مقاله تنظیم بهینه رله های اضافه جریان جهت دار با استفاده از الگوریتم های ژنتیک و جستجوی الگو

word قابل ویرایش
20 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تنظیم بهینه رله های اضافه جریان جهت دار با استفاده از الگوریتم های ژنتیک و جستجوی الگو

-۱مقدمه
به دلیل غیر خطی بودن مشخصه عملکرد رله های اضافه جریان جهت دار، تنظیم این گونه رله ها در شبکه های توزیع حلقوی بهم پیوسته نسبتا پیچیده می باشد. در این مقاله ابتدا یک تابع هدف مناسب جهت بهینه سازی تنظیمات رله ها ارائه اعمالمی شود. سپس بمنظور محدودیت های تنظیمی رله ها، فرآیند بهینهدوسازی در فاز صورت می پذیرد. در هر کدام از این فازها، از دو الگوریتم ژنتیک (GA) و جستجوالگوی (PS) بمنظور بهینه سازی تنظیمات رله ها استفاده می شود. نتایج استفاده از این دو الگوریتم بر روی یک شبکه نمونه ارائه شده و مورد مقایسه قرار می گیرد.
در شبکه های توزیع از رله های اضافه جریان هم بعنوان رله اصلی و هم بعنوان رله پشتیبان استفاده می شود اما در شبکه های انتقال، این رله ها تنها جهت حفاظت پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرند.[۱] در شبکه های حلقوی بهم پیوسته و بزرگ، هماهنگ کردن رله های اضافه جریان کار بسیار پیچیده ای می باشد که معمولا بدلیل غیر خطی بودن مشخصه رله ها و وجود قیود بسیار زیاد در مسئله بهینه سازی، نمی توان از روشهای بهینه سازی معمولی استفاده نمود. اگر Iset رله ها بعنوان یک متغیر گسسته در نظر گرفته شود به یک مسئله برنامه ریزی غیر خطی عدد صحیح۱ می رسیم و اگر Iset ثابت در نظر گرفته شود مسئله هماهنگی رله ها به یک مسئله برنامه ریزی خطی۲ تبدیل می گردد.[۲] در [۳] و [۴] جهت حل مسئله بهینه سازی از برنامه ریزی خطی استفاده شده است. اما چون استفاده از برنامه ریزی خطی مستلزم خطی سازی مشخصه رله ها می باشد بنابراین نتیجه حاصله با تقریب همراه است.
برنامه ریزی غیر خطی روش دیگری است که در [۵] جهت حل مسئله بهینه سازی تنظیمات رله های اضافه جریان مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه با افزایش سرعت پردازشگرها، روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی بصورت گسترده ای در مسائل بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از معروفترین این روشها الگوریتم ژنتیک (GA) می باشد که در حوزه های زیادی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در [۶] از الگوریتم ژنتیک برای حل مسئله بهینه سازی تنظیمات رله ها استفاده شده است. الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات۳روش((PSO دیگری است که در [۷] مورد استفاده قرار گرفته است. غیر از روشهای معمول، برخی از روشهای ابتکاری [۸] نیز جهت حل مسئله هماهنگی رله ها مورد استفاده قرار گرفته اند که به نوبه خود قابل تامل می باشند.

در این مقاله، جهت لحاظ نمودن محدودیت های تنظیمی رله ها، فرآیند بهینه سازی در دو فاز صورت می گازیرد.
آنجا که تعریف تابع هدف مناسب، در رسیدن به جواب بهینه تاثیر بسزایی دارد یک تابع هدف مناسب پیشنهاد می گردد. مسئله مورد نظر با استفاده از الگوریتم ژنتیک و نیز الگوریتم جستجوی الگو بهینه می گردد و نتایج حاصل از اجرای این دو روش بر روی یک شبکه نمونه ارائهشود می و میزان موفقیت آن نشان داده می شود.

-۲حفاظت اضافه جریان
در شبکه ایران برای خطوط توزیع، معمولا از رله های اضافه جریان بعنوان حفاظت اصلی سیستم استفاده می شود، اما در خطوط انتقال و فوق توزیع، این رله ها به تنهاتوانندیی نمی حفاظت شبکه را تامین نمایند. بنابراین برای حفاظت این خطوط از رله های دیستانس و اضافه جریان استفاده می شود. از میان روش های حفاظتی موجود، حفاظت اضافه جریان بخاطر سادگی و ارزانی آن بسیار متداول است. بسته به نوع شبکه از نظر شعاعی یا حلقوی بودن آن و همینطور سطح ولتاژ شبکه، می توان از انواع مختلف این رله، شامل رله اضافه جریان زمان ثابت، رله زمانی معکوس، رله های آنیو ی ا ترکیبی از آنها را استفاده نمود.

