بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله حفاظت دیفرانسیل توانی خطوط انتقال با استفاده از واحد های اندازهگیری فازور، مبنای حفاظت پیشنهادی قرار میگیرد. حفاظت دیفرانسیلی توانی، تابع دیفرانسیلی توانی از ولتاژ و جریانهای اندازهگیری شده توسط واحدهای اندازهگیری فازور دو طرف خط حفاظت شونده را بهعنوان یک معیار حفاظتی جدید برای شناسایی خطاهای داخلی از خطاهای خارجی، در شرایط مختلف بهرهبرداری از سیستم قدرت ارائه میدهد.
در روش پیشنهادی، دیفرانسیل توانی مبتنی بر حاصلضرب دیفرانسیل مقدار تخمینی و واقعی سیگنالهای ولتاژ و جریان قرار میگیرد. بر اساس این مفهوم، الگوریتم جدیدی برای حفاظت دیفرانسیلی توانی خط انتقال ارائه میشود. روش پیشنهادی در شرایط مختلف عملکرد خطوط انتقال انرژی در نرمافزار EMTP/MATLAB شبیهسازیشده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که روش پیشنهادی قادر به شناسایی و طبقهبندی خطا با دقت قابلقبول در زمان حداکثر یک سیکل قدرت است.
.1 مقدمه
یکی از تجهیزات اصلی سیستمهای قدرت ، خطوط انتقال انرژی هستند که وظیفه آنها انتقال انرژی از تولیدکننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است. با توجه بهاینکه خطوط انتقال انرژی در مسیر عبور خود در شرایط محیطی و جغرافیایی مختلفی قرار دارند، در معرض حوادث مختلفی قرار دارند که میتواند باعث بروز خطاهایی در سیستم انتقال شوند.[1] حفاظتهای متداول خطوط انتقال دارای برخی مشکلات و نواقص میباشند.
ازجمله مشکلات حفاظت دیستانس میتوان به عدم حفاظت سریع خط انتقال، حفاظت خطوط دومداره و خطوط جبران شده سری، اثر مقاومت خطا و حفاظت خطوط در حضور منابع دیگر در پایانهی دوردست اشاره کرد.[3 ,2] حفاظت دیفرانسیل بهصورت عمده برای تجهیزات سیستمهای قدرت مورداستفاده قرار میگیرد. با گسترش روزافزون ادوات ارتباطی و اندازهگیری همزمان، طرحهای حفاظتی دیفرانسیلی برای حفاظت خطوط انتقال نیز بهکاربرده میشوند. بااینوجود حفاظت دیفرانسیل نیز دارای مشکلاتی از قبیل عدم در نظر گرفتن جریان شارژ خازنی،خطاهای مدلسازی و اشباع ترانسهای اندازهگیری میباشد.
[4] اخراًی کارهای تحقیقاتی بسیاری برای حل مشکلات حفاظتهای متداول خطوط انتقال انجامشده است. یک روش حفاظتی جدید مبتنی بر مدل پارامترهای توزیعشده خط انتقال، برای حفاظت دیفرانسیل جریانی خطوط بلند ولتاژ بالا در مرجع [5] ارائهشده است. در مرجع[6]، یک روش حفاظتی برای شناسایی، طبقهبندی و جایابی خطا در خطوط انتقال ارائهشده است. درروش ارائهشده از دو شاخص برای شناسایی و طبقهبندی خطا استفاده میشود. هردو شاخص پیشنهادشده از اطلاعات سنکرون شده دو سرخط انتقال که از مدل توزیعشده خط انتقال و تئوری تبدیل مُدال به دست میآید استفاده میکنند. در مرجع[7]، یک روش حفاظت دیفرانسیل جریانی با استفاده از یک پنجره میانگینگیر ارائهشده است.
در مرجع[8]، یک روش حفاظتی برای خطوط دومداره جبران شده سری با استفاده از جریانهای گذرا ارائهشده است. در الگوریتم پیشنهادی با مقایسه ضریب تبدیل موجک میتوان فاز خطادار را شناسایی کرد. یک روش جدید حفاظت دیفرانسیلی بین خطوط بر اساس تبدیل گسسته S برای خطوط دومداره جبران شده سری در مراجع [10 ,9]ارائهشده است. درروش پیشنهادی از نسخهی سریع تبدیل گسسته S متداول، برای محاسبه انرژی مؤلفهی فرکانس اصلی جریان خطوط دومداره شامل ادوات سری STATCOM استفادهشده است. یک روش جدید برای تشخیص خطاهای داخلی و خارجی بر اساس تعیین مکان هندسی تغییر توان اکتیو و راکتیو تحت شرایط عادی و خطا در مرجع [12 ,11] ارائهشده است.
