Abstract Vulnerability of power electronic converters in DC microgrids when pole to ground and pole to pole fault occur necessitates using an effective fault detection and isolation. Most of the proposed fault detection methods use a communication system to exchange data among protection units, which could be an Achilles heel for the entire protection scheme. In this paper, fault detection based on estimation of equivalent inductance using simplified fault current equation is proposed. In the presented method, only local measurement is required and communication system is avoided due to reliability issues. In order to improve equivalent inductance estimation, an artificial line inductance (ALI) is implemented at both ends of each line. Since estimated equivalent inductance only depends on protection zone inductances including line inductance and ALIs, any change in topology of the microgrid does not affect operation of the protection scheme. By employing the proposed protection scheme, fault detection and isolation with a sampling frequency of 8000 Hz is achieved in less than 0.2 ms. A protection scheme should be able to disconnect the faulted section even if one of the main protection units fails; hence, by defining different protection zones for each protection unit, backup protection is realized. Eventually, to show significance of the proposed protection scheme, several case studies are investigated and results are compared with earlier studies.

中文翻译：

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一种基于电感估计的低压直流微电网新型保护方案

摘要 当极地和极地故障发生时，直流微电网中电力电子转换器的脆弱性需要使用有效的故障检测和隔离。大多数提出的故障检测方法使用通信系统在保护单元之间交换数据，这可能是整个保护方案的致命弱点。在本文中，提出了基于使用简化故障电流方程估计等效电感的故障检测。在所提出的方法中，由于可靠性问题，只需要本地测量并且避免了通信系统。为了改进等效电感估计，在每条线路的两端实施了人工线路电感（ALI）。由于估算的等效电感仅取决于保护区电感，包括线路电感和 ALI，因此微电网拓扑结构的任何变化都不会影响保护方案的运行。通过采用所提出的保护方案，采样频率为 8000 Hz 的故障检测和隔离可在不到 0.2 ms 的时间内实现。即使其中一个主保护单元发生故障，保护方案也应该能够断开故障段；因此，通过为每个保护单元定义不同的保护区域，实现后备保护。最后，为了显示所提议保护方案的重要性，我们对几个案例研究进行了调查，并将结果与​​早期研究进行了比较。通过采用所提出的保护方案，采样频率为 8000 Hz 的故障检测和隔离可在不到 0.2 ms 的时间内实现。即使其中一个主保护单元发生故障，保护方案也应该能够断开故障段；因此，通过为每个保护单元定义不同的保护区域，实现后备保护。最后，为了显示所提议保护方案的重要性，我们对几个案例研究进行了调查，并将结果与​​早期研究进行了比较。通过采用所提出的保护方案，采样频率为 8000 Hz 的故障检测和隔离可在不到 0.2 ms 的时间内实现。即使其中一个主保护单元发生故障，保护方案也应该能够断开故障段；因此，通过为每个保护单元定义不同的保护区域，实现后备保护。最后，为了显示所提议保护方案的重要性，我们对几个案例研究进行了调查，并将结果与​​早期研究进行了比较。