-۱-۲حفاظت اصلی و پشتیبان
رله های موجود در سیستم، ممکن است به دلایل مختلفی عمل نکنند. به این دلیل، معمول است که حفاظت اولیه با سیستم های دیگر حمایت شود تا عمل سیستم اصلی کامل شده و امکان اشتباه در برطرف کردن خطا از سیستم مینیمم گردد(شکل .((۱) لازم است که رله پشتیبان آهسته تر از حفاظت اصلی عمل کند. بر حسب ترکیب سیستم حفاظتی شبکه، این رله قدرت تشخیص کمتری نسبت به حفاظت اصلی دارد. در مورد شبکه های توزیع، از حفاظت پشتیبان در نقطه ای دور و با تاخیر زمانی استفاده می شود.
در حالت ایده آل، یک سیستم حفاظتی پشتیبان باید کاملا مستقل از حفاظت اصلی باشد. مناسب است که حفاظت اصلی و پشتیبان بر اساس اصول متفاوتیبهطراحی شوند طوری که عوامل غیر معمول که باعث اشتباه یکی از آنها می شود بر دیگری تاثیری نداشته باشد.[۹]

شکل :(۱) یک رله اصلی و چندین رله پشتیبان
-۲-۲قیود مسئله هماهنگی رله های اضافه جریان
جهت دار
جریان قطع هر رله دارای یک مقدار مینیمم و یک مقدار ماکزیمم می باشد که در رابطه (۱) نشان داده شده است. این مقادیر بر اساس ماکزیمم جریان عبوری از رله و نیز تنظیم قابل دسترس موجود در رله تعیین می شوند.[۱۰] این مقدار مینیمم و ماکزیمم معمولا ۱٫۲ و ۲ برابر جریان نامی گذرنده از رله در حالت عادی شبکه در نظر گرفته می شوند. بصورت مشابه، زمان تاخیر رله ها نیز دارای یک مقدار مینیمم و یک مقدار ماکزیمم می باشند که بر اساس مشخصه زمان-جریان رله تعیین می گردد(رابطه (.((۲
سری از محدودیت ها برای تمام فازهای بهلحاظینهسازی می شوند.

زمان عملکرد رله های پشتیبان، بایستی بزرگتر از زمان عملکرد رله های اصلی به ازای همان محل خطا باشد که برای این کار از زمان هماهنگی رله ها(CTI) 4 استفاده می شود. مقدار CTI بر اساس تجربیات مهندسی شرکت های توزیع تعیین می گردد که شامل زمان مرده در رله ها، زمان عملکرد بریکر و نیز حاشیه امنیت لحاظ شده برای خطای رله می باشد.[۱۰] این مقدار برای رله های الکترومکانیکی معمولا بین .۳تا۰٫ ۴ ۰ لحاظ می شود.[۷]

در این رابطه ti ، زمان عملکرد رله اصلی i ام به ازای خطا در ناحیه حفاظتی آن رله، و t j,i زمان عملکرد رله پشتیبانj ام، به ازای خطا در ناحیه حفاظتی رله اصلی i ام می باشد که با استفاده از رابطه (۴) بدست آورده می شود.

در این رابطه ، جریان خطای گذرنده از رله پشتیبان j ام به ازای خطا در ناحیه حفاظت رله اصلی i ام می باشد.
TDS زمان تنظیمی رله، IP جریان تنظیمی آنها و ضرایب A، B و C ثابتهایی هستند که به مشخصه و نوع رله بستگی دارند.
-۳-۲تابع هدف پیشنهادی جهت حل مسئله بهینه سازی
در این مقاله جهت حل مسئله بهینه سازی تنظیمات رله ها، یک تابع هدف مناسب پیشنهاد می گردد که در رابطه (۵) بیان شده است.

که در این رابطه:
: t i زمان عملکرد رله i ام به ازای خطای نزدیک به رله i ام.

