Includes a title page in Arabic

Thesis (Ph.D.) Doctoral Egypt - Japan University of Science and Technology (E-JUST) - School of Electronics , Communications and Computer Engineering - Electrical Power Engineering Department 2025

Includes bibliographical references

The overwhelming advancement in modern power systems has become a driving force behind smart grids' transformation to enhance the energy sector performance Focusing on the distribution level, Active Distribution Networks (ADNs) become a key part of the smart grid The utilization of ADNS offers several privileges over their conventional counterparts, such as the seamless integration of renewable energy sources, grid flexibility, line losses reduction, advanced communication infrastructure, and sensors' usage Nevertheless, ADNs still encounter many issues among which fault identification is a major concern Recently, the issue of protection in active distribution networks has been greater than before due to mushrooming use of photovoltaic (PV) generation units PV systems coupled with power electronics devices and their control strategies cause significant changes to fault current characteristics leading to maloperation of fault identification schemes Therefore, in the present dissertation, the unavoidable protection challenges posed by active distribution network faults are investigated and addressed considering different aspects such as sensitivity, selectivity, reliability, speed of operation, simplicity, and cost-effectiveness To this extent, this dissertation proposes two effective fault identification schemes that incorporate the presence of PV systems and account for the uncertainties arising from the significant penetration of renewable energy sources The first scheme employs a deterministic approach based on the differential energy of wavelet-based cross-alienation coefficients This algorithm is designed to detect and classify various fault types, considering the dynamic response of a 300 kW PV system integrated with ADNs The second scheme introduces a robust self-adaptive fault identification approach for PV transmission lines (PV-TL) in large-scale PV systems (10 MVA), addressing high uncertainties caused by the integration of large-scale PV systems into smart grids This approach utilizes wavelet transforms, the statistical alienation concept, and fuzzy logic to identify fault criteria, followed by a fuzzy logic-based system to optimize protection scheme settings

تعتبر وقاية الشبكات الذكية مع دمج محطات الطاقة الشمسية جزءا لا غني عنه في منظومة نقل الطاقة الكهربائية خصوصا تشكل شبكات التوزيع النشطة ومع ذلك تتعرض شبكات التوزيع النشطة الى كثير من الانقطاعات نتيجة تعرضها لظروف البيئة الخارجية المختلفة. وبالتالي تتأثر موثوقية واستقرار شبكات الطاقة الكهربائية بالعديد من الأعطال لذلك نتطلب أنظمة حماية قوية وذكية قادرة علي معرفة الأعطال مع اختلاف خصائصه نتيجة لربط محطات الطاقة الشمسية، لمنع انتشار هذه الأعطال بعد تصميم أنظمة الحماية الكهربية من الجوانب الحيوية في منظومة القوي الكهربية الحديثة بحيث تكون قادرة على اكتشاف الأخطاء الكهربائية وتصنيفها وتحديد موقعها وعزلها واستعادتها في أسرع وقت ممكن وكنتيجة لعمل نظام وقاية قوي ذو موثوقية عالية تظهر بعض المتطلبات الضرورية وهي: - سرعة اكتشاف الخطا سرعة تحديد نوع الخطأ وتتضمن الإستراتيجيات المقترحة في هذه الرسالة المهام الأساسية التالية : سرعة تحديد وتصنيف الأعطال في الشبكات الذكية بأشكالها المختلفة، ومعرفة نوع تيار القصر وفي هذه الرسالة يجري العمل البحثي على مرحلتين في المرحلة الأولى، وضعت طريقة لتحديد العطل في شبكات التوزيع النشطة مع اندماج محطات طاقة شمسية ذات سعة kW 300 وباستخدام إشارة التيارات، والجهود المتعلقة بالثلاث اوجه من طرف واحد (نقطة ربط محطة الطاقة الشمسية بالشبكة) الطريقة الأولى تقترح طريقة جديدة لنظام تحديد الأعطال. فلديها القدرة على اكتشاف العطل وتحديد هويته ولكن ظهرت بعض السلبيات في انها تعمل مع ربط محطات طاقة شمسية صغيرة نسيبة وتعمل فقط في وضع تشغيل واحد و هو وضع On-gride) فقط ولا يمكن تطبيقها في وضع (off-grid) اما المرحلة الثانية، تم اقتراح طريقة تعمل علي اندماج محطات طاقة شمسية كبيرة السعة مع إمكانية عملها في كل اوضاع تشغيل محطات الطاقة الشمسية (on/off-grid). حيث ان حماية شبكات التوزيع النشطة مع اندماج محطات طاقة شميسة كبيرة ليست بسيطة مثل دمج محطات صغيرة في شبكات التوزيع النشطة وعادة ما تواجه مشاكل اضافية ناجمة عن دخول وخروج محطات اضافية عند مواقع التفريعات في شبكة التوزيع بالإضافة إلى ذلك اختلاف أوضاع التشغيل تعمل علي تغيير اتجاه تدفق القدرة الكهربية مما يصعب علي أجهزة الوقاية تحديد الأعطال. وايضا نتيجة اختلاف الممانعة الكهربائية الخاصة بمصادر توليد الطاقة الكهربائية ويوجد العديد من الدراسات السابقة التي تتناول المشاكل المتعلقة بشبكات التوزيع النشطة في وضع (On-grid) مع وجود ندرة في الدراسات تتعلق بدراسة شبكات التوزيع النشطة في وضع (on-/off-grid) سويا و تعد المشكلة الرئيسية في حماية الشبكات القوي الذكية تكمن في تحديد وعزل الأخطاء في أسرع وقت ممكن, وهذا يعتبر من أهم جوانب الحماية الكهربائية لأنظمة الطاقة الذكية ويتم تقيم الأداء للطرق المقترحة باستخدام برنامج محاكاة لنمذجة النظم الكهربية لشبكتين توزيع نشطة ذات خصائص مختلفة لتنفيذ اختبار التقنيات المقترحة المطبقة باستخدام برنامج الماتلاب وتشير النتائج المقدمة أن الطرق المقترحة بسيطة وسريعة ودقيقة، ويمكن استخدامهما لتحديث وتحسين وتجديد أجهزة الوقاية التقليدية

Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository)

AnD ACM