بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای انتقال در معرض خطاهای مختلفی قرار دارند. مکانیابی خطا با استفاده از دستگاههای اندازهگیری فازوری - PMU - باعث افزایش سرعت بازیابی شبکه، در مواقع وقوع خطا میگردد. روشهای امپدانسی با استفاده از اندازهگیری ولتاژ، از جدیدترین و مؤثرترین الگوریتمهای مکانیابی خطا می-باشند. این الگوریتمها از ماتریس امپدانس شبکه در حوزهی فازوری و تغییرات ولتاژ قبل و حین خطای شینهایی که اندازهگیر ولتاژ روی آنها نصب گردیده، برای مکانیابی خطا استفاده میکنند. دقت این الگوریتمها، بهمقدار مقاومت خطا بستگی ندارد. از آنجایی که PMU، تجهیزی گران قیمت می-باشد، یافتن حداقل تعداد اندازهگیرها برای رویتپذیری شبکه، ضروری میباشد. در این مقاله، جهت رویتپذیری شبکه با حداقل تعداد اندازهگیرها، از الگوریتم ژنتیک برای یافتن تعداد و مکان نصب اندازهگیرها، استفاده گردیده است. جهت جایابی بهینهی اندازهگیرها برای رویتپذیری شبکه، در نقاط مختلف یک شبکهی نمونه، انواع خطاها با مقاومت خطای مختلف در نرمافزار Digsilent شبیهسازی شده است، و از الگوریتم ژنتیک برای یافتن حداقل تعداد اندازهگیرها و مکانهای نصب آنها جهت رویتپذیری شبکه استفاده گردیده است. الگوریتم پیشنهادی جایابی بهینهی اندازهگیرها، برای همهی روشهای مکانیابی خطای ولتاژی، از جمله روش یک ولتاژ و روش دو ولتاژ، قابل استفاده بوده و میتواند ترکیبات بهینهی نصب اندازهگیرها جهت رویتپذیری خطا را بهدست آورد.
کلمات کلیدی
شبکههای انتقال؛ دستگاه اندازهگیری فازور؛ مکانیابی خطا؛ رویتپذیری شبکه؛ جایابی اندازهگیرها.
-1 مقدمه
تخمین سریع و دقیق مکان خطا در خطوط انتقال، موجب تسریع عملیات تعمیر بخش خطادار، بهبود قابلیت اطمینان شبکه، کاهش زمان خاموشی شبکه و سرعت بخشیدن به بازیابی شبکهی انتقال میگردد.[1] الگوریتمهای امپدانسی یک پایانه، برای مکانیابی خطا در شبکههای انتقال گسترش داده شدهاند. الگوریتمهای یک پایانه، فقط از اطلاعات ولتاژ و جریان یک پایانه استفاده میکنند. دقت این الگوریتمها، بسیار به مقدار مقاومت خطا وابسته است. برای بهبود دقت مکانیابی خطا، الگوریتمهای چند پایانه ارائه گردیدهاند .[2-3] این الگوریتمها از ولتاژ یک پایانه یا بیشتر، و جریان خط دارای خطا برای تخمین مکان خطا استفاده میکنند. بنابراین در این روشها اندازهگیرهای سنتی بیشتری نیاز است. برای بهبود دقت مکان خطای تخمین زده شده، الگوریتمهای پیشرفتهی چند ترمیناله مطرح شدهاند. این الگوریتمها، کمتر تحت تاثیر مقدار مقاومت خطا قرار دارند .[4]
در سال 1985 ، روشی مبتنی بر تئوری امواج سیار و با استفاده از اندازهگیریهای یک پایانه برای مکانیابی خطا در خطوط انتقال ارائه شد. در این روش، از ارتباط بین محل وقوع خطا و بازهیزمانی مابین دو بازتاب متوالی امواج سیار تولید شدهی ناشی از خطا، برای تعیین فاصلهی خطا بهرهگیری شده است.[5] اجزای فرکانس بالا در شکل موجهای خطا، اثرات نامطلوبی روی دقت بیشتر الگوریتمهای مکانیابی خطا دارند. پس فیلتر کردن سیگنالهای بعد خطای موجود، برای بهبود دقت تخمین مکان خطا، ضروری میباشد. در سال 1986 یک روش جدید برای مکان-یابی خطا، با استفاده از امواج سیار و فیلتر کردن امواج گذرای فرکانس بالای خطا ارائه گردید. این روش توانست خطا را با دقت نسبتا مناسبی تخمین بزند.[6]