: tb , t m به ترتیب زمان عملکردجفت رله های اصلی و پشتیبان به ازای خطای در ناحیه حفاظتی رله اصلی i ام.
: CTI زمان هماهنگی بین رله ها که در این مقاله برابر ۰٫۳ در نظر گرفته می شود.
 ۳ ,  ۲ ,  ۱ :پارامترهای کنترل کننده یا ضرایب وزنی
 ۳ ,  ۲ :پارامترهایی که جهت تداخل عملکرد رله ها در نظر گرفته می شوند.
F2 , F1 :به ترتیب بیانگر خطای نزدیک به رله اصلی و خطای پیش آمده در انتهای ناحیه حفاظتی رله اصلی می شکل باشد (.((۱)
در این تابع، زمان عملکرد رله های اصلی و پشتیبان به ازای خطاهای ابتدا و انتهای ناحیه حفاظتی رله اصلی در نظر گرفته می شود. با استفاده از این تابع هدف، تنظیم رله ها بگونه ای صورت می گیرد که به ازای وقوع خطا در تمامی نواحی حفاظتی رله های اصلی، زمان هماهنگی بین تمام رله های اصلی و پشتیبان از محدوده مجاز خود خارج نشوند.
استفاده از این تابع هدف باعث می گردد قید زمان هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان در درون تابع هدف وارد گردد و در نتیجه وارد کردن آن بعنوان یکی از قیود مسئله، مورد نیاز نباشد که این باعث کوچکی حجم مسئله بهینه سازی می گردد.
در این مقاله، برای حل مساله بهینه سازی، مقدار ضرایب به ترتیب برابر ۱۰۰، ۱۰۰نظرو ۰٫۱ در گرفته می شوند. ضرایب نیز هر دو برابر ۱۰۰ در نظر گرفته می شوند.
-۲-۳الگوریتم جستجوی الگو
روش جستجوی الگو (PS) برای حل مسائل بهینهسازی که داری تعداد زیادی شرط خطی و غیرخطی هستند، مورد استفاده قرار میگیرد. در ایشاخصنروش، حداقل دو ورودی مورد نیاز می باشد، که عبارتند از : تابع هدف و نقطهی اولیه. الگوریتم مورداستفاده در این روش، الگوریتم Direct Search است. روش حل در این الگوریتم به شرح زیر است:
اگر n طول بردار x باشد،توسطیک فضای n بعدی، n+1 بردار متمایز از آن فضا مشخص میشود. که اینبردارn+1 متمایز رئوس آن فضا هستندمثلاً. فضای دو بعدی توسط مثلث و فضای سه بعدی توسط هرم مشخص میشوند. در هر مرحله از جستجو، یک نقطه در داخل یا مجاورت آن فضا تولید میشود و مقدار تابع در نقطه جدید با مقدار تابع در رئوس موجود، در آن فضا مقایسه میشودمعمولاً. مقدار یکی از رئوس جایگزین نقطه جدید میشود و فضای جدیدی تولید مینماید. مراحل فوق آن قدر تکرار میشود تا قطر فضا به کمتر از حد مجاز تعیینشده برسد.

-۳بهینه سازی تنظیم رله ها

-۱-۳الگوریتم ژنتیک
الگوریتم ژنتیک یکی از زیر مجموعه های محاسبات تکامل یافته است که رابطه مستقیمی با هوش مصنوعی دارد.
الگوریتم ژنتیک را می توان یک روش جستجوی کلی نامید که از قوانین تکامل بیولوژیک طبیعی تقلید می کند. الگوریتم ژنتیک بر روی یکسری از جوابهای مسئله به امید بدست آوردن جواب های بهتر، قانون بقای بهترین را اعمال می کند. در هر نسل به کمک فرآیند انتخابی متناسب با ارزش جوابها و تولید مثل جوابهای انتخاب شده به کمک عملگرهایی که از ژنتیک طبیعی تقلید شده اند، تقریب های بهتری از جواب نهایی بدست می آید این فرآیند باعث می شود که نسل های جدید با شرایط مسئله سازگارتر باشند.
-۳-۳الگوریتم مورد استفاده جهت حل مسئله
بهینه سازی
در این مقاله، جهت حل مسئله هماهنگی بهینه رله ها، عملیات بهینه سازی در دو فاز صورت می گیرد (شکل .((۲) ابتدا در فاز۱ ، مقادیر I P و TDS بعنوان کمیت هایی پیوسته و مجهول در نظر گرفته می شوند. عملیات شبیه سازی صورت می گیرد. جریان خطای گذرنده از رله های اصلی و پشتیبان به ازای خطا های نزدیک به رله اصلی(نقطه F1 در شکل((۱ برای رله (i و نیز خطاهای نزدیک به انتهای ناحیه حفاظتی رله اصلی(نقطه F2 در شکل (۱) برای رله (i،
به ازای همه زوج رله های اصلی و پشتیبان اندازه گیری می شود. این کار با استفاده از نرم افزار DigSilent انجام می شود. با مشخص بودن جریان رله ها، و نیز مشخصه مورد استفاده در رله ها، عملیات بهینه سازی تنظیمات رله ها صورت می گیرد. برای این منظور یک برنامه بهینه سازی در نرم افزار MATLAB نوشته شده است. مسئله مورد نظر با استفاده از الگوریتم ژنتیک و نیز الگوریتم جستجوی الگو بهینه می گردد. با اعمال الگوریتم های مذکور به مسئله بهینه سازی، مقادیر I P و TDS همه رله ها بدست آورده می شود. سپس در فاز۲ فرآیند بهینه سازی، جریان تنظیمی رله ها ( I P ها ) با توجه به مقادیر قابل تنظیم توسط رله ها گرد می شوند. عملیات بهینه سازی دوباره با فرض مشخص بودن جریان تنظیمی رله ها، جهت یافتن مقادیر زمانی تنظیم رله ها TDS) ها) انجام می گیرد.

