio n   o f   th m ain   g r id   r ec o n n ec tio n -   v o ltag e,   f r eq u en cy   an d   p h ase  an g le  o f   b o th   g r id s   m u s b m atch ed   with in   ac ce p tab le  lim its .   Pre f er ab ly ,   au to m atic  r e - s y n ch r o n izatio n   s ch em wo r k s   with   co m m u n icatio n   n etw o r k   [ 7 ] [ 19 ] [ 57 ] ,   [ 5 8 ] .   PC C   s ep ar atio n   s witch   is   h ig h - s p ee d   b r ea k er .   Hi g h   s p ee d   is   r eq u ir e d   to   m ai n tain   th m ic r o g r id   s tab ilit y   ag ain s f au lts   o n   th m ain   g r id   o r   with in   Mic r o g r id .   E s p ec ially ,   v o ltag e   s en s itiv D - DGs  m ay   en d an g e r   th Mic r o g r id   s tab ilit y .   “T r an s f er   tr ip ”  s ch em is   in co r p o r ate d   in   th is   b r ea k er   to   av o id   n u is an ce   s ep ar atio n   an d   p r o v id in g   f ast  tr ip p in g .   Fo r   h ig h   s p ee d   o p er at io n ,   a   s tatic  s wi tch   -   eith er   SC R   b as ed   o r   I GB T - b ased   is   u s ed   [ 1 9 ] [ 45 ] [ 57 ] - [ 63] .     2 . 3 .   T ra ns f o rm er s   m icr o g r id   h as  n u m b e r   o f   tr a n s f o r m er s   f o r   d if f er e n u s ag e u tili ty   tr a n s f o r m e r ,   is o latio n   tr an s f o r m er ,   an d   s m ar t   tr an s f o r m er .   T h ese  tr an s f o r m er s   ar th r ee   p h ase  o r   s in g le - p h ase   ty p es.  T h t y p e s   o f   win d in g   c o n n ec tio n s   o f   t h t h r ee   p h ase  tr an s f o r m er s   h av e   im p o r tan t   ef f ec o n   th p r o t ec tio n   ty p e.   T h ese   tr an s f o r m er s   ar r ev iewe d   in   th f o llo win g   s ec tio n s .     2 . 3 . 1 .   Ut ility   ( m a in)  t ra ns f o rm er /d is t ributio n t ra ns f o rm er   I is ,   u s u ally ,   lo ca ted   n ex to   P C C   at  th m icr o g r id   s id e,   s ee   Fig u r e   1 .   I is   MV /LV   tr an s f o r m er   f o r   L m icr o g r id .   R eg a r d in g   tr a n s f o r m er   c o n n ec tio n ,   th r ese ar ch er s   h av r e p o r te d   m an y   p o in ts .   Fo r   Y - g /Y - tr an s f o r m er   co n n ec tio n ,   th er is   f lo o f   ze r o   s eq u en ce   cu r r en in   th lin e.   I f   ∆/Y - g   c o n n ec tio n ,   with   d elta   o n   th DG - s id e,   is   u s ed   th en   f lo o f   ze r o   s eq u e n ce   cu r r e n in   th lin will  b s to p p ed   an d   SEM I   F4 7   v o ltag e   s tan d ar d   will  b e   m ain tain ed .   T h latter   co n n ec tio n   ac ts   as  s elf - g r o u n d   s o u r ce ,   b u t   n o t   th f o r m er .   ∆/Y - g   co n n ec tio n   is   claim ed   m o s e f f ec tiv f o r   s in g le - lin e - to - g r o u n d   f a u lts   o n   th d elta  s id a n d   lo ad s   co n n ec ted   lin e - to - n eu tr al  o n   th wy s id [ 7 ] ,   [ 30 ] ,   [ 53 ] ,   [ 60 ] ,   [ 6 4 ] .   R esear ch er s ,   also ,   r ep o r ted   w h en   f au lt  o cc u r s   o n   th e   MV   s id o f   th e   tr an s f o r m er ,   t h m icr o g r id   is   is lan d ed   f r o m   th PC C ,   an d   s till   f au lt  cu r r en is   f ed   b y   th e   DGs.  I is   s u g g ested   th at   r elay s   at   t h L s id s h o u ld   is o late  DGs  f r o m   th MV   s y s tem ,   b u t   co n tin u to   s u p p l y   th e   lo ca l lo ad s   [ 7 ] [ 6 5 ] .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       R ev iew   o f p r o tectio n   a s p ec ts   o f m icro g r id   d ev ices   ( A s h o ke   K u ma r   B a s u )   217   2 . 3 . 2 .   I s o la t io n t ra ns f o rm er s   An   I s o latio n   t r an s f o r m e r   is   in te r p o s ed   b etwe en   DG - s o u r ce   b r an ch es  a n d   c o m m o n   AC   b u s es  in   th AC   m icr o g r id   ( “I s o - T r ”  in   Fig u r e   1 ) .   I elim in ates  d c - cu r r e n t   co m p o n en ts   g en er ated   b y   in v er ter .   I is ,   m ain ly ,   s tep - u p   tr an s f o r m er   with   DE R   s id at  lo wer   v o ltag [ 1 2 ] [ 3 6 ] .   B ac k - f e ed   o f   o v er v o ltag e,   r ela y   co o r d in atio n ,   u n b alan ce d   f ee d er   lo ad s ,   g r o u n d in g   r elay in g   f o r   f ee d er s ,   to   n a m f ew,   ar th d ec id in g   f ac t o r s   f o r   th is   tr an s f o r m er   c o n n ec tio n .   L ik u tili ty   tr an s f o r m e r   if   t h is   tr an s f o r m er   is   co n n ec ted   i n   ∆/∆   o r   ∆/Y - g   with   DE R   s id d elta,   th en   tr an s f o r m er   ac ts   as  g r o u n d   s o u r ce   an d   n o   ze r o   s eq u en ce   cu r r en t   f lo ws  th r o u g h   t h f ee d er .   T h is   tr an s f o r m er   is ,   a ls o ,   u s ed   to   m ak d if f er e n c o n f ig u r atio n   o f   AC   m icr o g r id s ,   lik 3 - p h ase  an d     4 - wir e,   3 - p h ase  an d   3 - wir e,   1 - p h ase  an d   2 - wir e,   o r   1 - p h ase  a n d   3 - wir e   [7 ] [ 6 0 ] .     2 . 3 . 3 .   Sm a rt   o s o lid - s t a t e   t ra ns f o r m er s   ( SS T )   SS T s   ar th r ee - p o r p o wer   ele ctr o n ic  ex ch a n g er   h a v in g   th r e e - lay er   co n v er s io n s :   HV DC   li n k ,   L VDC   lin k   an d   AC   lin k ,   s ee   Fig u r e   2 .   I ac ts   a s   s o lid - s tate   p lu g - an d - p lay   in ter f ac e.   