بخشی از مقاله
چکیده: در این مقاله یک روش جدید براي بهینهسازي رلههاي اضافه جریان با استفاده از الگوریتم رقابت استعماري ارئه شده است. امروزه رلههاي اضافه جریان نقش بسیار مهمی را درحفاظت سیستمهاي قدرت ایفا میکنند و وجود رلههاي دیستانس در کنار رلههاي اضافه جریان، باعث افزایش لایههاي حفاظتی و پیچیدهتر شدن هماهنگی بین این رلهها خواهد شد. در سالهاي اخیر، روش هاي بهینه هوشمند به دلیل داشتن مزیتهایی چون حل مسائل غیرخطی، سرعت بالا، استفاده نکردن از مسائل پیچیده ریاضی و... نسبت به روشهاي بهنیه ریاضی، بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است.
براي هماهنگی رلهها ابتدا با تعیین نقاط بحرانی، اتصال کوتاه در آن نقاط صورت میگیرد و سپس قیود مسئله تشکیل داده شده و به کمک روش جدید، مسئله حل میشود. نتایج حاصله نشان میدهد این الگوریتم توانایی زیادي در بهینهسازي توابع دارد نتایج به دست آمده با این الگوریتم با نتایج حاصل از دیگر روش هاي الگوریتم تکاملی مقایسه میگردد. بررسیهاي صورت گرفته و مقایسه نتایج با دیگر روشهاي بهینه استاندارد نشان می دهد که هماهنگی بین رلهها به نحو مطلوب صورت گرفته است.
-1مقدمه
سیستمهاي قدرت در سیر تکاملی خود به سیستمهاي پیوسته تبدیل شدهاند. این نوع سیستمها علاوه بر مزایاي فراوان مشکلاتی را ایجاد کرده است. از جمله این مشکلات، مشکلات حفاظتی میباشد که در این مقاله به آن پرداخته میشود و آن پیچیده شدن هماهنگی رلههاي اضافه جریان و دیستانس است. براي هماهنگی رلهها از سال 1964 تا کنون روشهاي زیادي در مقالات مختلف پیشنهاد شده است. اولین تلاشها براي استفاده از کامپیوتر در هماهنگی رلههاي جریان زیاد بوده است.[1] استفاده از تکنیک بهینهسازي در تنظیم و هماهنگی رلههاي جریان زیاد در مقالهاي در سال1988 ارائه شد.[2] در مقالاتی نیز از روش-هاي بهینهسازي ریاضی - روش سیمپلکس، سیمپلکس دوگان و... - استفاده شده است.[3]
از رلههاي اضافه جریان و دیستانس براي حفاظت خطوط انتقال انرژي و توزیع استفاده میگردد. در شبکههاي توزیع از رله اضافه جریان هم به عنوان رله اصلی و هم بعنوان رله پشتیبان استفاده میشود. در شبکههاي حلقوي بهم پیوسته و بزرگ، هماهنگ کردن رلههاي اضافه جریان کار پیچیدهاي بوده که امروزه با استفاده از کامپیوتر این امر به سادگی محقق میشود. مرجع مربوط به این موضوع میباشد.. کاربرد رلههاي دیستانس در خطوط انتقال بوده زیرا حفاظت در این خطوط از حساسیت بیشتري برخوردار است.
معمولا "در خطوط انتقال از رله دیستانس بعنوان رلهء اصلی یا پشتیبان و از ر له اضافه جریان فقط بعنوان پشتیبان استفاده میشود. هماهنگ کردن رلههاي اضافه جریان و دیستانس به منظور عملکر د صحیح براي یک شبکه گسترده از اهمیت ویژهاي بر خوردار است به محاسبه بهینه زون دوم رلههاي دیستانس، در یک برنامه حفاظتی ترکیبی با رلههاي اضافه جریان پرداخته است. استفاده از سیستمهاي هوش مصنوعی در امر هماهنگی رلههاي اضافه جریان، موضوعی است که اخیرا مورد استفاده قرار گرفته است. دلیل بکاربردن رله اضافه جریان در کنار رله دیستانس و استفاده از الگوریتم ICA در هماهنگی آنها بخاطر ویژگیهاي زیر میباشد:
الف -نقاطی در شبکه انتقال وجود دارد که اگر خطایی در این نقاط اتفاق بیافتد از دید رلههاي پشتیبان مخفی میماند مانند اتفاق افتادن خطا در نزدیک باس باري که سمت دیگر آن به باس تولید وصل باشد.
ب -چند لا یه حفاظت برقرار میشود. در صورت وقوع خطا ابتدا رله دیستانس خط اصلی عمل نموده و در صورت عمل نکردن این رله، رله اضافه جریان خط اصلی عمل میکند و باز در صورت عمل نکردن این دو رله ابتدا رله دیستانس پشتیبان و در نهایت رله اضافه جریان پشتیبان عمل خواهد کرد.
ج -از طرفی با بکار بردن الگوریتم ICA بعنوان ابزار هماهنگی، میتوان قیدهاي مربوط به هماهنگی رلهها را بصورت سادهاي اعمال نمود. هدف این مقاله ارائه روش جدیدي است که با آن بتوان جفت رلههاي جریان زیاد و دیستانس را بطور بهینه هماهنگ نمود. در رله هاي اضافه جریان دو نوع تنظیم شامل جریان تنظیم - Iset - و ضریب تنظیم زمانی - TSM - وجود دارد. این تنظیمات باید به نحوي انجام شود که زمان عملکرد رلهها حداقل گردیده و هر بخش از سیستم توسط یک رله اصلی و یک رله پشتیبان حفاطت گردیده و همچنین تداخلی در عملکرد رلههاي اصلی و پشتیبان ایجاد نگردد. بنابراین تنظیم زمانی کمینه رلههاي اضافه جریان و دیستانس بگونهاي که با یکدیگر هماهنگ باشند، از اهداف اصلی این مقاله میباشد.
