بخشی از مقاله
چکیده:
پیشرفت سریع سیستمهای مخابراتی در جهان و ابداع PMUها, تحول عظیمی در پایش و کنترل شبکههای گسترده و به هم پیوسته قدرت ایجاد کرده است. بطوریکه در آینده نزدیک سیستم سریع کنترل هماهنگ شبکه که قادر به محدودسازی ادامه اغتشاشات وارده و ممانعت از بروز ناپایداریهاست، بطور قطع جایگزین روشهای معمول و کم اثر کنترل محلی و امکانات محدود سیستمهای فعلی SCADA برای ایجاد سیستمهای کنترل زمان واقعی شبکههای قدرت خواهد شد.
واحد اندازهگیری فازوری یک دستگاه نمایشدهنده بوده که در اواخر دهه 1980 میلادی ابداع شد. این واحد با استفاده از سیگنال سنکرونکننده که غالباً از طرف سیستم موقعیت یاب جهانی - GPS - صادر میشود، قادر به اندازهگیری فازور ولتاژ و فازور جریان خطوط در یک شین است. ساختار اصلی یک واحد اندازهگیری فازوری - PMU - از یک پردازشگر سیگنال دیجیتالرتشکیلرشدهراست.
این پردازشگر دیجیتالی از سیگنالهای ولتاژ و جریان با نرخ 2880 نمونه در هر ثانیه نمونهبرداری میکند. که این نرخ معادل 48 نمونه در هر سیگنال است. محل و تعداد مناسب برای نصب واحدهای اندازه گیر فاز میتواند در رویت پذیری و مشاهده پذیر بودن سیستم قدرت تاثیر داشته باشد. لذا در این پروژه هدف, استفاده از الگوریتم مهاجرت پرندگان به منظور یافتن تعداد و محل بهینه برای مشاهده پذیری خطا در شبکه قدرت میباشد. نرم افزار استفاده شده, مطلب میباشد که از محیط MFILE به این منظور استفاده گشته است.
-1 مقدمه
در سیستم قدرت، خطوط انتقال وفوق توزیع شریانهای حیاتی هستند که وظیفه انتقال پیوسته انرژی از نیروگاه ها به مصرف کننده ها را برعهده دارند. بنابراین مکان یابی خطا در خطوط انتقال، مساله ای مهم وشناخته شده است. بادر نظر گرفتن مسایل اقتصادی و نیز حجم توان انتقالی اهمیت مکان یابی خطا درخطوط انتقال بیشتر خواهد شد. تعین دقیقتر مکان خطا،کار جستجو وتعمیرات و بازیابی خطوط را ساده تر می نماید. بازیابی سریعتر خطوط میزان نارضایتی مصرف کننده،زمان خروج خطوط هزینه تعمیرات را کاهش می دهد.
امروزه با وجود ادوات ارتباطی مخابراتی بین وسایل اندازه گیری امکان استفاده از سیگنال سنکرون کننده ماهواره های سیستم مکان یابی جهانی فراهم شده و این اندازه گیرها فازورهای توالی مثبت ولتاژو جریان را به صورت سنکرون در نقاط مختلف شبکه اندازه می گیرند. تاکنون به منظور تعیین محل خطا از ثبات های دیجیتال خطا که درپست ها نصب می شوند استفاده شده است. تلاش برای تعیین محل خطا با استفاده ازاطلاعات ضبط شده توسط ثبات های دیجیتال خطا مربوط به یک طرف خطا ، در بعضی حالات منجر به پاسخ دقیق نخواهد شد.
-2 تحلیل مشاهده پذیری بر مبنای PMU
به طور کلی مشاهده پذیری سیستم قدرت به معنی محاسبه متغیر های شبکه به منظور تخمین حالت سیستم می باشد و در صورتی که داده های مورد نیاز برای تخمین حالت موجود نباشد شبکه مشاهده پذیر نخواهد بود. متغیر های شبکه معمولا فازور ولتاژ شین ها تلقی می شود. به طور کلی مشاهده پذیری به دو صورت عددی و توپولوژیکی قابل تقسیم است.
-3 مدل خطی سیستم با PMU
در روش عددی برای اینکه بتوان تعریفی ریاضی برای مشاهده پذیری به دست آورد، باید مدلی ریاضی برای سیستم قدرت مورد نظر و یا اندازه گیری های آن به دست آورد. مدل خطی اندازه گیری که در اکثر تخمین حالت ها مورد استفاده قرار می گیرد به صورت زیر تعریف می شود.
در این مدل بردار Z شامل m اندازه گیری از فازور ولتاژ و جریان خطوط می باشد، X بردار حالت N بعدی، H ماتریس ثابت ژاکوبین اندازه گیری ها بوده و e بردار خطای اندازه گیری به صورت m 1 میباشد.
-4 روش توپولوژیکی تحلیل مشاهده پذیری
روش دیگر بررسی مشاهده پذیری شبکه ، روش توپولوژیکی می باشد. در این روش تحلیل مشاهده پذیری بر مبنای اصول زیر می باشد:
الف - شین هایی که واحد های اندازه گیر فاز روی آنها قرار گرفته ، دارای فازور ولتاژ معلوم می باشند - ولتاژ مستقیما توسط واحد های اندازه گیر فاز اندازه گیری می شود - . همچنین جریان خطوطی که به این شین دارای واحد های اندازه گیر فاز متصل هستند نیز اندازه گیری می شود.
ب - در صورتی که فازور ولتاژ یک شین و جریان خطی که متصل به شین مذکور است مشخص باشد ، ولتاژ شین طرف دیگر نیز قابل محاسبه است.
ج - در صورتی که ولتاژ شین های دو سر یک خط مشخص باشد، آنگاه جریان آن خط قابل محاسبه می باشد.
د - در صورتی که جریان تمام خطوط منتحی به شین تزریق صفر بجز یکی مشخص باشد، به دلیل قانون KCL فازور جریان نامعلوم قابل محاسبه است.
بر مبنای اصول ذکر شده فازور ولتاژ شینی که واحد اندازه گیر فاز روی آن نصب شده است همچنین جریان تمام شاخههایی که به آن شین وارد می شود ، به طور مستقیم اندازه گیری می شود. بنابراین شین هایی که در آنها واحد های اندازه گیر فاز نصب شده است دارای مشاهده پذیری مستقیم هستندو شین هایی که به شین دارای واحد های اندازه گیر فاز متصل می باشند دارای مشاهده پذیری غیر مستقیم می باشند و شین هایی که ارتباطی با شین دارای واحد های اندازه گیر فاز ندارند غیر مشاهده پذیر هستند.
سیستم قدرت نمایش داده شده در شکل 11 وضعیت شین ها از نظر مشاهده پذیری را شرح می دهد. در شکل 1 ، شبکه دارای 7 شین است که از A تا G نامگذاری شده اند. فرض می کنیم که 2 واحد اندازه گیر فاز در شین های B و F مستقیما مشاهده پذیر هستند. شین های A ، C ، E و G به شین های B و F اتصال دارند، در نتیجه این شین ها غیر مستقیم مشاهده پذیر می باشند. شین D هیچ ارتباطی با شین های دارای واحد های اندازه گیر فاز ندارد پس این شین غیر مشاهده پذیر خواهد بود و در نتیجه این سیستم مشاهده پذیر کامل نیست. در این بخش از روش توپولوژیکی برای تحلیل مشاهده پذیری استفاده شده است که در قسمت بعد تشریح شده است.
نیاز برای مشاهده پذیری سیستم را به دست آورد. همانطوری که قبلا ذکر شده ، دو هدف مشاهده پذیری شبکه برای تخمین حالت و کاهش تعداد واحد های واحد اندازه گیر فاز دو هدف اساسی محسوب می شوند .
برای یک سیستم n شینه مسئله جایابی بهینه با فرمول زیر بیان می شود:
به طوریکه x یک متغیر باینری است که به صورت زیر تعریف می شود:
هزینه واحد اندازه گیر فاز نصب شده در شین i می باشد و f - x - تابعی است که قید مشاهده پذیری هر شین شبکه را نشان می دهد.
در ادامه نشان خواهیم داد که در صورتی که برای هر شین آن شین مشاهده پذیر خواهد بود. برای توصیف مطالب از یک شبکه هفت شینه آموزشی استفاده کرده ایم که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 1 نحوه مشاهده پذیری شین های شبکه توسط واحد های اندازه گیر فاز
-5 فرمول بندی مسئله جایابی PMU برای مشاهده پذیری سیستم
واحد اندازه گیری فاز نصب شده در یک شین قادر است فازور ولتاژ آن شین و همچنین فازور جریان کلیه شاخه هایی که به آن شین متصل هستند را محاسبه کند. بنابر این با نصب واحد اندازه گیر فاز در نقاط استراتژیک شبکه می توان اطلاعات مورد نظر را به دست اورد.
شکل 2 سیستم نمونه هفت شینه