T h Ma s s ac h u s etts   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   ( MI T )   h as  s elec ted   it  as  o n o f   th b est  tech n o lo g ies  o f   2 0 1 0   [ 6 4 ] .   FR E E DM   m icr o g r id   is   a   lo o p ed   o n e ,   h av in g   r e n ewa b le  DGs,  E Ses ,   p o wer   elec tr o n ic  d e v ices,  an d   l o ad s   o f   b o th   i n d u s tr ial  a n d   r esid en tial  ty p es.   I n   FR E E DM   n etwo r k ,   th er e   is   p r o b lem s   o f   b i - d ir ec tio n al  p o wer   f lo w,   u n b alan cin g   d u to   s in g le  p h ase  DGs  as  well  as  l o ad s ,   an d   r en ewa b le  DGs  with   DC   o u tp u t.  Du t o   th ese  p r o b lem s ,   th er ar is es  h ar m o n ics,  s atu r atio n   o f   tr a n s f o r m er ,   p o o r   p o wer   f ac to r ,   to   n am a   f ew.   SS T s   tak ca r o f   th ese  p r o b le m s ,   r ep lacin g   tr a d itio n al  tr an s f o r m er s .   SS T s   ca n   p lay   a   cr u cial   r o le  in   m icr o g r id   p r o tectio n   d u r in g   o v e r lo ad s   an d   d is to r tio n s .   I ts   ca p ab ilit y   an d   d esig n   h elp   m in im izin g   cir c u it  an d   co m m u n icatio n   f o r   s u cc ess f u p r o tectio n   s tr ateg y   [ 4 ] [ 66 ] ,   [ 67] .           Fig u r 2 .   R ep r esen tatio n   o f   s o lid - s tate   tr an s f o r m er s   ( SS T )       2 . 4 .   F ee ders/ bra nc hes   a nd   t o po lo g y   m icr o g r id   h as  n u m b e r   o f   f ee d er s   a n d   th ese  f ee d er s   ar e   d iv id e d   in to   v a r io u s   zo n es  to   f ac ilit ate  p r o tectio n   o f   th m icr o g r id   f o r   b o th   g r i d - co n n ec ted   a n d   au to n o m o u s   m o d es  [ 1 9 ] .   Fo r   z o n i n g   o f   th ese  f ee d er s ,   it  is   k ep in   m in d   th at  th er e   is   an   ap p r o p r iate  b alan ce   b etwe en   DGs  an d   lo ad s   in   ea ch   z o n e.   On   au to n o m o u s   m o d e,   to tal  DG  ca p ac ity   o f   an y   zo n is   to   b k ep s li g h tly   h ig h er   th an   lo ad - r ea s o n   is   to   m ee m ax im u m   lo ad   o f   th zo n an d   to   is o late  th m in im u m   s ec tio n   o f   th r a d ial  f ee d er   to   elim in ate  th f au lt.   I n   ea ch   zo n e ,   th er e   m u s b at   least  o n e   lar g est  D ca p ac ity   to   ad ju s l o ad   f r eq u en cy .   E ac h   zo n e   n ee d s   f ast  o p er atin g   s witch es,  s u b - s tatio n   b r ea k er ,   s y n c h r o n izatio n - ch ec k   r elay s ,   an d   co m m u n icatio n   f ac ilit y   [ 1 9 ] [ 4 8 ] .   T h r esear ch er s   r ep o r ted   th at  im p e d an ce   o f   a   f ee d er ,   as  m ea s u r ed ,   v ar ies  s ig n if ican tly   u n d er   d if f er e n co n d itio n s ,   s u c h   as   n o r m al  o p er atio n   an d   f au l ty   co n d itio n s .   T h is   m ea s u r ed   v a lu is ,   also ,   d if f er en u n d e r   in ter n al  f au lts ,   an d   ex ter n al  f au lts .   I n   th r esear ch   wo r k s ,   two   ty p es  o f   f ee d er   h av b ee n   a d d r ess ed - s in g l e - en d   f ee d i n g   an d   d o u b le - e n d .   I is   r ep o r te d   th at   m ea s u r em en o f   im p e d an ce   f o r   s in g le - e n d   f ee d er   is   r ath er   s im p le  co m p ar ed   to   d o u b le - en d   f ee d er s .   I n   th f o r m er   ( s in g le - en d )   f ee d er ,   th f au lt  r esis tan ce   ad d ed   with   th r ea p ar o f   th e   im p ed an ce ,   b u t   f o r   later   ( i.e . ,   d o u b le - e n d   f ee d er )   th co m p licac y   in   t h m ea s u r e m en o f   im p ed a n ce   ar is es  du to   ty p o f   in ter n al  f a u lts   an d   its   r elatio n s h ip   with   f au lt  ty p e,   f au lt  cu r r en t,  an d   f au lt  r esis tan ce .   W h er ea s   f o r   s o lid   f au lt,  th m ea s u r ed   im p ed an ce   co n tain s   o n l y   lin r esis tan ce   an d   r ea ctan ce .   I is ,   al s o ,   r ep o r ted   if   th f au lt  r esis tan ce   in cr ea s es,  th en   th m ea s u r ed   im p ed a n ce   o f   th f ee d er   will  r is u p   to   cr itical  p o in an d   th er ea f ter   d ec ay   [ 6 8 ] .   As  th im p ed an ce   o f   th f ee d er s   is   lo o n   ac tiv d is tr ib u ted   n etwo r k s   ( ADNs) ,   it  i s   n o ea s y   to   esti m ate  th f au lt  d ir ec tio n   u n d e r   th r ee - p h ase  f au lts .   Als o ,   f o r   u n - g r o u n d   m icr o g r i d ,   th er is   s h if o f   n eu tr al  p o i n t a s   th f au lt c u r r e n t in   th f ee d er   co n tain s   DC   o f f s et  [ 6 8 ] ,   [ 6 9 ] .     2 . 4 . 1 .   DG - s o urce   bra nches   T h ca b le   h as  g r ea ter   im p ed a n ce   th a n   th e   o v er h ea d   lin e.   W h en   DG   is   co n n ec ted   with   o v er h ea d   lin e   f ee d er ,   i af f ec ts   m o s th g r id   co n tr ib u tio n   to   th f au lt  cu r r e n [ 7 0 ] .   DGs  ar o f   v a r io u s   ty p es  s u ch   as  C - DG   an d   D - DG.   Fau lts   in   th m icr o g r id   f ee d e r   ar o f   d if f er e n t ty p es - SLG  ( s in g le  lin to   g r o u n d ) ,   lin e - to - lin ( L L ) .   Fau lt  cu r r en in   v ar io u s   s ec tio n s   o f   th f ee d er s   d ep en d s   o n   b o th   DG  an d   f au lt  ty p es.  As  p er   th r esear ch er s ,   f ee d er   p r o tectio n s   u tili ze   s eq u en ce   c u r r en t   an d   v o ltag c o m p o n e n ts   ( i.e .   