بخشی از مقاله
مقدمه
به دلیل غیر خطی بودن مشخصه عملکرد رله هاي اضافه جریان جهت دار، تنظیم این گونه رله ها در شبکه هاي توزیع حلقوي بهم پیوسته نسبتا پیچیده می باشد. در این مقاله ابتدا یک تابع هدف مناسب جهت بهینه سازي تنظیمات رله ها ارائه می شود. سپس بمنظور اعمال محدودیت هاي تنظیمی رله ها، فرآیند بهینه سازي در دو فاز صورت می پذیرد. در هر کدام از این فازها، از دو الگوریتم ژنتیک - GA - و جستجوي الگو - PS - بمنظور بهینه سازي تنظیمات رله ها استفاده می شود. نتایج استفاده از این دو الگوریتم بر روي یک شبکه نمونه ارائه شده و مورد مقایسه قرار می گیرد.
در شبکه هاي توزیع از رله هاي اضافه جریان هم بعنوان رله اصلی و هم بعنوان رله پشتیبان استفاده می شود اما در شبکه هاي انتقال، این رله ها تنها جهت حفاظت پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرند.[1] در شبکه هاي حلقوي بهم پیوسته و بزرگ، هماهنگ کردن رله هاي اضافه جریان کار بسیار پیچیده اي می باشد که معمولا بدلیل غیر خطی بودن مشخصه رله ها و وجود قیود بسیار زیاد در مسئله بهینه سازي، نمی توان از روشهاي بهینه سازي معمولی استفاده نمود.
اگر Iset رله ها بعنوان یک متغیر گسسته در نظر گرفته شود به یک مسئله برنامه ریزي غیر خطی عدد صحیح1 می رسیم و اگر Iset ثابت در نظر گرفته شود تبدیل می گردد.[2] در [3] و [4] جهت حل مسئله بهینه سازي از برنامه ریزي خطی استفاده شده است. اما چون استفاده از برنامه ریزي خطی مستلزم خطی سازي مشخصه رله ها می باشد بنابراین نتیجه حاصله با تقریب همراه است. برنامه ریزي غیر خطی روش دیگري است که در [5] جهت حل مسئله بهینه سازي تنظیمات رله هاي اضافه جریان مورد استفاده قرار گرفته است.
امروزه با افزایش سرعت پردازشگرها، روشهاي مبتنی بر هوش مصنوعی بصورت گسترده اي در مسائل بهینه سازي مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از معروفترین این روشها الگوریتم ژنتیک - GA - می باشد که در حوزه هاي زیادي کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در [6] از الگوریتم ژنتیک براي حل مسئله بهینه سازي تنظیمات رله ها استفاده شده است. الگوریتم بهینه سازي ازدحام ذرات - PSO - 3 روش دیگري است که در [7] مورد استفاده قرار گرفته است. غیر از روشهاي معمول، برخی از روشهاي ابتکاري [8] 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 هاي تنظیمی رله ها، فرآیند بهینه سازي در دو فاز صورت می گیرد. از 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 جستجوي الگو بهینه می گردد و نتایج حاصل از اجراي این دو روش بر روي یک شبکه نمونه ارائه می شود و میزان موفقیت آن نشان داده می شود.
-2حفاظت اضافه جریان
در شبکه ایران براي خطوط توزیع، معمولا از رله هاي اضافه جریان بعنوان حفاظت اصلی سیستم استفاده می شود، اما در خطوط انتقال و فوق توزیع، این رله ها به تنهایی نمی توانند حفاظت شبکه را تامین نمایند. بنابراین براي حفاظت این خطوط از رله هاي دیستانس و اضافه جریان استفاده می شود. از میان روش هاي حفاظتی موجود، حفاظت اضافه جریان بخاطر سادگی و ارزانی آن بسیار متداول است. بسته به نوع شبکه از نظر شعاعی یا حلقوي بودن آن و همینطور سطح ولتاژ شبکه، می توان از انواع مختلف این رله، شامل رله اضافه جریان زمان ثابت، رله زمانی معکوس، رله هاي آنی و یا ترکیبی از آنها را استفاده نمود.
-1-2حفاظت اصلی و پشتیبان
رله هاي موجود در سیستم، ممکن است به دلایل مختلفی عمل نکنند. به این دلیل، معمول است که حفاظت اولیه با سیستم هاي دیگر حمایت شود تا عمل سیستم اصلی کامل شده و امکان اشتباه در برطرف کردن خطا از سیستم مینیمم گردد - شکل . - - 1 - لازم است که رله پشتیبان آهسته تر از حفاظت اصلی عمل کند. بر حسب ترکیب سیستم حفاظتی شبکه، این رله قدرت تشخیص کمتري نسبت به حفاظت اصلی دارد. در مورد شبکه هاي توزیع، از حفاظت پشتیبان در نقطه اي 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 متفاوتی طراحی شوند به طوري که عوامل غیر معمول که باعث اشتباه یکی از آنها می شود بر دیگري تاثیري نداشته باشد.[9]
-2-2قیود مسئله هماهنگی رله هاي اضافه جریان
جهت دار
جریان قطع هر رله داراي یک مقدار مینیمم و یک مقدار ماکزیمم می باشد که در رابطه - 1 - نشان داده شده است. این مقادیر بر اساس ماکزیمم جریان عبوري از رله و نیز تنظیم قابل دسترس موجود در رله تعیین می شوند.[10] این مقدار مینیمم و ماکزیمم معمولا 1.2 و 2 برابر جریان نامی گذرنده از رله در حالت عادي شبکه در نظر گرفته می شوند. بصورت مشابه، زمان تاخیر رله ها نیز داراي یک مقدار مینیمم و یک مقدار ماکزیمم می باشند که بر اساس مشخصه زمان-جریان رله تعیین می گردد - رابطه . - - 2 - هر دو سري از محدودیت ها براي تمام فازهاي بهینه سازي لحاظ می شوند.
زمان عملکرد رله هاي پشتیبان، بایستی بزرگتر از زمان عملکرد رله هاي اصلی به ازاي همان محل خطا باشد که براي این کار از زمان هماهنگی رله ها - CTI - 4 استفاده می شود. مقدار CTI بر اساس تجربیات مهندسی شرکت هاي توزیع تعیین می گردد که شامل زمان مرده در رله ها، زمان عملکرد بریکر و نیز حاشیه امنیت لحاظ شده براي خطاي رله می باشد.[10] این مقدار براي رله هاي الکترومکانیکی معمولا بین 0.3 تا 0.4 لحاظ می شود.[7]