در سال 1993 بهرهگیری از اندازهگیریهای دو پایانه و استفاده از سیستم موقعیت یاب جهانی، برای بهبود روش مکانیابی خطای مبتنی بر امواج سیار پیشنهاد شد. در روش مزبور، از طریق تعیین زمان بسیار دقیق رسیدن امواج سیار ناشی از خطا، به دو پایانهی خط انتقال، براساس مرجع زمانی سیستم موقعیت یاب جهانی، محل وقوع خطا در طول خط انتقال تعیین شده است.[7] روش مکانیابی خطای ناحیهی گسترده برای خطوط انتقال، بر مبنای امواج سیار، اخیراً بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. اگر چه این روشها میتوانند خطا را با دقت بالایی تخمین بزنند، اما به وسایل اندازه-گیری با نرخ نمونه برداری بالا نیاز دارند. در [8] روشی ارائه گردیده که در آن، با تجزیه و تحلیل امواج سیار انتشار یافتهی ناشی از خطا، برای همهی خطوط شبکه، خط دچار خطا شده خطی خواهد بود که کمترین مسیر انتشار را داشته باشد. در [9] روشی پیشنهاد شده که در آن جهت یافتن مکان خطا، نیازی به نصب اندازهگیر در ترمینالهای خط دچار خطا شده نمیباشد. با این حال با افزایش فاصلهی اندازهگیر از خط دچارخطا شده، دقت تخمین مکان خطا کاهش میابد.
در [10] یک روش مکانیابی خطا مبتنی بر اطلاعات ولتاژ و جریان شبکه معرفی میگردد. روش مکانیابی به کار گرفته شده، نیازمند فازورهای ولتاژ دو سمت خط معیوب و حداقل یکی از جریانهای طرفین خط دچار خطا شده میباشد.در سالهای اخیر روشهای امپدانسی بر مبنای استفاده از اندازهگیر ولتاژ گسترش یافتهاند. در [11]، که به روش یک ولتاژ معروف میباشد، با استفاده از تغییرات ولتاژ اندازهگیرها، فرمولاسیونی جهت تخمین مکان و مقاومت خطا برای انواع خطاها ارائه گردیده است. در این روش، اثر خازن شنت صرف نظر شده، همچنین این روش به نوع خطا نیز وابسته میباشد. در [12]، که به روش دو ولتاژ نیز شهرت دارد، الگوریتمی جهت تخمین مکان خطا ارائه گردیده که در آن، از تغییرات توالی مثبت ولتاژ اندزهگیرها، برای بدست آوردن مکان خطا استفاده شده است.
در این الگوریتم اثر خازن شنت خطوط در تخمین مکان خطا، در نظر گرفته شده، و فرمولاسیون ارائه شده برای مکانیابی خطا، به نوع خطا وابسته نمیباشد. با توجه به استفاده روزافزون از دستگاههای اندازهگیر فازور، ضرورت جایابی بهینهی این واحدها برای افزایش بهرهوری احساس میشود. به-دلیل گستردگی شبکه و هزینه بالای نصب واحد اندازهگیری فازور، امکان نصب آنها در همهی باسهای شبکه از نظر اقتصادی مقرون بهصرفه نیست.[13 ] در روشهای امپدانسی، مسألهی تعیین مکان خطا با تخمینهای چندگانه انجام میشود، یعنی برای خطا در یک نقطهای خاص از شبکه، ممکن است بیش از یک مکان خطا تشخیص داده شود .[14] در [14]، الگوریتمی جهت جایابی بهینهی واحدهای اندازهگیر فازوری با استفاده از روش مکانیابی خطای پیشنهادی در [11]،
برای رویتپذیری شبکه در زمان خطا، ارائه گردیده است. این الگوریتم جایابی PMU، فقط برای روش مکانیابی خطای خاص [11] کارایی دارد. همچنین با توجه به تعداد اندازهگیرهای لازم برای رویتپذیری خطا، همهی ترکیبات مختلف اندازهگیرها را مورد بررسی قرار میدهد، و در نتیجه این الگوریتم، برای شبکههای بزرگ جوابگو نمیباشد. در [15]، با توجه به الگوریتم مکان-یابی خطای ارائه شده در این مرجع، الگوریتمی جهت جایابی اندازهگیرها برای رویتپذیری شبکه ارائه شده است. ایراد اصلی این روش، نیاز به تعداد بالایی اندازهگیر جهت رویتپذیری شبکه میباشد. در این مقاله، الگوریتمی برای جایابی بهینهی دستگاههای اندازهگیر فازوری جهت رویتپذیری خطا، ارائه گردیده است. این الگوریتم پیشنهادی برای همهی روشهای مکانیابی خطا، با استفاده از اندازهگیری ولتاژ، قابل استفاده میباشد.