p o s itiv e,   n eg at iv an d   ze r o ) ,   to tal  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   10 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 :   21 2     22 6   218   h ar m o n ic  d is to r tio n   lev els o f   p h ase  cu r r en ts   an d   v o ltag es.  N eg ativ s eq u en ce   cu r r e n t a n d   v o ltag co m p o n en ts   an d   T HD  lev els  o f   cu r r en an d   v o ltag o f   f a u lted   p h ase  ar r ep o r ted   s ig n if ican in cr ea s af ter   th f au lt  in ce p tio n   tim o f   5 0 th   s ec o n d .   I f   s h o r t - cir c u it  cu r r en ts   is   co n s id er ed   f o r   f ee d er   p r o tectio n s ,   th er ar is s er io u s   p r o b le m s   lik e   r is in g   o f   u n d etec ted   f au lts ,   n o n - c o o r d in ated   tr ip p in g ,   r ed u ctio n   o f   r ea ch   o f   r elay ,   f ailu r e   o f   f u s s av in g .   C - DG  s o u r ce   b r a n ch e s   ( e. g . ,   th b atter y - e n er g y   s to r ag an d   m ic r o - tu r b in e   s o u r c b r an c h es)  in   th e   m icr o g r id   co n tain s   p o wer   in v er ter s .   T h ese  p o wer   in v e r ter s   lim it  th f a u lt  cu r r en ts   in t o   th f au lted   PV - s o u r ce   lo ca ted   at  th o th e r   b r a n ch   [ 8 ] [ 12 ] [ 3 6 ] .       2 . 4 . 2 .   L o a d bra nches   Mic r o g r id   l o ad s   ar e   o f   d if f e r e n ty p es,  s u ch   as  s tatic  an d   d y n am ic  lo a d s .   L o a d s   ac u n d e r   d if f e r en co n d itio n s   o f   s tar tin g ,   a n d   h av d if f e r en ca p ac ities ,   an d   p o wer   f ac to r s .   T o   tack le  al th ese  s itu atio n s ,   d if f er en r ela y   ch ar ac ter is tics ,   s u ch   as  o v er cu r r en r elay ,   u n d er - v o lta g r elay ,   n eg ativ s e q u en ce - b ased   r elay ,   an d   T HD   b ased   r elay   ar s el ec ted .   T h ese  r elay   ch ar ac ter is tics   ar ch o s en   to   o b tain   th h ig h   co - o r d in atio n ,   d is cr im in atio n ,   r eliab ilit y   an d   f ast  o p er atio n   o f   th p r o tectio n   s y s tem .   Fo r   lo ad   b r an ch es  h ig h - s p ee d   f u s es  ar ef f ec tiv ely   u s ed   in   co - o r d in atio n   with   o v er - c u r r en t   r elay .   Fe ed er ,   wh er e f r o m   lo ad   b r a n ch   is   b r o u g h o u t ,   s ee   Fig u r e.   3 ,   h as  lim ited   c u r r e n ca r r y in g   ca p ac ity .   L o ad   s witch es  ar u s ed   an d   h av e   lim ited   ca r r y in g   ca p a city ,   co m p ar ed   to   b r ea k er   a n d   r ec l o s er   [ 1 2 ] [ 3 6 ] .     2 . 4 . 3 .   T runk   f ee ders   T r u n k   f ee d er   is   th m ain   lin ( Fig u r 3 ) .   L o ad   b r an c h   is   n o allo wed   to   co n n ec all  t h r o u g h   th e   len g th   o f   AC   tr u n k   lin e.   T h er e   ar v ar io u s   ty p es  o f   f au lts   o cc u r r ed   in   th AC   tr u n k   lin e,   w h ich   ar e   s in g le - lin e   to   g r o u n d   ( SLG)   f au lts ,   d o u b le - lin to   g r o u n d   ( L L G)   f au lt s ,   an d   lin e - to - lin e   ( L L ) .   Fo r   th f ir s two   g r o u n d   f au lts   at  th g r id - co n n ec ted   m o d o f   u n i - g r o u n d ed   m icr o g r id ,   f au lt  cu r r e n f lo ws  f r o m   f au lted   lo ca tio n   b ac k   to   th g r o u n d ed   n eu tr al  o f   th e   d is tr ib u tio n   tr an s f o r m er .   T h is   f au lt  cu r r en m a g n itu d v a r ie s   with   th ty p o f   DGs    m o r f o r   th D - DGs  th an   C - DGs.  Ag ain ,   f o r   lo im p ed an ce   L L   f a u lts ,   f au lt  cu r r e n is   h ig h   en o u g h   t o   o p er ate  o v er - c u r r en t   r elay .   T h r esear ch er s   r e p o r ted   th at  th e r ar s ig n if ica n n eg ativ e   s eq u en ce   cu r r en a n d   v o ltag c o m p o n en ts   an d   T HD   o f   p h ase  v o ltag a n d   cu r r e n t h elp in g   p r o tectio n   s o lu tio n s   f o r   b o t h   u n - g r o u n d ed   an d   u n i - g r o u n d e d   m icr o g r id s .   T h T HD  v alu at  th f au lted   p h ase  is   co m p ar ativ ely   m o r th an   th h ea lth y   p h ases   an d   h elp s   d etec th e   f a u lts .   Fo r   n eg ativ s eq u e n ce   p r o tectio n ,   ca r ef u ev alu atio n   o f   its   th r esh o ld   v alu e   is   im p o r tan t to   av o id   m a l - o p er atio n   u n d er   u n b alan ce d   lo ad   c o n d itio n s   [ 1 2 ] [ 3 6 ] .     2 . 4 . 4 .   T o po lo g y   T o p o lo g y   is   o n o f   t h m o s im p o r tan f ac to r s   o n   wh ich   p r o tectio n   s tr ateg ies  in   m icr o g r i d   d ep en d s .   I af f ec ts   b o th   t h f au lt  c u r r e n d ir ec tio n   a n d   m a g n itu d e .   T h s tr u ctu r o f   m icr o g r i d   is   o f   d if f er en t y p es - r ad ial,   lo o p ed ,   m esh ed   o r   m ix ed .   T h e   s tr u ctu r e   is   also   an   im p o r tan t p ar t o f   to p o lo g y .   Fau lt  cu r r e n at  d if f er en t   to p o lo g ies  v a r ies  an d   s am t o p o lo g y ,   s ay   l o o p   s tr u ct u r e,   h as  d if f er en c u r r e n in   d i f f e r en p ath s   an d   th e   p r o tectiv d e v ice s   o n   th o s p ath s   s en s d if f er en cu r r en ts   [ 4 ] [ 7 1 ] .   