در مرجع[13]، روش جدیدی برای حل محدودیت قطع تکفاز حفاظت دیفرانسیل توانی پیشنهادشده است. در مرجع [14]، یک روش دیفرانسیلی انرژی برای حفاظت خطوط انتقال بلند مطرحشده است. درروش ارائهشده برای تفکیک خطاهای داخلی از خارجی، از مقایسه انرژی بهدستآمده از دو روش استفاده میشود. در مرجع [15]، یک روش دیفرانسیل امپدانسی برای حفاظت پایلوت خطوط انتقال ارائهشده است. ابتدا ولتاژ و جریانهای سمت گیرنده خط پس از محاسبه به سمت فرستنده خط فرستاده میشود. برای تشخیص وجود خطا مجموع جریان هر فاز با مقدار آستانه مقایسه میشود و در صورت بزرگتر بودن از مقدار آستانه، مقدار امپدانس دیفرانسیلی محاسبه میشود.
روش ارائهشده دارای ناحیه عدم پوشش در وسط خط است. با استفاده از امپدانس دیفرانسیلی مکان خطا اندازهگیری میشود اگر خطا درجایی بهغیراز وسط خط باشد سیگنال تریپ ارسال میگردد در غیر این صورت مقدار موهومی امپدانس مجتمع محاسبهشده و اگر بزرگتر از صفر باشد خطا در وسط خط قراردارد. در مرجع [16]، یک روش حفاظت دیفرانسیلی خطوط انتقال با استفاده از مؤلفه اکتیو جریان خطوط ارائهشده است. مجموع مؤلفههای اکتیو جریان در دو سر خط بهعنوان معیار حفاظتی انتخابشده است.
جریان اکتیو دیفرانسیلی نشاندهندهی تلفات اکتیو داخل خط است. در صورت عملکرد عادی و یا وجود خطای خارجی، تلفات اکتیو داخلی خط انتقال مقداری نزدیک به صفر و دیفرانسیل مؤلفهی جریان اکتیو عددی کوچک است، درحالیکه برای خطاهای داخلی، مصرف توان اکتیو توسط جریان اتصال کوتاه افزایشیافته و بهطور همزمان معیار دیفرانسیلی نیز افزایش مییابد.یک روش حفاظت دیفرانسیلی برای خطوط انتقال در حضور UPFC* و مزرعه بادی در مرجع[17] ارائه شده است. کمیتهای عملکننده و مقاوم با استفاده از مقدار مؤثر سیگنالهای جریان برای شناسایی خطاهای داخلی محاسبه میشود.
روش ارائهشده برای حالتهای مختلفی از سیستم از قبیل تغییر مقاومت خطا، زاویه اولیه خطا و جهت شارش توان در خط تستشده است که قابلیت اطمینان بالای روش را نشان میدهد. تنها شاخصهایی که در سیستم قدرت برای حفاظت خطوط انتقال میتوان استفاده کرد ولتاژ و جریان یک سمت یا دو سمت خط انتقال است. در این مقاله حفاظت دیفرانسیلی توانی خطوط انتقال مبتنی بر روشهای حفاظت جامع خطوط انتقال با استفاده از اندازهگیریهای دو طرف خط انتقال - اندازهگیریشده توسط تجهیزات اندازهگیری - مبنای حفاظت پیشنهادی قرار میگیرد.
حفاظت دیفرانسیلی توانی، تابع دیفرانسیلی از ولتاژ و جریانهای اندازهگیریشده توسط تجهیزات اندازهگیری دو طرف خط حفاظت شونده را بهعنوان یک معیار حفاظتی جدید برای شناسایی خطاهای داخلی از خطاهای خارجی، در شرایط مختلف بهرهبرداری از سیستم قدرت ارائه میدهد. سازماندهی مقاله بهصورت زیر است: در بخش 2 فرمولبندی دیفرانسیل توانی با استفاده از اندازهگیریهای دو طرف خط انتقال ارائه خواهد شد. بخش 3 طرح حفاظتی پیشنهادی را ارائه میدهد. بخش 4 سیستم شبیهسازیشدهی موردنظر را معرفی نموده و نتایج شبیهسازی در این بخش ارائه میشود و درنهایت نتیجهگیری مقاله در بخش 5 ارائه میشود.
.2 شاخص دیفرانسیل توانی
در شرایط عادی و خطای خارجی خطوط انتقال، ولتاژ و جریان هر پایانه را میتوان با استفاده از ماتریس انتقال خط و ولتاژ و جریان سمت دیگر خط انتقال محاسبه کرد. ماتریس خط انتقال در صورت وقوع خطای داخلی در خط انتقال قابلاستفاده نمیباشد. هر ولتاژ و جریان سه فاز در سیستم قدرت را میتوان به سیستم متقارن سه فاز تجزیه کرد و از آن برای آنالیز شرایط مختلف سیستم قدرت ازجمله شرایط خطا و شرایط عادی استفاده کرد. لذا با توجه به اینکه ماتریس خط انتقال در شرایط خطا قابلاستفاده نمیباشد ابتدا این ماتریس به سیستم متقارن تجزیهشده و سپس با استفاده از ماتریس انتقال متقارن ، ولتاژ و جریان پایانهی دوردست رله محاسبه میشود.