در این مقاله، الگوریتم جایابی ارائه شده، برای روشهای مکانیابی خطای یک ولتاژ [11]، و دو ولتاژ [12]، جهت رویت-پذیری همهی نقاط خطای شبکه، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته شده است. همچنین الگوریتمهای مکانیابی خطای یک ولتاژ و دو ولتاژ، از لحاظ تعداد اندازهگیر ولتاژ مورد نیاز جهت رویتپذیری خطا، مقایسه گردیدهاند. برای روش مکانیابی خطای یک ولتاژ ارائه شده در[11]، فرمولاسیون یافتن مکان خطا در خطوط انتقال، بهگونه ای تغییر داده شده است، که بتواند مکان خطا را با دقت بالاتری تخمین بزند، جهت بررسی صحت و کارآیی الگوریتم پیشنهادی جایابی اندازهگیرها برای رویتپذیری خطا، و همچنین الگوریتم مکانیابی یک ولتاژ تغییر یافته و الگوریتم دو ولتاژ، از شبکهی استاندارد 39 باس IEEE استفاده شده است.
-2 مکانیابی خطای مبتنی بر اندازهگیری ولتاژ
یک شبکهی نمونه دارای N باس در شکل - 1 - نشان داده شده است که برای مدلسازی هر خط، از مدل استفاده شده است. z امپدانس معادل خط بین باس n وm، و y بیانگر اثرخازن شنت خط n به m میباشد. فرض کنید خطایی در نقطهی f روی خط n به m ، در فاصلهی x پریونیت از باس n اتفاق افتاده باشد. ماتریس امپدانس قبل خطای شبکه Z0، و If جریان تزریقی از نقطهی خطای f به شبکه برای زمان حین خطا میباشد.
بقیه شبکه
با فرض نقطهی خطای f بهعنوان باس N+1 ام، Z ماتریس امپدانس شبکه برای زمان حین خطا ،یک ماتریس - N+1 - × - N+1 - خواهد بود.
-1-2 مکانیابی خطا با استفاده از روش دو ولتاژ
از آنجا که ترتیب مثبت شبکه تنها توالی از شبکه است که برای همهی انواع خطاها موجود میباشد، پس از آن برای آنالیز روش مطالعه شده استفاده گردیده است. با توجه به شکل - 1 - ، معادلات گره بهصورت زیر خواهد بود :[12] از لحاظ تئوری زمانیکه دقیقا در نقطهی خطا قرار داشته باشیم، برابر صفر است؛ از آنجایی در حالت عملی خطا ی محاسباتی و خطای اندازهگیری ولتاژ وجود دارد، ممکن است هرگز برابر صفر نشود، پس مسألهی مکانیابی خطا، بهعنوان یک مسألهی بهینهسازی با هدف مینیمم کردن δ مطرح میشود. پس δ برای نقاطی از شبکه که نزدیک نقطهی خطا میباشد مانند باسهای نزدیک به نقطهی خطا، بسیار کوچک بوده و هر قدر از نقطهی خطا دورتر شویم مانند باسهای دور از نقطهی خطا، مقدار δ بزرگتر خواهد بود. این موضوع باعث میشود که برای حل مسأله ی بهینهسازی برای یافتن نقطهی خطا بهصورت زیر عمل نماییم:[12]
• گام یک: پیدا کردن نواحی از شبکه که احتمال دارد خطا رخ داده باشد.
• گام دو: پیدا کردن محل دقیق خطا با جستوجو در نواحی از شبکه، که از گام یک، بهدست آمدهاند. در گام یک، خطا را روی همهی باسهای شبکه قرار داده و باسهایی که دارای δ کم میباشند به عنوان باس مشکوک به خطا در نظر گرفته میشند. خطوط متصل به این باسهای مشکوک به خطا، بهعنوان نواحی احتمالی خطا خواهد بود. در گام دو، با جستوجو در این نواحی احتمالی خطا، با دقت dx، با استفاده از رابطهی - 5 - ، میتوان مکان خطا را تخمین زد.
-2-2 مکانیابی خطا با استفاده از روش یک ولتاژ