T h er ar e   s ev er al  r ea s o n s   f o r   ch a n g o f   m icr o g r id   to p o lo g y   d u to   v a r io u s   co n tr o ac tio n s ,   n am ely ,   s h ed d in g   o f   lo ad s   d u r in g   p ea k - h o u r s   o r   ad d itio n   o f   DG  f o r   en e r g y   ex p o r to   u tili ty   f o r   o p tim u m   an d   ec o n o m i ca o p er atio n   o f   Mic r o g r id   [ 1 9 ] .   T h m o s cr u cial   ch allen g in   m icr o g r i d   p r o tec tio n   is   th u n ce r tain ty   in   m icr o g r id   to p o lo g y   [ 4 ] .   Mo s p r esen ted   m eth o d s   ca n   n o co v er   all   o p e r atio n al  to p o l o g ies  o f   m icr o g r id .   T h er e   is   a   co n ce p o f   m u lti - m ic r o g r i d s   wh ich   c o n s is ts   o f   n u m b er   o f   DGs  an d   L m icr o g r id s   th at  ar e   co n n ec ted   t o   th e   MV   d is tr ib u tio n   s u p p ly .   B o th   r ad ial  an d   lo o p ed   m icr o g r id s   m u s h av t h ca p ab ilit y   o f   p r o tectio n   ag ain s d i f f er en ty p es  o f   f au lts   in   ad d itio n   to   s in g le - p h ase   tr ip p in g .   DC   m icr o g r id   is   co m p r is ed   o f   DC   lo ad s ,   e n er g y   s to r ag elem en ts ,   an d   DG   h av in g   DC   o u tp u t   v o ltag [ 4 ] .   Prim ar y   p r o tectio n   s ch em es  o f   r ad ial  L V   DC   m icr o g r id   en co m p ass   co n v er ter ,   b atter y ,   an d   f ee d er   ag ain s t p o le - to - p o le  an d   p o le - to - g r o u n d   f au lts   [ 2 ] [ 7 2 ] .     2 . 5 .   Switc hes - circ u it   b re a k er s ,   re clo s er s ,   s ec t io na lis er s   a n d   f u s es   Switch es,  wh ich   ar co m m er cially   av ailab le  f o r   p r o tectio n   o f   b o th   DC   an d   AC   m icr o g r id s ,   ar e,   m ain ly ,   m o ld ed - ca s cir c u it  b r ea k er s   ( MCC B ) ,   lo w - v o lta g C B s ,   an d   is o lated - ca s C B s   [ 2 ] [ 4 ] [ 7 3 ] .   Gen er ally ,   AC   b r ea k er s   ar m u ch   ch ea p e r   th an   d b r ea k e r s .   AC   b r ea k er s   d ep en d   o n   th n atu r al  ze r o   o f   AC   cu r r en t.  C ir cu it  b r ea k er   is   u s ed   as  s ep ar atio n   d ev ice  at  PC C   ( s ec tio n   2 . 2 ) .   Pr o ce d u r es  f o r   s elec tio n   o f   r atin g   o f   AC   an d   DC   s witch es  ar n o s am -   d u t o   h i g h er   tim co n s tan DC   m icr o r id s   n ee d   f ast  ac tin g   p o wer   elec tr o n ic  s witch es,  s u ch   as  G T Os,  I GB T s ,   an d   in s u lated - g a te  co m m u tated   th y r is to r s   ( I GC T s ) ,   wh ich   p r ev en t   m eltd o wn   o f   f u s i.e . ,   in cr ea s f u s e - s av in g   [ 4 ] ,   [ 7 4 ] .   Su c h   d e v ices  h av e   d if f e r en c h ar ac ter is tics ,   b u th e   s o lid - s tate  C B s   n ee d s   to   b b i d ir ec tio n al  to   allo p o wer   f lo in   eith er   d ir ec tio n   [ 7 5 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       R ev iew   o f p r o tectio n   a s p ec ts   o f m icro g r id   d ev ices   ( A s h o ke   K u ma r   B a s u )   219       Fig u r 3 .   Mic r o g r id   l a y o u t -   R : r ec lo s er s ,   S:  s ec tio n alize r s ,   F:   f u s e,   T t r an s f o r m er       T h p r o tectio n   s y s tem   p r e d o m in an tly   u s es  r ec lo s er s ,   f u s es,  r elay s ,   s ec tio n alis er s ,   s ee   Fig u r e   3 I m p o r ta n ce   o f   r ec lo s er s   ar is e s   as  8 0 o f   f au lts   in   d is tr ib u tio n   s y s tem   ar e   tem p o r ar y   [ 7 6 ] .   C o o r d i n atio n   am o n g   th ese  d e v ices  is   v er y   im p o r tan f o r   p r o tectio n .   R ec lo s er s   ar p lace d   o n   m ain   f ee d er   an d   ac t   in   co o r d i n atio n   with   f u s o n   late r als  [ 1 1 ] .   T h e   m icr o p r o ce s s o r - b ased   r ec lo s er s   h a v d ir ec tio n al  p r o p e r ty   a n d   ca n   s u p p o r t   in   c o o r d in atio n .   Sy n c h r o n izin g   p r o b lem   is   s o lv e d   b y   d is co n n ec tin g   all  d o wn s tr ea m   DGs.   Pro b lem s   in   co o r d in atio n ,   also ,   ar is d u e   to   h ig h   p e n etr at io n   o f   DG s .   C ir cu it  b r ea k er s ,   in cl u d in g   r ec lo s er s ,   n ee d   in co r p o r atio n   o f   ch ec k - s y n ch r o n izin g   f u n ctio n   to   p er f o r m   it s   clo s in g .   As  p er   Au s tr alian   S tan d ar d   4 7 7 7 . 3   an d   I E E E   Stan d ar d   1 5 4 7 ,   th m ax i m u m   allo wab le  tim f o r   o p er a tio n   o f   DG’ s   p ass iv an ti - is lan d in g   p r o tectio n   is ,   u s u ally ,   two   s ec o n d s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   W h er ea s   r ec lo s er s   r e m ain   o p en   i n   th r an g e   o f   h u n d r e d s   o f   m illi s ec o n d s   u p   to   s ec o n d s .   Sy s tem atic  is lan d i n g   o f   m icr o g r id   is   n ec ess ar ily   to   b d o n af ter   s h u ttin g - o f f   o f   all  DG  u n its   an d   it  is   en s u r ed   b y   an ti - i s lan d in g   p r o tectio n .   R ec lo s in g   o f   r ec lo s er s   is   s u g g ested   at  th tim o f   o u t - of - s er v ice  o f   all  DG  u n its   an d   th is   wil eli m in ate  all  p o s s ib ilit ies   o f   d am ag es  d u to   u n s y n ch r o n ized   clo s in g   o f   r ec lo s er s .   