Investigating DC microgrids based on centralized protection: A case study of BTS

This research presents an innovative protection strategy tailored for centralized DC microgrids specifically designed for base transceiver stations (BTS). The method leverages the similarity in the rate of current change measured simultaneously at both ends of a line segment to detect internal faults effectively. The approach addresses key challenges in microgrid protection including the detection of high-resistance faults, distinguishing between permanent and transient fault conditions, and safeguarding critical components such as loads, photovoltaic arrays, and batteries. It also considers the resilience of the system in the event of failures in line sensors and circuit breakers. Unlike conventional protection schemes that depend heavily on both voltage and current measurements, the proposed system offers a cost-efficient alternative. It operates with a single centralized intelligent electronic device (IED) overseeing the entire microgrid, complemented by only one current sensor installed at each end of every line segment. This streamlined configuration simplifies hardware requirements without compromising detection accuracy. The reliability and effectiveness of the protection mechanism have been rigorously validated through comprehensive simulations conducted in MATLAB/Simulink. The tests encompassed both internal faults within the microgrid and external fault scenarios, demonstrating robust performance under various operational conditions. This work contributes to advancing protection schemes for DC microgrids, which are increasingly pivotal for sustainable and efficient energy management in telecommunication infrastructure. It aligns with contemporary trends and challenges in microgrid protection, emphasizing economical design and dependable fault management.

Keywords: central protection, cosine similarity index, DC microgrid, high resistance, BTS

Merkezi korumaya dayalý DC mikro þebekelerin incelenmesi: Bir BTS durum çalýþmasý

Bu araþtýrma, özellikle baz istasyonu verici/alýcýlarý (BTS) için tasarlanmýþ merkezi DC mikro þebekelere yönelik yenilikçi bir koruma stratejisi sunmaktadýr. Yöntem, bir hat kesitinin her iki ucunda ayný anda ölçülen akým deðiþim oranýndaki benzerlikten yararlanarak dahili arýzalarýn etkin bir þekilde tespit edilmesini saðlamaktadýr. Yaklaþým, mikro þebeke korumasýndaki temel zorluklara çözüm getirmektedir; bunlar arasýnda yüksek dirençli arýzalarýn tespiti, kalýcý ve geçici arýza durumlarýnýn ayýrt edilmesi, yükler, fotovoltaik diziler ve bataryalar gibi kritik bileþenlerin korunmasý yer almaktadýr. Ayrýca hat sensörleri ve devre kesicilerde meydana gelebilecek arýzalar karþýsýnda sistemin dayanýklýlýðýný da dikkate almaktadýr. Geleneksel koruma yöntemlerinin hem gerilim hem de akým ölçümlerine yoðun biçimde baðýmlý olmasýnýn aksine, önerilen sistem maliyet açýsýndan verimli bir alternatif sunmaktadýr. Tüm mikro þebekeyi denetleyen tek bir merkezi akýllý elektronik cihaz (IED) ile çalýþmakta, her hat kesitinin yalnýzca iki ucuna birer akým sensörü yerleþtirilmesi yeterli olmaktadýr. Bu sadeleþtirilmiþ yapý, donaným gereksinimlerini basitleþtirirken tespit doðruluðundan ödün vermemektedir. Koruma mekanizmasýnýn güvenilirliði ve etkinliði MATLAB/Simulink ortamýnda gerçekleþtirilen kapsamlý benzetimlerle titizlikle doðrulanmýþtýr. Testler hem mikro þebeke içindeki dahili arýzalarý hem de harici arýza senaryolarýný kapsayarak çeþitli iþletme koþullarýnda güçlü bir performans ortaya koymuþtur. Bu çalýþma, telekomünikasyon altyapýsýnda sürdürülebilir ve verimli enerji yönetimi için giderek daha kritik hale gelen DC mikro þebekeler için koruma þemalarýnýn geliþtirilmesine katkýda bulunmaktadýr. Çalýþma, mikro þebeke korumasýndaki güncel eðilimler ve zorluklarla uyumlu olup ekonomik tasarým ve güvenilir arýza yönetimini vurgulamaktadýr.

Anahtar Kelimeler: merkezi koruma, kosinüs benzerlik endeksi, DC mikro þebeke, yüksek direnç, BTS