بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تعيين محل خطا در خطوط انتقال جبران شده
چکيده
اين مقاله يک الگوريتم جديد مکان يابي دقيق خطا مبتنيبر مدل خط توزيع شده در حوزه زمان براي خط انتقال جبران شده با ادوات FACTS سري ارائه ميکند. در الگوريتم پيشنهادي، به منظور تخمين افت ولتاژ در سراسر دستگاه سري در طول دوره خطا، مدل دستگاه سري و شناخت درباره حالت عملکرد دستگاه جبران کننده استفاده نميشوند، به همين دليل ، روش پيشنهادي ميتواند به آساني براي هر خط جبران شده FACTS سري اعمال شود. نمونه هاي ولتاژ و جريان در هر دو انتهاي خط به طور همزمان گرفته ميشود و براي محاسبه محل و مقاومت خطا بکار برده ميشوند. الگوريتم پيشنهادي براي مقاومت خطا و زاويه شروع خطا حساس نيست و به هيچ دانشي از امپدانس معادل منبع نياز ندارد. نتايج بدست آمده از شبيه سازيهاي رايانه اي در شرايط عملياتي مختلف دقت بسيار بالا و نيرومندي از الگوريتم را نشان ميدهد.
واژه هاي کليدي الگوريتم مکان يابي خطا، مدل توزيع شده خط در حوزه زمان ، خط انتقال جبران شده .
١- مقدمه
خطوط انتقال جزء اجزاي ضروري سيستم هاي قدرت بوده و حفاظت از آنها براي اطمينان از پايداري سيستم ضروري است . حفاظت از خطوط انتقال حين وقوع اتصال کوتاهها موجب حداقل کردن صدمات به ساير تجهيزات نيز ميگردد. حفاظت از خط انتقال متشکل از ٣ وظيفه ي اصلي يعني شناسايي، طبقه بندي و تعيين محل خطاها است .
تشخيص سريع خطاي خط انتقال ، جداسازي خط معيوب از شبکه و محافظت آن از اثرات مضر خطا را امکان پذير ميکند. طبقه بندي خطا به معناي شناسايي نوع خطا ميباشد. تعيين محل دقيق خطا براي تسهيل و تسريع تعمير و ترميم خط معيوب جهت بهبود قابليت اطمينان ضروري است . چندين الگوريتم براي تعيين محل خطا مطرح و اعمال شده است . برخي از اين روش ها مبتنيبر کاربرد فازورهاي جريان و ولتاژ خط انتقال ميباشند[٧-١]. اين الگوريتم ها فازورهاي جريان و ولتاژ مورد نياز را براي محاسبه ي جزء اصلي ولتاژ و جريان در يک انتها يا دو انتهاي خط بکار ميبرند. در اين الگوريتم ها مدل خط توزيع شده يا فشرده بکار برده ميشوند. الگوريتم هاي محل خطا که مدل فشرده را بکار ميبرند صحت مناسبي در خطوط انتقال کوتاه دارند اما زمانيکه در خطوط انتقال بلند بکار برده ميشوند، خطاهاي قابل ملاحظه اي را بوجود ميآورند. دليل اين امر اين است که روشهاي مذکور اثرات خازني را ناديده ميگيرند. در طول دهه ي اخير ادوات FACTS به عنوان يک راه حل خيلي موثر براي بسياري از مسائل سيستم هاي قدرت بکار برده شده اند. ادوات FACTS ميتوانند به سه نوع زير تقسيم شوند:
• سري
• موازي
• ترکيبي از سري و موازي
ادوات FACTS در حال حاضر براي کاربردهاي مختلف از جمله [٩-٨]:
• افزايش ظرفيت انتقال قدرت خطوط موجود
• بهبود حالت ثابت و محدوديت هاي پايداري ديناميکي
• بهبود ميرايي انواع مختلف نوسانات برق
• بهبود پايداري ولتاژ
• کاهش مسئله ي زير سنکرون رزونانسي
• براي بهبود عملکرد لينک HVDC
بکار برده ميشوند.
در اين موضوع بررسي چندين گزارش براي تأثير ادوات FACTS سري روي عمکرد الگوريتم هاي مکان يابي خطا وجود دارند [١٥].
تقريباً در همه آنها از مدل دستگاه جبران شده براي مکان يابي خطا استفاده شده است . اما با کاربرد اين روش ، خطاها با عدم صحت مدل دستگاه جبران شده يا عدم قطعيت در حالت عملکرد دستگاه جبران شده مواجه شده است [١٤-١٠]. مدل دستگاه جبران شده فرضي است و حالت راه اندازي آن شناخته شده است . روش مطرح شده در رفرنس [١٤] به جبران خازن سري ثابت محدود شده است و نميتواند براي ديگر ادوات FACTS سري جبران شده بکار برده شود، همانند تريستور کنترل شده خازن سري (TCSC). الگوريتم پيشنهاد شده در رفرنس [١٥] از جريان و ولتاژ فازورها استفاده شده است و به مدل دستگاه جبران شده نياز ندارد اما به فيلتر مؤلفه ي DC و مؤلفه هاي هارمونيک نياز دارد. به طورکلي مؤلفه ي DC و فرکانس ديگر اجزا، برخي مسائل را در فرآيند فيلترکردن ايجاد ميکند. يک راه حل ديگر براي اين مشکل کاربرد معادله تفاضلات جزئي مدل خط انتقال است که هيچ نيازي براي فيلترکردن اين اجزا نيست [١٩-١٢,١٦]. در اين روش ها مدل فشرده و يا توزيعي خط انتقال در حوزه زمان ميتواند بکار برده شود. براي دستيابي به صحت بالا در مکان يابي خطاي خطوط انتقال بلند، اعمال مدل توزيعي خط انتقال در حوزه زمان پيشنهاد شده است [١٩-١٦].
