بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روشی برای جایابی بهینه واحدهای اندازهگیر فازوری با هدف رویتپذیری کامل سیستم قدرت ارائه میشود. بدون شک واحدهای اندازهگیر فازوری نسبت به سیستمهای اندازهگیری متداول داراری مزایای بیشتری از جمله دقت و سرعت بالا و همچنین سنکرون بودن اندازهگیریها میباشد، پس در این مقاله سعی شده از اندازهگیریهای PMU بهجای اندازهگیریهای اسکادا برای تخمینحالت سیستم قدرت استفاده شود.
لذا پس از تحلیل دو روش رویتپذیری عددی و توپولوژیکی به ارائه فرمولبندی مسئله جایابی پرداخته و در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک مکان بهینه برای قرار دادن واحدهای اندازهگیر فازوری در سیستم نمونه IEEE و همچنین در شبکه برق خراسان تعیین میشود.
کلید واژه تخمینحالت، جایابی PMU، رویتپذیری سیستم قدرت، واحدهای اندازهگیر فازوری.
مقدمه
یکی از مسائل مهم در بهرهبرداری هر سیستم قدرتی جایابی درست دستگاههای اندازهگیری میباشد. در واقع قرار دادن دستگاههای اندازهگیری از دو دیدگاه دارای اهمیت میباشد. دیدگاه اول و اساسیتر رویتپذیری سیستم قدرت میباشد، بهعبارتی دیگر دستگاههای اندازهگیری در کدامیک از باسهای سیستم قرار گیرند که سیستم رویتپذیر گردد. رویتپذیری سیستم قدرت بدین معناست که دامنهها و زوایای ولتاژ تمامی باسها در اختیار باشند، چه بهصورت مستقیم از طریق اندازهگیری توسط دستگاههای اندازهگیری و چه غیرمستقیم از طریق محاسبه دامنه و زاویه ولتاژ باسها تخمین زده شوند.
با توجه به دیدگاه اول در بحث جایابی این مسئله مطرح میگردد که دستگاههای اندازهگیری در کدامیک از باسها قرار گیرند تا سیستم رویتپذیر گردد. دیدگاه دوم، بحث دقت تخمینحالت میباشد. تخمینحالت به فرآیندی گفته میشود که طی آن با کمک اندازهگیریهای بهدست آمده توسط دستگاههای اندازهگیری حالتهای سیستم - دامنه و زاویه ولتاژ باسها - بهدست میآیند.
معرفی
به دیدگاه دوم پرداخته شده است، جایگاه این دیدگاه در بحث جایابی این است که دستگاههای اندازهگیری را در کدامیک از باسهای سیستم قدرت قرار داده تا علاوه بر ارضاء قید رویتپذیری به بیشترین دقت تخمینحالت رسید، بهعبارت دیگر مقدار ولتاژهای تخمینزده شده به مقدار ولتاژهای واقعی - ولتاژهای پخشبار - نزدیکتر باشد. مرجع مسئله جایابی PMU را از روش مقید به حساسیت حل کرده است. حساسیت متغیرهای حالت نسبت به مقادیر اندازهگیری برای تمام باسها محاسبه شده و کمترین تعداد PMU توسط روش و با اولویت دادن به باسهای با حساسیت بالاتر جایابی میشوند. مرجع ، حل مسئله جایابی را توسط روش ارائه کرده است.
یک روش جدید برای تحلیل رویتپذیری باسهای تزریق صفر متصل ارائه داده، که این روش توانایی کاهش تعداد PMUها را با حفظ رویتپذیری کامل سیستم دارد. مرجع فرض کرده است که سیستم قدرت دارای یک سری از اندازهگیریهای متداول میباشد که برای رویتپذیری کامل سیستم کافی نمیباشد، لذا برای رویتپذیری کامل سیستم باید تعدادی PMU در شبکه نصب گردد. این مرجع با ترکیب یک روش ابتکاری و روش SA به حل مسئه پرداخته است. در مرجع برای اولین بار مسئله بهینهسازی جایابی PMU توسط یک روش بهینهسازی کلاسیک ارائه شده است. این مرجع مسئله مورد نظر را در قالب فرمولبندی کرده است.