Hen ce   it  is   d esira b le  to   s elec r ec lo s er   tim with   co n s i d er ati o n   o f   DG  u n it' s   an ti - is lan d in g   p r o tectio n .   Un lik e   r ec lo s er s ,   s ec tio n alize r s   co u ld   n o ex tin g u is h   th f a u lt  cu r r e n t,  wh ich   is   ass o ciate d   with   its   zo n o f   p r o tectio n .   Sectio n alis er s   wo r k   in   co o r d in atio n   with   r ec lo s er s .   Sectio n alize r s   will   o p en   af ter   o p en in g   o f   n u m b er   o f   id en tifie d   r ec lo s er s   an d   an   u p s tr ea m   cir cu it b r ea k er   ex tin ct  t h f au lt c u r r en t [ 3 0 ] .     2 . 6 .   Co m m un ica t io dev ices   T h er ar two   co n c ep ts   o f   co m m u n icatio n   ar c h itectu r es - ce n tr alize d   an d   d e - ce n tr alize d .   I n   th ce n tr al  co m m u n icatio n   s y s tem   if   co m p u ter   f ails ,   th p r o tectio n   f o r   th en tire   d is tr ib u tio n   s y s tem   will  b d is ab le,   b u t   th d e - ce n tr alize d   s y s tem   h as  an   ed g o v e r   it - with   th f ailu r o f   o n n o d e,   p o r tio n   lo ca liz ed   th n o d o f   th d is tr ib u ted   n etwo r k   will  b e   a f f ec ted .   T h e   ce n tr alize d   s ch e m n ee d s   m o r e   co m m u n icati o n   lin k s   an d   h e n ce   co s ts   m o r e.   T h e   f u lly   d e - ce n t r alize d   s y s tem   h as   th d r awb a ck s   th at  it  h an d les   lo ca in f o r m atio n ,   n o ac ts   o n   s y s tem - wid co - o r d i n atio n .   T h m icr o g r id   s p an s ,   u s u ally ,   a   s m all   ar ea   an d   th c o m m u n i ca tio n   s y s tem s   ar e,   g en er ally ,   u s ed   eith er   o f   p il o wir es,  o p tical  f i b er s   o r   t h e th er n et.   co m m u n icati o n - b ased   p r o tectio n   s ch em es  r eq u ir es   ce n tr al  co n tr o l   u n it,   m ea s u r em e n d ev ices  an d   cir cu it   b r ea k e r s - all  ar lin k ed   v ia   co m m u n icat io n   n etwo r k s   ( s h o wn   in   Fig u r e . 1 ) .   Mic r o p r o c ess o r   r elay   f o r   MV   m ic r o g r i d s   in ter co n n ec ts   a   m icr o g r id   ce n tr al   p r o tectio n   u n it  ( C PU)   an d   th e   in d iv i d u a r elay s   at  ea c h   s u b s ec tio n   v i co m m u n icatio n   n etwo r k .   An   o p tical  e th er n et   co m m u n icatio n   n etwo r k   is   p r o p o s ed   b y   r esear ch er s   in   r ad ial  g r id - c o n n ec ted   m icr o g r id   t o   in teg r ate  p r o te ctio n   an d   c o n tr o ( I PC )   u n it  to   th m ea s u r em e n d ev ices,  c ir cu it  b r ea k er s   an d   co n tr o u n its   at  ea ch   b u s   [ 3 9 ] [ 72 ] [ 78 ] ,   [ 7 9 ] .   W ir eless   m o b ile  b r o a d b an d   is   p r o p o s ed   i n   wo r k s   [ 7 2 ] [ 8 0 ]   wh er th is   co m m u n icatio n   s y s tem   is   u s ed   to   co n n ec I E Ds   an d   ci r cu it  b r e ak er s   at  ea c h   b u s   to   th e   co n tr o ce n tr e.   I E Ds  ar e,   also ,   p r o p o s ed   to   d etec an d   lo ca te  f au lt  in   th d is tr ib u tio n   n etwo r k   a n d   to   f ac ilit ate  th d ata  co m m u n icatio n s   to   ce n tr al  co m p u t er .   Alg o r ith m   is   to   b f r a m ed   to   i d en tify   t h e   ap p r o p r iate  cir cu it   b r ea k er s   to   tr ip   an d   clea r   th f au lt.   Alg o r ith m   d e p en d s   o n   th cu r r e n t,  v o ltag a n d   d ir ec tio n al  s ig n als  r ec eiv e d   f r o m   r em o te  I E Ds  to   g en e r ate  tr ip   o r   b lo c k   s ig n als  th at  ar e   s en b ac k   to   t h I E Ds  v ia  t h e   f au lted   p ath   [ 1 1 ] [ 26 ] [ 81 ] ,   [ 8 2 ] .     T h ce n tr al  co m p u ter   is   p ar o f   ce n tr al  p r o tectio n   u n it  ( C PU) ,   wh ich   is   ag ain   p ar o f   MG C C   lo ca ted   at  PC C .   C en tr al  co m p u ter   wo r k s   as :   i)   r e ce iv in g   o f   in f o r m atio n   a b o u th e   n etwo r k   to p o lo g y /co n f i g u r atio n   an d   D s tatu s   ( wh eth er   c o n n ec tio n s   o r   d is co n n ec tio n s ) ,   ii)  ac co r d in g ly ,   th s ettin g s   o f   th p r o tect io n   d e v ices  b ein g   ad ju s ted ,   an d   iii)  last ly   m ain tain   co o r d in atio n   b etwe en   th d ev ices  [ 1 1 ] [ 82 ] ,   [ 8 6 ] .   T h ce n tr alize d   s ch em e   is   im p lem en ted   with   s er ial/b u s   co m m u n icatio n   an d   u s p o wer - lin ca r r ier   o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   10 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 :   21 2     22 6   220   E th er n et  n etwo r k .   T h co m m u n icatio n   p r o to co ls   u s ed   ar Mo d b u s ,   DNP3 ,   I E C   6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 /1 0 4 ,   an d   I E C   6 1 8 5 0 .   On   th o th er   h a n d ,   d e ce n tr alize d   co n tr o r elies  o n   i n f o r m atio n   ex ch an g b etwe en   I E Ds  an d   u s I E C   6 1 8 5 0   p r o t o co ls   f o r   d ec en tr alize d   co m m u n icatio n .   T h alg o r ith m   r eq u ir es  to   s u it  r ea l - tim two - way   co m m u n icatio n   an d   d e f en d s   cy b er   attac k s .   T h alg o r ith m   is   b ased   o n   co m m u n icatio n   in f r astru ctu r an d   esti m atio n .   T h r esear ch er s   h av ad d r ess ed   lo s s - of - m ai n s   d etec tio n ,   d if f er e n tial  p r o tec tio n   u s in g   s y s tem s   with   co m m u n icatio n   n etwo r k s .   