اين مقاله يک الگوريتم مکان يابي دقيق خطا را در خط انتقال جبران شده توسط ادوات FACTS سري معرفي ميکند. در الگوريتم مطرح شده از مدل دستگاه جبران کننده استفاده نشده است و نيازي به دانش روش عملکرد جبران کننده نيست . علاوه بر آن اين الگوريتم نيازي به فيلتر DC و ديگر اجزاي فرکانس ندارد که در سيگنال هاي جريان و ولتاژ پيشنهاد شده است . روش پيشنهادي مزيت جريان و ولتاژ نمونه هاي بعدي خطا که به طور همزمان از هر دو انتهاي خط گرفته شدند دربر دارد. علاوه بر آن الگوريتم مطرح شده مستقل از محل و پارامترهاي دستگاه جبران کننده است .
٢- روش پيشنهادي مکان يابي خطا
٢-١- مدلسازي خط انتقال و روش مکان يابي خطاي هر دو انتها
مدل فاز واحد از خط انتقال سه فازه با پارامترهاي توزيعي در شکل ١ نشان داده شده است . S و R نشان داده شده در شکل ١، ارسال و دريافت انتهاي خط را پيشنهاد ميکند و F به عنوان يک نقطه ي دلخواه گرفته ميشود که خطا با مقاومت RF در فاصله از S در امتداد خط رخ ميدهد. مدل توزيعي قسمت SF در شکل ٢ نشان داده شده است [١٦].
ولتاژ و جريان مکان يابي خطا ميتواند بعنوان توابع ارسال شده و ولتاژ و جريان در انتها طبق نمونه محاسبه شود[١٢]:
که :
طور مشابه ولتاژ و جريان نقطه ي خطا بعنوان توابع دريافت و ولتاژ و جريان محاسبه ميشوند و طبق نمونه ذيل ارائه شده است .
که :
به دليل تدوام ولتاژ در امتداد خط انتقال ، معادلات (١) و (٣) ميتوانند ترکيب شوند، در نتيجه داريم :
در معادله بالا تابع F طبق نمونه زیر تعریف میشود
فاصله تا مکان واضحاً در معادله ٥ به نظر نميرسد و در افزايش زمان سپري شدن پنهان شده است . علاوه بر اين به عنوان يک متغيير در معادله ٥ ظاهر نميشود، اما بعنوان يک مقدار ميباشد که به ولتاژ و جريان بستگي دارد. براي تشخيص محل خطا ابتدا معادله گسسته ميشود و سپس مشکل به بهترين شکل حل ميشود.
که :
٣- الگوريتم پيشنهادي مکان يابي براي FACTS سري خط انتقال جبران شده
٣-١- نمونه خطاي متقارن
بدون از دست دادن اصل کلي، فرض ميکنيم که دستگاه جبران کننده در نقطه ي مياني خط انتقال نصب شده است (شکل ٣).
نوع جبران کننده در الگوريتم پيشنهادي مهم نميباشد. ادوات جبران کننده ي خط به ٢ قسمت ، قسمت اول از انتهاي ارسال (S-bus) به سمت چپ جبران کننده (LH-bus) و دومين قسمت از سمت راست جبران کننده (RH-bus) براي انتهاي دريافت (R-bus) خط انتقال تقسيم شده است . در توضيح پايين فرض ميشود خطاياب در انتهاي ارسال نصب ميشود و محل هاي خطا در بخش دوم خط فرض ميشوند.
براي خطاياب ديگر و محل هاي خطا در اولين بخش خطا، توضيحات مشابه ميباشند.
مطابق با توضيح بالا الگوريتم مکان يابي خطا پيشنهادي ٣ مدل توزيع شده در حوزه زمان براي خط انتقال را به شرح زير بررسي ميکند (شکل ٤).
• مدل خط توزيع شده در حوزه زمان از ارسال گذرگاه (S) به سمت چپ جبران کننده (LH).
• مدل خط توزيع شده در حوزه زمان از نقطه ي خطا (F) به ارسال گذرگاه (R)
• روش پيشنهادي محل خطا يک الگوريتم بازگشتي ميباشد
که به شرح زير توصيف شده است :
در ابتدا با کاربرد معـادلات ديفرانسـيل بـا مشـتقات جزئـي از خـط انتقال بلند و داده هاي خطاي ثبت شده در انتهاي ارسال بعنوان شرايط مرزي، ولتاژها و جريان ها پس از خطا در امتداد خط از انتهاي ارسال به سمت چپ تنظيم کننده بدست آورده ميشوند (بعنوان مثـال و محاسبه شده است ). از آنجا کـه ادوات FACTS جبـران کننـده سري جريان فعلي را از طريق آن تحت تأثير قرار نميدهـد، جريـان در سمت چپ ادوات FACTS سري معادل با جريان خارج از سمت راست آن خواهد بود که است . ولي ولتاژ سمت راست جبران کننده (VRH) ناشـناخته اسـت (کـه افـت ولتـاژ ادوات FACTS جبران شده سري ناشناخته است )، فقط براي تکرار اول ما اختلاف بـين ولتاژهاي سمت راست و چپ جبران کننده را براي به دست آوردن مقدار اوليه ي امکان پذير از محل خطا ناديده ميگيريم .
اکنون داده هاي محاسبه شده (بعنوان مثال ولتاژ و جريان در سمت راست جبران کننده در امتداد با داده هاي انتهاي خط دريافت براي حل مسئله ي توصيفي در معادله ي ٧ از
