بخشی از مقاله
چکیده:
رله هاي دیستانس یکی از مهمترین بخشهاي حفاظت سیستم قدرت هستند. دو نکته اساسی درعملکرد این رلهها وجود دارد، اول بحث نمونهبرداري و فیلتر کردن اطلاعات و بدست آوردن دامنه و فاز موج ورودي است و دوم بحث تنظیم این رلهها در شبکه هاي بهم پیوسته است.
از طرفی چند دههاي است که بنا به نیازهائی که در شبکه قدرت وجود دارد المانهائی کاملا غیرخطی با رفتارهایی بسیار پیچیده - FACTS - به شبکه قدرت اضافه میگردد.یکی از مهمترین اینعناصرUPFC میباشد. UPFC با حضور خود پارامترهاي خط را عوض میکند و حفاظتهاي مختلف دچار عملکرد نادرست میشوند. این تأثیرات به دو دسته تأثیر این ادوات بر روي عملکرد رلههاي حفاظتی و تأثیر بر روي تنظیمات رلههاي حفاطتی تقسیم میشوند. در این مقاله با شبیه سازي UPFC با روش کنترلی PWM و مدل کردن رله دیستانس تاثیر آن را بر روي عملکرد رله دیستانس بررسی و روشی جهت تنظیم نواحی حفاظتی رله دیستانس پیشنهاد می شود.
- 1مقدمه
در سالهاي اخیر به خاطر تولید نیمههادیها در صنعت الکترونیک قدرت نوآوریهاي زیادي رخ داد است. یکی از
مهمترین این نوآوریها، ادوات FACTS میباشد. در سالهاي اخیراستفاده از ادوات FACTS در سیستمهاي قدرت بسیار زیاد شده است. هدف اصلی استفاده از ادوات FACTS این است که براي بالا بردن قابلیتهاي شبکه و استفاده از حداکثر ظرفیت تجهیزات، یکسري عناصري که توان تلف نمیکنند به سیستم اضافه میگردند. نکته قابل توجه آن است که پس از بکاربردن این عناصر تغییراتی در شبکههاي قدرت ایجاد تاثیر UPFC بر تنظیمات رله دیستانس گردد سه پارامتر مهم در مورد تاثیر ادوات FACTS بر روي عملکرد رله ها را می توان محل نصب در خط، پارامترهاي این عناصر و سیستم کنترلی آنها عنوان کرد. قرار دادن UPFC در شبکه قدرت باعث اشتباه در عملکرد رله ها می گردد که در صورت ندیدن آن، اتفاقات ناگواري در مورد حفاظت دیستانس خواهیم داشت. این اشکالات را میتوان به سه دسته زیر تقسیم کرد :
الف - عمل نکردن رله در صورتی که لازم است عمل کند.
ب - عمل کردن رله در صورتی که نباید عمل کند.
ج - تغییرات در ناحیههاي حفاظتهاي پشتیبان. این موضوع نیز
خود باعث دو اتفاق بالا براي عملکرد غلط رلههاي پشتیبان میشود. آنچه مسلم است به هم خوردن تنظیمات ناحیهاي بین رلههاي دیستانس باعث عملکرد اشتباه رلههاي پشتیبان میشود و این خود دو مشکل بالا را تشدید میکند. از توضیحات بالا نتیجه میشود که نه تنها باید تأثیر ادوات FACTS بر روي رله دیستانس بررسی گردد، بلکه باید این بررسی بر روي ناحیههاي 1 و 2 و3 رلههاي دیستانس بطورجداگانه صورت گیرد. از طرفی نوع روش سوئیچینگ استفاده شده تاثیر قابل ملاحظهاي بر روي نتایج حاصل از عملکرد UPFC دارد. روشهاي متنوعی براي سوئیچینگ و تنظیم زمان آتشGTOها وجود دارد که در این مقاله از روش PWM که درآن در با مقایسه یک پالس فرکانس بالاي مثلثی یا مربعی با شکل موج سینوسی مرجع، زمان سوئیچینگ GTOها تعیین میگردد[1]
در مرجع [2] یک بررسی در مورد رفتار رلههاي حفاظتی با حضورUPFC انجام شده است. در این مقاله بیان شده که ورود UPFC میتواند روي دامنه امپدانس و زاویه امپدانس دیده شده از دید پایانههاي رله تأثیر بگذارد. در این مقاله
پیشنهاد می شود که در موقع وجود UPFC با قراردادن ضریبی در محاسبات، نواحی حفاظتی رله دیستانس تنظیم گردد ، در این حالت با تغییر جزئی در عملکرد UPFC ممکن است تمامی ضرائبی که براي تنظیم رلهها مورد نیاز است تغییر کند.