T h r esear ch er s   h av ta k en   c h allen g o f   lo s s - of - m ain s   d ete ctio n   u s in g   p h aso r   m ea s u r em en u n its   ( PMUs)  a n d   g lo b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( GPS)  an d   d if f er en tial  p r o tecti o n   with   I E Ds  u s i ng  class if ier   as s is ted   b y   co m m u n icatio n   n etwo r k s   b ased   o n   t h I E C   6 1 8 5 0   s er v ice  tr ac k in g   m ec h an is m   [ 1 1 ] [ 19 ] [ 39 ] [ 87 ] - [ 9 4 ] .       2 . 7 .   O t her  Dev ices   2 . 7 . 1 .   F a ult  curr ent   lim it er s   ( F CL s )   FC L   is   p lace d   n ea r   th PC C ,   s ee   Fig u r e   1 .   FC L   lim its   th f au lt  cu r r en t ( s h o r t - cir c u it)  lev el   -   wh eth er   f au lt  cu r r en t f r o m   th e   m ain   g r i d   to   th m icr o g r id   o r   b y   th D Gs  ( s y n ch r o n o u s - b ased   d is tr ib u ted   g e n er ato r s )   in   th m icr o g r id   to war d s   th m ain   g r id .   Ad v an ta g es  o f   th FC L s   co u ld ,   n am ely ,   b f o llo wed   to n o   DG   d is co n n ec tio n ,   n o   u p - g r ad at io n   o f   r elay   s ettin g s ,   n o   u p - g r ad atio n   o f   d ev ices  f o r   h an d lin g   h ig h   cu r r en ts B u im p ed an ce   o f   FC L   in cr ea s es  wi th   in cr ea s in   in d iv id u al  DG  ca p ac ity   h en ce   its   co s in cr ea s es.  Mo r eo v er ,   tr an s ien r esp o n s o f   FC L   is   an o th er   co n ce r n   [ 1 8 ] .   T h er a r th r ee   ty p es  o f   FC L ,   n am el y ,   s u p er   co n d u ctin g   FC L ,   s o lid   s tate  FC L ,   elec tr o m ag n etic  FC L   [ 4 ] [ 36 ] [ 39 ] [ 9 5 ] .   I m p ac o f   DG,   if   n eg ativ e,   is   to   b e   m in im ized   b y   p lacin g   FC L ,   s ee   Fig u r e   1   o n   th DG  b r an ch   an d   o v er   cu r r e n r elay s   o p er a tes  at  s ig n if ican tly   r ed u ce d   tim [ 4 ] ,   [ 96 ] ,   [ 9 7 ] .   FC L   b ec o m es  p ar o f   C en tr al  Pro tectio n   Un it  ( C PU)   an d   a   co m m u n icatio n   s y s tem   -   to   m o n ito r   th s tatu s   o f   m icr o g r id ,   to   p r ed ict  f a u lt  co n d itio n s ,   to   p r o g r am   th p r o tectio n   s y s tem   an d   u p d ate  tr i p   v alu o f   r elay s   [ 4 ] [ 39 ] ,   [ 4 0 ] .   C - DG  u s es  th e   p r o tectio n   s ch em with   an   F C L   to   en s u r f au lt  d etec tio n   with o u s u r p ass in g   cu r r en t   r atin g s   [ 3 0 ] [ 4 7 ] .   T h y r is to r - co n tr o lled   s er ies  ca p a cito r   ( T C SC )   ty p FC L   is   co n n ec ted   in   s er ies  wi th   DG  u n it  f o r   o n ly   g r id - co n n ec ted   m o d to   lim it  DG  s h ar in g   o f   f a u lt  cu r r e n   [ 9 8 ] - [ 1 0 0 ] .   T h tie  f ee d er   c o n n ec ts   u p s tr ea m   an d   d o wn s tr ea m   n etwo r k s - th er is   lo s s   o f   co o r d in atio n   b etwe en   th e   u p s tr ea m   an d   d o wn s tr ea m   p r o tectiv e   r elay s .   T o   o v er c o m th is   p r o b le m ,   co n v en tio n al  b i - d ir ec tio n al  FC L s   is   r ep lace d   b y   u n id ir ec tio n al  f au lt c u r r en t li m iter   ( UFC L )   [ 1 0 1 ] [ 1 0 2 ] .       2 . 7 . 2 .   G ro un din g   I n   th d is tr ib u tio n   n etwo r k ,   9 8 f au lts   ar g r o u n d   f au lts .   Op er atin g   p r i n cip le  o f   f au lt  p r o tectio n   s y s tem s   o f   m icr o g r id   is   d ep e n d en o n   its   g r o u n d in g   co n f ig u r atio n s :   m u lti - g r o u n d in g ,   u n i - g r o u n d in g   an d   u n - g r o u n d in g   [ 3 6 ] .   T h o u tco m e   o f   th r esear ch   in f o r m e d   th at   T N - s y s tem   o f   g r o u n d in g   s o lv th p r o b lem   o f   d etec tio n   o f   f a u lt  cu r r e n in   is lan d in g   m o d with   C - DG  r eso u r ce s .   W h er ea s   with   T T   an d   I T   s y s tem s ,   p r o tectiv r elay s   co u ld   n o d is tin g u is h   b etwe en   f au lt  c u r r en a n d   l o ad   c u r r e n o f   t h m icr o g r id .   T o   co m p r o m is b etwe en   th o v er - v o ltag lim it  an d   th r ea s o n ab le  f au lt - cu r r en t,  p r o p er   g r o u n d in g   im p ed a n ce   will b s elec ted   [ 2 ] [ 4 ] [ 103 ] [ 1 0 4 ] .     DC   m icr o g r id   is   in f lu en ce d   b y   g r o u n d in g   s ch em e ,   b o th   th tr an s ien s h o r cir cu it  c u r r en an d   o v er v o ltag o f   th DC   m icr o g r id   ar h i g h ly   af f ec ted .   Fau l d etec tio n   an d   p r o tectio n   ca p ab ilit ies  ar b ad ly   ch an g ed .   s in g le  p o le  g r o u n d   f au lt  in   an   u n g r o u n d ed   ( f lo a tin g )   DC   m icr o g r id   p r o d u ce s   lo g r o u n d   cu r r en t   an d   it   is   v er y   d if f icu lt  t o   d etec an d   lo ca te   b y   d if f e r en t   d etec to r s   [ 2 ] ,   [ 1 0 4 ] - [ 1 0 6 ] .   Ag ai n ,   r esis tan ce   g r o u n d ed   s y s tem   p r o d u ce s   s m all  c u r r e n an d   r e d u ce d   v o ltag e   tr an s ie n d u r in g   s in g le   p o le   g r o u n d   f au lt .   H en ce ,   l o ad s   ar s u p p lied   c o n tin u o u s ly   with o u in ter r u p tio n .   