-2 هماهنگ کردن رله هاي اضافه جریان
براي هماهنگ کردن رلههاي اضافه جریان از برنامههاي پخش بار و اتصال کوتاه براي تعیین جریان تنظیم رلهها و جریان عبوري از رلهها در زمان وقوع خطا میتوان استفاده کرد. در این مقاله ابتدا از برنامه اتصال کوتاه براي تعیین جریان خطاي عبوري از رلهها استفاده گردیده، و سپس از برنامه الگوریتم ICA براي تعیین جریان تنظیم رلههاي اضافه جریان استفاده شده است. در واقع براي بهینه کردن هماهنگی رلههاي اضافه جریان مساله بصورت غیر خطی حل گردیده است. طبق منحنیهاي شکل1، چنانچه رلهها اضافه جریان داراي مشخصات متفاوتی باشند باید رلهها حداقل در دو نقطه تنظیم شوند.
هنگام بدست آوردن تنظیمهاي زمانی رلهها مهمترین نکته حفظ کمترین فاصله زمانی بین عملکرد رله اصلی و رله پشتیبان در تمامی شرایط میباشد. چنانچه زمان عملکرد ناحیه دوم تمام رله هاي دیستانس را برابر ٢tz در نظر بگیریم، آنگاه با توجه به شکل1، در نقاط بحرانی اتصال کوتاه انجام داده و جریان عبوري از رلههاي اصلی و پشتیبان را بدست میآورند و در نهایت با توجه به منحنی مشخصه رله اضافه جریان و منحنی مشخصه رلههاي دیستانس محدودیتهاي هماهنگی که همان قیود مسأله بهینه سازي میباشند، بدست میآیند.
-1-2 استفاده از برنامه پخش بار و برنامه اتصال کوتاه
از برنامه پخش بار براي بدست آوردن جریان تنظیم رلهها استفاده میگردد. معمولا براي رلههاي همجهت با جریان خط، ضریب و براي رلههایی که همجهت نیستند به اندازه جریان خط، جریان تنظیم رلهها درنظر گرفته میشود. این قاعده کلی در یک شبکه پیچیده، براي تمام رلهها صدق نمی کند، زیرا رلههاي نزدیک به باسهاي تولید، که در جهت مخالف جریان خر وجی باس تولید قرار دارند معمولا در بیشترین رنج ممکن تنظیم شده و زمانیکه خطایی در جلوي رله اصلی این رلهها اتفاق میافتد جریان خطا از جریان تنظیم کمتر بوده و منجر به عمل نکردن رله پشتیبان می-شود. بنابراین باید جریان تنظیم اینگونه رلهها را خارج از قاعده کلی ذکر شده در نظر گرفت. در این مقاله جر یان تنظیم رلهها نیز بعنوان متغیر طراحی بهمراه TSM رله ها در نظر گرفته شده، و با استفاده از الگوریتم ژنتیک مساله حل گردیده است. که استفاده از این الگوریتم باعث مرتفع شدن مشکل ذکر شده گردید.
-2-2 قیود مربوط به هماهنگی رلههاي اضافه جریان و دیستانس
براي هماهنگی بین رلهها ابتدا باید نقاط بحرانی شبکه را پیدا کرد. نقاط بحرانی به نقاطی گفته میشود که در آنها فاصله زمانی بین رله هاي دیستانس و اضافه جریان کم میباشد. سپس به ازاي اتصال کوتاه در آن نقاط، قیود هماهنگی مسئله را تشکیل داد. در صورت وقوع خطا ابتدا رله دیستانس عمل کرده و در صورت عمل نکردن این رله، رله اضافه جریان خط عمل میکند و در صورت عمل نکردن، رله دیستانس پشتیبان و در نهایت رله اضافه جریان پشتیبان عمل خواهد کرد. ضریب تنظیم زمانی رلههاي اضافه جریان و زمان عملکرد ناحیه دوم رلههاي دیستانس را بگونهاي باید تعیین کرد که هماهنگی بین رلههاي اصلی و پشتیبان برقرار باشد.
٤- معرفی الگوریتم ICA
در این مقاله، الگوریتم مطرح شده براي بهینهسازي، که از مدل-سازي ریاضی رقابت امپریالیستی الهام گرفته شده است، معرفی شده و اجزاي مختلف آن توضیح داده میشود. با داشتن4 تابع f - x - در بهینه سازي میخواهیم آرگومان x را به گونهاي بیابیم که هزینه متناظر آن بهینه باشد.[4] در این مقاله، الگوریتم جدیدي براي جستجوي عام معرفی می شود که از رقابتهاي استعماري الهام گرفته شده است.
بطور خلاصه، این الگوریتم، از چندین کشور در حالت اولیه شروع می شود. کشورها در حقیقت جوابهاي ممکن مساله هستند و معادل کروموزوم در الگوریتم ژنتیک و ذره در بهینهسازي گروه ذرات هستند. همه کشورها، به دو دسته تقسیم میشوند: امپریالیست و مستعمره. کشورهاي استعمارگر با اعمال سیاست جذب - همگون سازي - در راستاي محورهاي مختلف بهینهسازي، کشورهاي مستعمره را به سمت خود میکشند .[5]
-1-4 الگوریتمICA
همانند دیگر الگوریتمهاي تکاملی، این الگوریتم، نیز با تعدادي جمعیت اولیه تصادفی که هر کدام از آنها یک " کشور" نامیده میشوند شروع میشود.