مقاله دیگري در مورد تنظیم رلههاي تطبیقی با حضور
ادوات FACTS ارائه شده است .[3] در این مقاله سه پارامتر اصلی براي تنظیم رلههاي دیستانس عنوان شده است. نقطه کارUPFC، مقاومت خظا و مقاومت خط انتقال. با وجود این سه پارامتر نتیجه این است که براي حفاظت دیستانس با وجود UPFC یک رله دیستانس تطبیقی لازم است. در این مقاله بیشتر به محاسبات ریاضی براي عملکرد UPFC پرداخته شده است. مقاله دیگري با عنوان محاسبه امپدانس دینامیکی UPFC ارائه گردید .[4] در این مقاله UPFC به طور کامل و با سوئیچهاي مربوطه مدل شده است. و با در نظر گرفتن سوئیچینگ 48 پالسه تأثیر امپدانسی UPFC را بر روي عملکرد رلههاي دیستانس در ناحیه 1 در حالات مختلف کارUPFC مورد بررسی قرار داده است. سپس روشی براي محاسبه دقیق امپدانس UPFC معرفی شده است.
در این مقاله UPFCبا روش PWM شبیه سازي شده و تاثیر آن بر عملکرد رله دیستانس بررسی می شود . در این مقاله از مدل ریاضی رله استفاده شده است که حالت گذراي رله که تاثیر بسزایی در عملکرد ناحیه 1 دارد نا دیده گرفته شده است.
- 2 تئوري مسئله
با توجه به اینکه در اکثر مقالات از مدل ریاضی رله استفاده شده است و دراین مدل سازي ها در نظر گرفتن حالت گذراي رله با پیچیدگی هاي زیادي روبرو است، و در بیشتر آنها از مدل امپدانسی و منبع ولتاژ جهت مدل کردنUPFC استفاده شده است و از طرفی تاثیر UPFC فقط بر ناحیه 1 رله دیستانس بررسی شده است، می خواهیم با مدلسازي رله دیستانس با الگوریتم هاي فوریه تمام سیکل و الگوریتم حداقل مربعات با حذف DC و شبیه سازي UPFC به روشPWM تاثیر UPFC را بر نواحی 1و2و3 بررسی کرده و روشی جهت تنظیم رله هاي دیستانس ارائه نمائیم.
- 3 شرح مسئله
در واقع مشکلاتی که عنوان شد - درنظر گرفتن مدل ریاضی و ساده بودن شبکه مورد بحث - و همچنین نبودن الگوریتمهاي قوي حفاظتی باعث شده است که در مورد تنظیم شبکه درحضور UPFC نیاز به باز بینی کلی شود. تمامی این مقالات به تأثیرUPFC بر روي ناحیه 1 رلههاي دیستانس پرداختهاند.