I f   th s y s tem   is   s o lid ly   g r o u n d e d ,   th en   f au lt   co u ld   ea s ily   be   d etec ted   an d   q u ick ly   clea r ed .   [2 ] [ 1 0 5 ] - [ 1 0 8 ] .         3.   CO NCLU SI O N   Mic r o g r id   is   p o is ed   f o r   m o r p o s itiv g r o wth   in   th r ec en f u tu r o f   d er e g u lated   r eg im e.   Mo r e   r esear ch   is   af o o all  o v er   t h e   wo r ld   t o   u s h e r   r eliab le  f o r m   o f   m icr o g r id .   Pro tectio n   is   m o s v u ln er a b le  asp ec o f   m icr o g r id   o p er atio n   an d   n ee d s   s p ec ial  atten tio n   f o r   u n i n ter r u p ted /o r   m in im u m   in ter r u p tio n   in   th e   o p er atio n   o f   m icr o g r id .   T h p r esen r ev iew  is   f o c u s ed   o n   th co n s titu en d ev ices  o f   th m icr o g r id .   T h e   p r esen r ev iew   wo r k   ad d r ess es  th r esear ch e r s   wo r k s   in   co n n ec tio n   with   th p r o tectio n   asp ec ts   o f   th ese   d ev ices.    I n   b o th   n o r m al  an d   is lan d in g   m o d es,  th p r esen ce   o f   DG  u n its   ch an g es th o p er atio n   o f   m icr o g r id s u ch   as  ch an g o f   f au lt  cu r r en lev el,   f alse  tr ip p i n g ,   b lin d n ess   o f   p r o tectio n ,   p r o h ib itio n   o f   au to m atic   r ec lo s in g ,   an d   u n s y n ch r o n ize d   r ec lo s in g .   An   ap p r o p r iate  p r o tectio n   s y s tem   f o r   m icr o g r id s   r eq u ir es  p r o p er   co n s id er atio n s   o n   th k ey   f ac t o r s ,   m ain ly   o n   c h ar ac ter is tics ,   co n s tr u ctio n ,   o f   m ic r o g r id   d e v ices  s u ch   as  f ee d er   an d   to p o lo g y ,   DGs  an d   tr an s f o r m er s ,   co m m u n icatio n   s y s tem ,   to   n am f ew  f r o m   th s ec tio n   2 .   co m p r eh e n s iv r ev iew  o n   t h e   v ar io u s   p r o tectio n   p lan s   o f   t h ese  d ev ices  h as  b ee n   p er f o r m ed   b ased   o n   t h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       R ev iew   o f p r o tectio n   a s p ec ts   o f m icro g r id   d ev ices   ( A s h o ke   K u ma r   B a s u )   221   p r o p o s al  b y   p r ev io u s   au th o r s .   T h p r o tectio n   s tr ateg ies  h av e   b ee n   p r o p o s ed   b y   th r esear c h er s   to   ex ten d   to   g en er al  d is tr ib u tio n   s y s tem   with   m u ltip le  ty p es  o f   DGs,  d if f er en s t r u ctu r es  o r   to p o lo g ies  o f   n etwo r k s ,   alg o r ith m   with   m in im u m   co m m u n icatio n   r eq u ir em e n ts ,   p r o tectio n   ag ain s cy b er   attac k s   an d   less   im p ac o f   co m m u n icatio n   lin k   f ailu r e.   P r o tectio n   co o r d in atio n   s tr ateg y   o p er ates  f aster   with   co m m u n icatio n   n etwo r k in g .   T h ef f ec ts   o f   FC L   an d   g r o u n d in g /u n - g r o u n d i n g   o n   m icr o g r id   p r o tectio n   h av also   b ee n   r e v iewe d .       RE F E R E NC E S   [1 ]   TS .   Us tu n Ca g il   Oz a n so y   a n d   A lad in   Zay e g h " Re c e n d e v e l o p m e n ts  in   m icr o g ri d a n d   e x a m p le  c a se a ro u n d   th e   wo rld - a   re v iew , "   Ren e w a b le  a n d   S u sta in a b le  En e rg y   Rev iews ,   v o l .   15 ,   n o .   8 ,   p p .   4 0 3 0 40 41 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j. rse r. 2 0 1 1 . 0 7 . 0 3 3   [2 ]   D.  S a lo m o n ss o n ,   L.   S o d e a n d   A.   S a n n i n o ,   " P ro tec ti o n   o Lo w - Vo lt a g e   DC  M icro g ri d s,"   i n   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we r De li v e ry ,   v o l.   2 4 ,   n o .   3 ,   p p .   1 0 4 5 - 1 0 5 3 ,   2 0 0 9 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / TP WRD. 2 0 0 9 . 2 0 1 6 6 2 2   [3 ]   S .   Ch a k ra b o r ty   a n d   M .   G .   S imo e s,  " E x p e rime n tal  E v a lu a ti o n   o f   A c ti v e   F il teri n g   in   a   S i n g le - P h a se   Hig h - F re q u e n c y   AC  M icro g ri d , "   i n   IEE T r a n sa c ti o n o n   En e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l .   2 4 ,   n o .   3 ,   p p .   6 7 3 - 6 8 2 ,   2 0 0 9 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 / T EC. 2 0 0 9 . 2 0 1 5 9 9 8   [4 ]   S A Ho ss e in i H A Ab y a n e h S H H S a d e g h i F.  Ra z a v i,   A .   Na siri ,   " An   o v e rv iew   o m icro g rid   p ro tec ti o n   m e th o d a n d   th e   fa c to rs  i n v o l v e d , "   Ren e wa b le  a n d   S u st a i n a b le  E n e rg y   Rev iews ,   v o l.   64 ,   p p .   1 7 4 186 2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j. rse r. 2 0 1 6 . 0 5 . 0 8 9   [5 ]   S.  Ch e n ,   N .   Tai,   C.   F a n ,   J.  Li u ,   S .   Ho n g " S e q u e n c e - c o m p o n e n t - b a se d   c u rre n d iffere n ti a l   p ro tec ti o n   fo r   tran sm issio n   l in e c o n n e c ted   wit h   IIG s , "   IET   Ge n e r.  T r a n sm .   Dis trib . ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 2 ,   p p .   3 0 8 6 - 3 0 9 6 ,   2 0 1 8 ,   d o i:   0 . 1 0 4 9 /i e t - g td . 2 0 1 7 . 1 5 0   [6 ]   S .   P a rh izi,   H.  L o tfi ,   A.  Kh o d a e a n d   S .   Ba h ra m irad ,   " S tate   o t h e   Art  in   Re se a rc h   o n   M icro g rid s:  Re v iew , "   i n   IEE Acc e ss ,   v o l .   3 ,   p p .   