In this research, the problem of real-time congestion management in a modern distribution system with massive active elements such as electric vehicles (EVs), distributed energy resources (DERs), and demand response (DR) is investigated. A novel hierarchical operation and management framework is proposed that can take advantage of the demand side contribution to manage the real-time congestion. There are five main steps in this framework as 1) the aggregators send their demand to the microgrid operators (MGOs), 2) the MGOs send their demand to the distribution system operator (DSO), 3) the DSO detects the congestions and calls the engaged MGOs to reduce their demand, 4) the MGOs update the electricity price to motivate the aggregators to reduce the overall demand, and 5) the DSO dispatches the system according to the finalized demand. The proposed framework is validated on two modified IEEE unbalanced test systems. The results illustrate two congestion cases at t=8:45 am and t=9:30 am in the modified IEEE 13-bus test system, which needs 363kW and 286 kW load reductions, respectively, to be fully addressed. MG#1 and MG#2 are engaged to maintain the 363 kW reduction at t=8:45, and MG#3 and MG#4 are called to reduce their demands by 386 kW at t=9:30 am. The overall interactions can relieve the congested branches. The DSO’s calculations show three congestions at t=1 pm, t=3 pm, and t=9 pm on the IEEE 123-bus test system. These congestion cases can be alleviated by reducing 809 kW, 1177 kW, and 497 kW from the corresponding MGs at t=1 pm, t=3 pm, and t=9 pm, respectively. The second part of the simulation results demonstrates that the proposed real-time data estimator (RDE) can reduce the DSO’s miss-detected congestion cases due to the uncertain data. There are two miss-detected congestions in the IEEE 13-bus test system at t=1:15 pm and t=1:30 pm that can be filtered for t=1:15 pm and minored for t=1:30 pm using the RDE. The proposed RDE can also reduce the miss-detected congestions from 18 cases to four cases in the IEEE 123-bus test system. As a result, the RDE can minimize the extra costs due to the uncertain data. The overall results validate that the proposed framework can adaptively manage real-time congestions in distribution systems.

One of the challenging issues with the Microgrid is that the bidirectional power flow providedby the distributed generator (DG) which modify the fault current level. Furthermore, theinverter based-renewable energy source (IB-RES) limits the total fault current contributionto the grid due to its thermal capability. Since Microgrid should be able to operate in gridconnectedand islanded mode, protection strategies are needed to solve this challenging issue.By only having IB-RES and battery storage system, the fault condition and normaloperation cannot be distinguished. Apart from fault clearing issue, there is a consideration tostudy the fault isolation in the Microgrid under the limited fault current provided by IB-RES.To have fault isolation capability, the intelligent electrical device (IED) is needed. The firststep is to find a method that can detect a fault under the fault level modification constraint.This thesis presents a zero and negative sequence current protection to detect a fault.However, to make it selective, this protection will be applied directionally. It is common thatthe distribution grid has unbalanced load operation, thus providing zero and negativesequence component in the grid. To apply the directional zero and negative sequence currentprotection, the unbalanced load flow is simulated to distinguish the fault and normaloperation under unbalanced load condition.Safety and regulation are discussed briefly in this thesis. It is important that each of theIB-RES has fault ride-through (FRT) capability that follows a regulation. However, thisregulation is expected to have a coordination with the proposed protection in the Microgridso the reliability, selectivity, and sensitivity can be achieved in grid-connected and islandedmode. This thesis shows the coordination between fuses, IED, and inverter FRT capability.After providing a protection strategy, the adaptability of the proposed protection isassessed regarding of Microgrid expansion. The result shows that by applying the schemeand following the grading margin requirement that is presented in this thesis, the Microgridexpansion will not disrupt the proposed protection coordination. Since it is known that thedistribution grid is expanding its load capacity and microgeneration in continuous basis, it isconvenient that the proposed protection in the IED is expected to be adaptable, means that ithas a fixed IED setting when the grid is expanded. The analysis is performed by electrical transient analysis program (ETAP) and MatlabSimulink. The short circuit analysis, sequence-of-operation, and unbalanced load flow aresimulated by ETAP, while the protection stability is simulated by Matlab Simulink. / Ett problem som finns med microgrid är att de distribuerade produktionsgeneratorerna harett dubbelriktat effektflöde som modifierar felströmmen. Dessutom, inverterbaseradeförnyelsebara energikällor (IB-RES) begränsar det totala felströmsbidraget på grund av desstermiska kapacitet. Eftersom microgrids ska vara operativ vid både anslutning till externt nätsamt önätsdrift behövs skyddsstrategier för att kunna hantera fel, speciellt vid önätsdrift.Om endast IB-RES och batterilager används kan feldrift och normal drift inte särskiljas.Bortsätt från felhantering är det viktigt att studera felbortkoppling för microgrid underbegränsad felström som fås av IB-RES. För att kunna åstadkomma felbortkoppling behöveren IED (från engelskans Intelligent Electronic Device). Det första steget är att finna en metodför att kunna detektera fel under fel nivå modifiering. Denna avhandling tittar på att användanoll- och minusföljds ström sekvensskydd för att detektera fel. För att göra skyddet selektivtkommer det att titta på riktningen av effektflödet. I distributionsnät är det vanligt att haobalanserade laster vilket medför noll- och negativa sekvenskomponenter i nätet. För atttillämpa riktningsskydd för noll och negativ sekvens ström simuleras ett obalanserateffektflöde för att särskilja på feldrift och normal drift vid obalanserad last.Säkerhet och förordningar diskuteras kortfattat i denna avhandling. Det är viktigt att varjeIB-RES har en feltålighet som följer vissa förordningar. Denna förordning förväntassamordna det föreslagna skyddet i micronåt så att pålitlighet, selektivitet och känslighet kanåstadkommas vid nätanslutning och önätsdrift. Denna avhandling visar samordningen mellansäkringar, IED och feltåligheten för växelomriktare.Anpassningsförmågan för det föreslagna skyddet bedöms med avseende på expansion avmicrogrid. Resultatet visar att en expansion av ett microgrid inte kommer att störa denföreslagna samordningen om skyddsmetoden och tidsfördröjningskravet som presenteras idenna avhandling följs. Eftersom det är känt att distributionsnätet kommer att fortsätta ökasin lastkapacitet och mikrogenerering, är det lämpligt att skyddet förväntas varaanpassningsbart vilket innebär att det har en fast IED inställning när nätet expanderas.Analysen genomförs med mjukvarorna electrical transient analysis program (ETAP) ochMatlab Simulink. Kortslutningsanalysen, arbetssekvensen och obalanserad lastflödesimuleras av ETAP, medan skyddsstabiliteten simuleras av Matlab Simulink.