تاثیر UPFC بر تنظیمات رله دیستانسمدلهاي در نظر گرفته شده در آنها اغلب مدلهاي ریاضی میباشد. همچنین شبکهاي که در نظر گرفته شده است، شبکه بسیار ساده میباشد. در واقع براي پیدا کردن تĤثیر دقیق UPFC بر روي رله هاي حفاظتی، احتیاج به یک روند کامل براي مدلسازي رله و مدلسازي UPFC به صورت شبیهسازي نرمافزاري میباشد. در مرجع [5] مدل UPFC به صورت شکل - 1 - آورده شده است:
شکل - - 1 - مدل در نظر گرفته شده براي UPFC
در این مدل ، یک امپدانس و یک منبع جریان و یک منبع ولتاژ به جاي UPFC قرار میگیرد. پس در این مدل دیگر بحث سوئیچینگ وجود ندارد. مدل کنترلی براي این UPFC به صورت امپدانس ثابت است. این بدان معنی است که UPFC
طوري پارامترهاي خود را تغییر میدهد که امپدانس دیده شده را ثابت نگاه میدارد. . نتیجهگیري اینگونه بوده است که امپدانس مورد بحث، میتواند زمان عملکرد رله دیستانس را تغییر دهد.در مرجع [6] مدل UPFC به صورت شکل - 2 - است.
شکل - - 2 - مدل در نظر گرفته شده براي UPFC
در این مدل UPFC ، از سوئیچینگ 48 پالسه براي مدلسازي
UPFC استفاده شده است. حالتهاي کنترل به صورت کنترل توان اکتیو و کنترل توان راکتیو و حالت جبران ولتاژ است. از دید شبکه، از شبکه دو ماشینه استفاده شده است.براي مدل رله،از رابطه ریاضی استفاده شده است. خطا در حالت سهفاز و دوفاز مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله اثر روشهاي مختلف کنترل بر امپدانس بدست آمده از دید ناحیه 1 رله دیستانس در حضور UPFC مورد بررسی قرار گرفته است.نتیجه آنکه مدلسازي ریاضی براي محاسبات امپدانس UPFC ، هم دقیق نیست و هم بسیار پیچیده است. چون در بسیاري از مدلهاي ریاضی، سیستم کنترل UPFC نمیتواند بدرستی مدل شود
-4 روش جدید
براي اینکه نامعادلات مربوط به تنظیم رله با حضور UPFC، بدست آید و مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد، نیاز است که تأثیر UPFC را بر روي ناحیهها ي 1 و 2 و 3 رله دیستانس مورد ارزیابی قرار دهیم براي ارزیابی عملکرد رله دیستانس در حضورUPFC ، نیاز به تعریف دو فاز جدید می باشد. اول مدل سازي رله دیستانس و دیگري مدلسازي. UPFC مدلسازي ریاضی براي محاسبات امپدانس UPFC ، هم دقیق نیست و هم بسیار پیچیده است. چون اولا در بسیاري از مدلهاي ریاضی، سیستم کنترل UPFC نمیتواند بدرستی مدل شود.
این بدان دلیل است که سوئیچینگ کلیدهاي UPFC بر اساس کنترل ولتاژ یا توان نقاط مختلفی صورت میگیرد و دخیل کردن آنها در شبیهسازیهاي ریاضی مدلی بسیار پیچیده را نتیجه میدهد. از طرف دیگر، یکی از مطالب بسیار مهم در امپدانس UPFC ، بحث دینامیک UPFC میباشد. با کمی دقت بر روي عملکرد رله دیستانس مشخص میشود که در نظر نگرفتن دینامیک UPFC و محاسبه امپدانس آن، تقریبا راهی بیهوده براي هماهنگی میباشد. شبیه سازي باید بگونهاي باشدکه براي محاسبات ناحیه 1 و 2 و 3 مورد قبول باشد. از آنجا که ناحیه 1 رله دیستانس در کمتر از چند میلیثانیه باید عمل کند،
مدلسازي ها باید حالات گذرا را هم بپوشاند. از این رو باید از مدلهاي شبیهسازي شده UPFC به جاي مدلهاي ریاضی استفاده گردد. با توجه به مواردي که در بالا گفته شد، احتیاج به یک روش کارا در راستاي کارهاي انجام شده تاکنون در مورد تنظیمات رله ها میباشد.