این فرمولبندی در شرایطی که در شبکه باس تزریق صفر وجود نداشته باشد کاملا دقیق بوده و در زمان کمی به پاسخ بهینه سراسری دست مییابد. مرجع مسئله مورد نظر را بهگونهای فرمولبندی کرده که همزمان با یافتن تعداد حداقل PMUها به بیشترین افزونگی نیز میرسد. یکی از مزایای این مراجع در نظر گرفتن شرایط اغتشاش میباشد. فرمولبندی ارائه شده در قالب است و همچنین محدودیتهای اصلی این کار خطی نبودن فرمولبندی و ملاحظه نکردن باسهای تزریق صفر میباشد.
مرجع مکان بهینه نصب PMUها را بهنحوی تعیین مینماید که اطلاعات دریافتی از آنها برای تحلیل دینامیکی سیستم قدرت حداکثر باشد. نویسندگان توصیه کردهاند که باسهای مربوط به خطوط ارتباطی و ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاههای بزرگ مناسبترین باسهای کاندیدای نصب PMU میباشند. در ، قید مسئله جایابی بهینه PMU امکان شناسایی و مکانیابی خطاهای خطوط انتقال میباشد و از روش تئوری گراف و برای حل مسئله استفاده شده است.
این قید مشکلتر از قید رویتپذیری سیستم میباشد و لذا طبق انتظار تعداد مورد نیاز PMU افزایش یافته است. مرجع مکان بهینه نصب PMUها را با در نظر گرفتن امکان شناسایی دادههای خراب و خطاهای توپولوژیکی شبکه تعیین میکند. در این مرجع وجود سیستم SCADA مفروض است. همچنین در هدف از جایابی و نصب PMUها کاهش خطای برنامه تخمینحالت سیستم قدرت در حضور SCADA و با افزایش افزونگی و قوام این برنامه بوده است.
رویتپذیری
برای انجام عمل تخمینحالت ابتدا لازم است بررسی شود که آیا سیستم قدرت رویتپذیر هست، بهعبارت دیگر آیا با مقادیر اندازهگیری موجود در سیستم قدرت میتوان عمل تخمینحالت را انجام داد یا مقادیر اندازهگیری شده کمتر از حد لازم برای انجام تخمینحالت میباشند. سیستم قدرت زمانی رویتپذیر است که براساس تعداد، نوع و محل اندازهگیریها، تمام متغیرهای حالت قابل محاسبه باشد. انواع رویتپذیری برای سیستم قدرت شامل رویتپذیری عددی و رویتپذیری توپولوژیکی میباشد.
تحلیل رویتپذیری توپولوژیکی سیستم قدرت
رویتپذیری توپولوژیکی براساس تئوری گراف و قوانین اصلی مهندسی برق - kcl, kvl - بنا شده است. مقالاتی که در ارتباط با مسئله رویتپذیری مطرح شدهاند، این مسئله را در دو حالت مختلف مورد بررسی قرار دادهاند. حالت اول بررسی رویتپذیری با در نظر گرفتن باس تزریق صفر و حالت دوم بررسی رویتپذیری بدون در نظر گرفتن باس تزریق صفر میباشد. جهت رویتپذیری سیستم قدرت تنها با استفاده از دادههای PMUها قوانین چهارگانهای پیشنهاد شده است. این قوانین به ترتیب زیر میباشند: هر باسی که در آن PMU نصب شده باشد یک فازور ولتاژ باس و به هریک از شاخههای متصل به آن یک فازور جریان اختصاص داده میشود. این قانون در شکل یک نمایش داده شده است.
با توجه به قوانین ارائه شده برای مکانیابی، با صرفنظر از باسهای تزریق صفر، یک باس وقتی رویتپذیر است که یک واحد اندازهگیر فازوری روی آن یا روی یکی از باسهای متصل به آن نصب شده باشد. هدف از حل مسئله جایابی بهینه، یافتن حداقل تعداد باسهایی است که با نصب واحد اندازهگیر فازوری روی آنها تمام باسهای سیستم رویتپذیر باشد. در واقع PMUها بهگونهای قرار داده شوند که برای هر باس در سیستم یک واحد اندازهگیر فازوری روی آن یا روی حداقل یکی از باسهای متصل به آن نصب شده باشد.