شکل : (۲ ) فلوچارت پیشنهادی جهت حل مسئله بهینه سازی
برای حل مساله بهینه سازی تنظیم رله ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک و یا جستجوی الگو (PS)، بایستی ابتدا پارامترهای تنظیمی رله ها کدگذاری شوند. همانگونه که در شکل (۳) نشان داده شده است رشته ای از کروموزوم ها برای کدگذاری متغیرها در الگورشدهیتم ژنتیک استفاده است. این کروموزوم ها شامل جریانهای تنظیمی رله ها و تنظیمات زمانی آنها به ازای تمامی رله های موجود در شبکه می باشند. برای الگوریم جستجوی الگو نیز برداری مشابه شکل (۳) در نظر گرفته شده است.

شکل (۳) :رشته ی پیشنهادی برای کدگذاری متغیرها
-۴مطالعه موردی
شبکه مورد مطالعه، شبکه ۸ شینه موجود در شکل (۴) می باشد. سیستم بهمراه همه جزییات آن در نرم افزار DigSilent پیاده سازی شده است. اطلاعات خطوط و بارهای این شبکه به ترتیب در جداول (۱) و (۲) نشان داده شده است. ژنراتورهای موجود در این شبکه یکسان بوده و دارای راکتانس گذرای ۱۵% می باشند. این مقدار بر حسب توان نامی ژنراتورها (S=150MVA) بیان شده است. سطح ولتاژ این ژنراتورها برابر ۱۰kV می باشد. ترانسموردهای استفاد در این شبکه نیز یکسان بوده و دارای راکتانس ۴% می باشد. این مقدار نیز بر حسب توان ترانسها که برابر S=150MVA می باشد بیان شده است.
هر کدام از فیدرهای توزیع توسط ۲ رله اضافه جریان جهت دار حفاظت می شوند که یکی از آنها در ابتدای فیدرو دیگری در انتهای آن نصب می گردند. تمام فیدرهایی که نیاز به حفاظت داشته باشند، حفاظت شده اند. همانگونه که در شکل (۴) نیز نشان داده شده است در این سیستم تعداد ۱۴ رله اضافه جریان مورد استفاده قرار گرفته است. فرض شده است که همه رله ها مشابه باشند و همگی از منحنی استاندارد IEC 255-3 استفاده کنند. این مشخصه از رابطه (۴) پیروی می کند. مقادیر ثوابتترتیبA،B و C به ۰٫۱۴ ، و۰٫ ۰۲ ۰ می باشند.
برای تنظیم جریان رله های اضافه جریان، تپ های از ۵تا.۰ ۲٫۵ و به فاصله ۰٫۲۵ در نظر گرفته شده اند. فرض شده است که زمان تنظیمی رله ها نیز در محدوده ۰٫۰۵ تا ۱٫۳ قابل تنظیم باشند.

-۱-۴فاز ۱ فرآیند بهینه سازی
در ابتدا بایستی تمامی جفت رله های اصلی و پشتیبان موجود در شبکه مشخص شوند. خطا در نزدیکی تمام رله های اصلی و نیز در انتهای ناحیه حفاظتی رله های اصلی گذاشته شده و جریان گذرنده از رله های اصلی و پشتیبان به ازای همان خطا محاسبه می گردد.
با در نظر گرفتن تابع هدف (۵)، فاز۱ فرآیند بهینه سازی تنظیمات رله ها آغاز می گردد. در این فاز، مقادیر مجهول I P و TDS بصورت پیوسته فرض می شوند.
عملیات بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و الگوریتم جستجوی الگو انجام می شود. نتایج مربوط به اعمال این دو الگوریتم بر مسئله بهینه سازی در جدول (۳) نشان داده شده است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 20 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد