بخشی از مقاله
چکیده - شبکه هاي توزیع سنتی ماهیتی شعاعی دارند که به واسطه یک منبع تغذیه از شبکه سراسري تغذیه می شوند. سیستم حفاظت این گونه شبکه ها بسیار ساده است و معمولا به وسیله فیوز، بازبست و رله اضافه جریان پیاده سازي می شود. در سال هاي اخیر توجه زیادي به استفاده از واحدهاي تولید پراکنده در سطح شبکه هاي توزیع شده است. حضور این گونه منابع تولیدي باعث می شود که شبکه هاي توزیع ماهیت شعاعی خود را از دست بدهند و به واسطه آن هماهنگی تجهیزات حفاظتی از بین برود. در این مقاله الگوریتمی براي حفاظت شبکه هاي توزیع با وجود منابع تولید پراکنده، با تقسیم بندي شبکه توزیع به نواحی جداگانهاي که در صورت نیاز قادر به بهره برداري به صورت جزیره اي باشند به همراه طراحی یک شبکه عصبی براي رله تطبیقی جهت تعیین مکان عیب ارائه شده است. سپس الگوریتم پیشنهادي بر روي شبکه 25 شینه صنعتی کیتون شهر قزوین شبیه سازي شده است.
-1 مقدمه
طبیعت سیستم توزیع به طور متداول به صورت شعاعی و نامتعادل بوده، که شامل شبکه با بخش هاي تکفاز ، دو فاز و سه فاز است. بار متصل به شین اغلب نا متعادل است. ازاینرو همه تحلیل هاي سیستم توزیع اساسا تحلیل شبکه سه فاز نامتعادل تغذیه شده از یک منبع سه فاز می باشد. بدلیل اینکه 80% خطاهایی که در سیستم توزیع رخ میدهد، گذرا هستند، وجود Recloser ها ضروري است . رله اضافه جریان معکوس معمولاً در پستهایی که شروع کننده فیدر هستند قرار میگیرند. هماهنگی بین فیوزها، ریکلوزرها ورلهها بخوبی انجام میشود و سیستم همچنان شعاعی باقی میماند..[5]-[1]
فیوزها و ریکلوزرهاي متداول، جهتدار نیستند. در حالی که رلهها به سادگی میتوانند جهتدار ساخته شوند. جایگزینی ادوات حفاظتی جهتدار - مانند رله - به جاي فیوزها و ریکلوزرها در سیستم توزیع از لحاظ اقتصادي غیرعملی است. در حالت عمومی اگر طرح حفاظتی تغییر نکند، تنها راه براي حفظ هماهنگی در حضور DG دلخواه، قطع تمام DGها در یک لحظه در زمان Fault است که سیستم را قادر به بازیابی خاصیت شعاعی و هماهنگی خواهد بود. این بدین معنی است که DG حتی براي خطاهاي گذرا قطع میشود. کنار گذاشتن DG با هر بار رخ دادن خطاي گذرا، سیستم را غیر اعتماد می کند. در این مقاله یک طرح حفاظت تطبیقی مستقل از شبکه را براي شبکه توزیع قزوین با نفوذ بالاي DG که قابلیت اعتماد سیستم بعد از اتصال DG تحلیل نمی رود را پیشنهاد می کند.
-2 ارائه طرح حفاظت تطبیقی
2-1 شرایط طرح
ناحیهها باید از لحاظ بار و DG متعادل باشند. بعلاوه حداقل یک DGمعمولاً - بزرگترین در ناحیه - باید قابلیت کنترل فرکانس بار را داشته باشد و با توجه به شکل 1 نواحی توسط کلید قدرت - Circuit Breaker - از هم جدا میشوند.[6] این بریکرها باید قابلیت مداوم باز و بسته شدن توسط سیگنال ارسالی از رله اصلی در پست را داشته و به سیستم سنکرونیزم مجهز باشند . رله اصلی باید به کامپیوتر متصل بوده و قابلیت ذخیرهسازي و تحلیل اطلاعات زیاد و همچنین ارتباط با دیگر ادوات مانند بریکرهاي نواحی و رلههاي DG را نیز داشته باشد.
رله باید خطا را احساس کند، نوع خطا و مکان خطا - ناحیه و خط - را تشخیص دهد و همچنین با قطع کردن بریکر مربوطه و DG متصل شده به این ناحیه، ناحیه خطا را ایزوله کند. بدین طریق نواحی باقیمانده به کار خود ادامه میدهند. درباره DG و یا پیکربندي سیستم بهروز شوند. در حقیقت تغییر در بار ویا DG نیازمند اجراي دوباره پخش بار و تحلیل اتصال کوتاه و همچنین هر تغییري در پیکرهبندي سیستم - مانند، برداشتن یک خط - نیازمند به روز رسانی ادمیتانس باس و ماتریس امپدانس است. فلوچارت محاسبات OffLine در شکل 2 نشان داده شده است.
2-2 اندازه گیري
اولین نیاز براي طرح حفاظتی به کار گرفتن ورودي است. این نیاز از اندازهگیري بدست میآید. اندازهگیريهاي پیوسته ذکر شده براي این طرح متداول است:
• سنکرون کردن بردارهاي جریان براي هر سه فاز از هر DG در سیستم و منبع اصلی
• نشان دهنده سیگنال جریان مستقیم در هر بریکر بین ناحیهاي اندازهگیري بردار سنکرون شده با استفاده از پالس ساعت سنکرون کننده از گیرنده سیستم موقعیتیاب سراسري - GPS - و واحد اندازهگیري فاز - PMU - توسط [9]-[7] توضیح داده شده و استفاده شده است. با این روش رسیدن به دقت همزمانی بهتر از µS1 موجود دارد.
2-3 محاسبات Off-Line و ذخیرهسازي اطلاعات
این روش نیازمند مطالعه پخش بار و تحلیل کامل اتصال کوتاه براي بدترین نوع خطا شامل فازهاي مختلف است. بعلاوه براي جریان خطا براي بدترین نوع خطا در هر باس، این تحلیل باید سهم جریان خطا براي هر DG و منبع اصلی را پیدا کند.خطاي سه فاز بدترین نوع خطا است که در محاسبات این نوع خطا را لحاظ می کنیم. همینطور این روش مشخصات آستانه ذوب - MM - براي همه فیوزهاي سیستم جهت ذخیرهسازي در بانک اطلاعات رله را نیاز دارد. از این مشخصات و تحلیل اتصال کوتاه، زمان فیوزها قبل از اینکه در وضعیت خطا صدمه ببینند، تعیین میشوند.
2-4 دریافت خطا و تعیین نوع خطا در خط
فازور جریانهاي منبع اصلی و همه DGها بصورت پیوسته وجود دارد. در حالت عملکرد عادي مجموع همه این فازورها برابر با بار کل سیستم است. در حالت خطا در هر بخش سیستم این مجموع بهطور قابل ملاحظهاي از بار کل تجاوز میکند. بدین طریق رله، خطا در سیستم توزیع را حس میکند. این روش شبیه طرح دیفرانسیل جریان است. زمانی که خطاهایی در هر جاي سیستم اتفاق بیافتد، مجموع سهم جریانهاي همه منابع - منبع اصلی و همه DGها - باید برابر جریان خطا باشد. به بیان دیگر، اگر خطایی در DG اتفاق بیافتد، از آنجائیکه DG خارج از ناحیه تحت پوشش است. مجموع صفر میشود. این حالت نشان میدهد که خطا در DG میتواند از خطا در سیستم متمایز گردد.
2-5 تشخیص بخش خطا به صورت OnLine
تشخیص بخش خطا دیده در شبکه توزیع بهصورت OnLine بهطور مرسوم به ادوات حفاظتی مانند فیوز اصلی انجام میشود. در این حالت هماهنگی بین فیوزها از بین میرود و قبل از اینکه فیوزي صدمه ببیند باید بخش - و ناحیه - خطا دیده پیدا شود. ازاینرو روشی مورد نیاز است که با تشخیص سریع خطا براي رله به منظور ارسال سیگنال قطع براي بریکرهاي مناسب جهت ایزوله کردن ناحیه خطا اقدام کند. باید اشاره کرد که شناسایی ناحیه خطا براي این طرح کافی است. به هر حال اگر بخش خطا دیده به درستی تشخیص داده نشود تعمیرات با مشکلات بسیاري براي پیدا کردن خطا مواجه میشوند.
از آنجائیکه سهم خطا از هر منبع به صورت آنلاین وجود دارد میتوان براي این اهداف استفاده شود و جریان خطاي کل برابر مجموع سهم خطاي همه منابع در سیستم است. در نقطه خطا، هر منبع میتواند بعنون منبع ولتاژ بعد از امپدانس تونن ظاهر گردد. اگر نقطه خطا از یک باس به باس مجاور تغییر کند، براي نوع خطاي معلوم، امپدانس تونن منبع مفروض میتواند کم یا زیاد شود سهم جریان خطاي هرمنبع از هر نوع خطا براي همه شینها از تحلیل اتصال کوتاه OffLine وجود دارد.
با استفاده از مشخصات شبکه و نتایج تحلیل اتصال کوتاه، سهم خطاي اندازهگیري شده هر منبع بین سهم خطاي محاسبه شده 2 باس متصل به این بخش از آن منبع قرار دارد که از این طریق بخش خطا دیده تعیین می شود. تحلیل ها نشان می دهد زمانیکه تعداد DG در شبکه زیاد بوده و تلفات شبکه در بیشتر قسمتها زیاد باشد این روش بسیار موثر واقع میشود. در [10] دلایلی ذکر شده است که نشان میدهد نقض ناشی از مقاومت خطا بسیار ناچیز است . فلوچارت محاسبات OnLine توسط رله در شکل 3 آورده شده است.
2-6 پاكسازي و ذخیره سازي ناحیه خطا
وقتی محل خطا تشخیص داده میشود، رله سیگنال قطع را براي ایزوله کردن ناحیه خطا و DG واقع در این ناحیه ارسال میکند.اکنون اطلاعات درباره بریکرهاي قطع شده که ناحیه خاصی را ایزوله کرده اند در بانک اطلاعات موجود است. براي مثال در شکل 1 براي ایزوله کردن ناحیه Z1 کلید B2-1 و براي ایزوله کردن ناحیه Z2، کلیدهاي B5-2، B5-3، B5-4، B5-6 باید قطع شوند.این روند قبل از اینکه فیوزي صدمه ببیند ادامه پیدا میکند.روش محاسبه این زمان امن در بخش 2-3 بحث شد. عملکرد کامل طرح که شامل اندازهگیري، تشخیص بخش خطا دیده و قطع بریکرها باید قبل از این زمان کامل شوند. از اینرو زمان عملکرد طرح می تواند تخمین زده شود. رله میتواند این بررسی را خودش در هر زمانی که تحلیل اتصال کوتاه به روز شود انجام دهد.
وقتی ناحیه خطا دیده و DG متصل به آن ایزوله شدند، مرحله بعد مطمئن شدن از بازگرداندن خطاهاي گذرا است. ناحیه ایزوله شده "مرده" است، بنابراین اگر خطا باقی ماند یا نه نمیتوانیم با وصل کردن بریکر ناحیهاي آن را امتحان کنیم. در این حالت باید تضمین شود که مشکل سنکرونیزم وجود ندارد. یک بریکر براي هر ناحیه باید از قبل براي این کار تعیین شود. از آنجائیکه رله سهم جریان از منبع اصلی را پیوسته مشاهده میکند، بعد از هر عمل باز بست، بیدرنگ معمول میشود که خطا ماندگار است یا نه - جریان منبع در حالت خطاي ماندگار به صورت قابل توجهی افزایش مییابد. - در حالتی که خطا از بین رود، سیگنال بستن هر بریکر را یکی یکی ارسال می کند.
این بریکرها نیاز به سنکرونیزم جهت بسته شدن دارند. سنکرونیزم بودن باید توسط تابع بررسی کننده سنکرونیزم براي هر بریکر تضمین شود. رله، بسته شدن هر بریکر را توسط مشاهده سیگنال جهتدار جریان آن بریکر، احساس می کند. بعد از تائید بسته شدن بریکر، سیگنال بسته شدن بعدي ارسال میشود. در انتها، بریکر DG بسته شده و سیستم به حالت طبیعی باز میگردد. در حالت خطاي دائمی، خطا باید قبل از وصل شدن ناحیه به سیستم توسط اکیپ تعمیرات رفع شود. در چنین حالتی، رله توسط راه اندازي پخش بار و تحلیل اتصال کوتاه دوباره، پیکره بندي شبکه جدیدي را درست خواهد کرد. ممکن است در این حالت بخشهایی از سیستم بعد از جدا شدن یک ناحیه به صورت جزیرهاي کار کنند.