8 9 0 - 9 2 5 ,   2 0 1 5 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /ACCES S . 2 0 1 5 . 2 4 4 3 1 1 9 .     [7 ]   S.  Ch o wd h u r y ,   S P .   Ch o wd h u r y ,   P .   Cro ss ley M icr o g rid a n d   Active   Distrib u ti o n   Ne two rk s .   In stit u ti o n   o f   En g i n e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y IE Dig it a Li b ra ry UK ,   2 0 0 9 .     [8 ]   R.   Nd o u ,   J.  I.   F a d iran ,   S .   Ch o wd h u ry   a n d   S .   P .   Ch o wd h u r y ,   " P e rfo rm a n c e   c o m p a riso n   o v o lt a g e   a n d   fre q u e n c y   b a se d   lo ss   o g rid   p r o tec ti o n   sc h e m e fo m icro g rid s, "   2 0 1 3   I EE Po we a n d   E n e rg y   S o c iety   Ge n e ra M e e ti n g 2 0 1 3 ,   p p .   1 - 5 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / P ES M G . 2 0 1 3 . 6 6 7 2 7 8 8 .     [9 ]   S .   L iu ,   T.   Bi,   A.   Xu e   a n d   Q.   Ya n g ,   " F a u l a n a ly sis  o f   d iffere n t   k in d o d istri b u ted   g e n e ra to rs,"   2 0 1 1   IE EE   Po we r   a n d   En e rg y   S o c iety   Ge n e ra l   M e e t in g ,   2 0 1 1 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /P ES . 2 0 1 1 . 6 0 3 9 5 9 6   [1 0 ]   K.  Je n n e tt ,   F .   Co ffe le   a n d   C.   Bo o th ,   " C o m p re h e n si v e   a n d   q u a n ti t a ti v e   a n a ly sis   o f   p r o tec ti o n   p ro b l e m a ss o c iate d   with   in c re a sin g   p e n e trati o n   o i n v e rter - in terfa c e d   DG , "   1 1 th   IE T   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   De v e lo p me n ts  i n   Po we r S y ste ms   Pro tec ti o n   (DPS P   2 0 1 2 ) ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i 1 0 . 1 0 4 9 /cp . 2 0 1 2 . 0 0 9 1   [1 1 ]   P .   T.   M a n d it e re z a   a n d   R.   Ba n sa l ,   " Re n e wa b le  d istr ib u ted   g e n e ra ti o n :   Th e   h id d e n   c h a ll e n g e s - re v iew   fro m   th e   p ro tec ti o n   p e rsp e c ti v e , "   Ren e w a b le  a n d   S u sta i n a b le  E n e rg y   Rev iews ,   v o l.   58 ,   p p .   1 4 5 7 1 4 6 5 2 0 1 6 ,   d o i:   1 0 . 1 0 1 6 / j. rse r. 2 0 1 5 . 1 2 . 2 7 6   [1 2 ]   D.  M .   B u i ,   S .   L.   Ch e n ,   K.  Y.  L ien ,   Y.  R.   Ch a n g ,   Y.   D.  Lee ,   a n d   J.   L.   Jia n g " I n v e sti g a ti o n   o n   tra n si e n b e h a v io u rs  o a   u n i - g r o u n d e d   l o w - v o lt a g e   A m icro g ri d   a n d   e v a lu a ti o n   o n   it a v a il a b le  fa u lt   p r o tec ti o n   m e th o d s:  Re v iew   a n d   p ro p o sa ls , "   Ren e wa b le  a n d   S u st a in a b le  En e rg y   Rev iews ,   v o l.   75 ,   p p .   1 4 1 7 1 4 5 2 ,   2 0 1 7 ,   d o i:   1 0 . 1 0 1 6 / j. rse r. 2 0 1 6 . 1 1 . 1 3 4   [1 3 ]   T.   N.  B o u tsi k a   a n d   S .   A.   P a p a t h a n a ss io u ,   " S h o rt - c ircu it   c a lcu latio n s   in   n e two r k wit h   d istri b u t e d   g e n e ra ti o n , "   El e c tr P o we r S y st R e s ,   v o l.   78 ,   n o .   7 ,   p p .   1 1 8 1 11 91 2 0 0 8 ,   d o i:   1 0 . 1 0 1 6 /j . e p sr.2 0 0 7 . 1 0 . 0 0 3   [1 4 ]   H.  M a rg o ss ian ,   G .   De c o n i n c k   a n d   J.  S a c h a u " Distrib u ti o n   n e two r k   p r o tec ti o n   c o n sid e ri n g   g ri d   c o d e   re q u irem e n ts   fo d istri b u ted   g e n e ra ti o n , "   IE T   Ge n e r.  T ra n sm .   Distrib .,  vol .   9 ,   no .   1 2 ,   p p .   1 3 7 7 1 3 8 1 ,   2 0 1 5 ,   d o i:   1 0 . 1 0 4 9 /i e t - g td . 2 0 1 4 . 0 9 8 7 .   [1 5 ]   O.  ñ e z - M a taa ,   R.   P a lma - Be h n k e b ,   F .   Va len c iab ,   A.   Urru ti a - M o li n a b ,   P .   M e n d o z a - Ara y a b ,   a n d   G .   Jim é n e z - Estév e z b ,   " C o u p li n g   a n   a d a p ti v e   p ro tec ti o n   sy ste m   with   a n   e n e rg y   m a n a g e m e n t   sy ste m   fo r   m icro g ri d s , "   T h e   El e c tricity J o u rn a l ,   vo l.   32 ,   n o .   1 0 ,   p .   1 0 6 6 7 5 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 0 1 6 /j . tej. 2 0 1 9 . 1 0 6 6 7 5 .   [1 6 ]   M.  Br u c o li   a n d   T.   C.   G re e n ,   " F a u lt   b e h a v i o u r   in   islan d e d   m icro g rid s , in   Pro c e e d in g o t h e   1 9 t h   i n ter n a ti o n a l   c o n fer e n c e   o n   e lec tricity d istrib u t io n ,   CIRE D ,   2 0 0 7 ,   p .   0 5 4 8   [1 7 ]   I.   K.  Tars i,   A.  S h e ik h o les lam i,   T.   Ba rfo ro u s h a n d   S .   M .   B.   S a d a ti ,   " In v e stig a ti n g   imp a c ts  o f   d istri b u ted   g e n e ra ti o n   o n   d istri b u ti o n   n e two rk re li a b il it y m a th e m a ti c a m o d e l, "   Pro c e e d in g o th e   2 0 1 0   El e c tric  Po w e Qu a li ty  a n d   S u p p ly R e li a b i li ty Co n fer e n ce ,   2 0 1 0 ,   p p .   1 1 7 - 1 2 4 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / P Q . 2 0 1 0 . 5 5 5 0 0 1 0   [1 8 ]   L.   K.  Ku m p u lain e n   a n d   K.  T.   Ka u h a n iem i,   " An a l y sis  o th e   imp a c o d istri b u ted   g e n e ra ti o n   o n   a u to m a ti c   re c lo sin g , "   IE EE   PE S   Po we S y ste ms   Co n fer e n c e   a n d   Exp o s it io n 2 0 0 4 . ,   2 0 0 4 ,   p p .   6 0 3 - 6 0 8   v o l.   1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / P S CE. 2 0 0 4 . 1 3 9 7 6 2 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.