بخشی از مقاله
چکیده
چنانچه نوسانات توان در سیستم قدرت میرا نشوند، ممکن است باعث ناپایداری آن شوند. مقاله پیش رو برای ارزیابی بهنگام پایداری گذرای سیستم قدرت با استفاده از یک شبکه عصبی مصنوعی، از اطلاعات دریافتی سیستم اندازهگیری ناحیه گسترده استفاده کرده است. در مطالعات قبلی مرتبط با این بحث، همواره شبکههای مورد مطالعه در مقایسه با شبکههای واقعی، حاوی نقایص زیادی بودند. یکی از این نقایص، لحاظ نکردن حفاظتهای موجود در سیستم است. بروز یک اغتشاش، خرابی تجهیزات یا اتفاقات غیرطبیعی در سیستم ممکن است باعث عملکرد عناصر حفاظتی و جداسازی بخشی از سیستم شود.
در صورتی که این پدیده با اقدامات مناسب همراه نشود، ممکن است به خروج متوالی بخشهای دیگر سیستم و در نهایت منجر به یک خاموشی سراسری شود. از این رو، در این تحقیق برای رفع این کاستیها، حفاظت اضافه جریان برای خطوط انتقال لحاظ شده است. همچنین برای هماهنگی بهینه بین رلههای اضافه جریان، از الگوریتم ازدحام ذرات اصلاح شده، بهره گرفته شده است. در پایان برای انجام ارزیابی آنلاین پایداری گذرا از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه کمک گرفته شده و شبیهسازی طرح مقاله، بر روی شبکه 39 شینه IEEE انجام پذیرفته است.
مقدمه
از همان روزهای آغازین تولید و انتقال توان الکتریکی، پایداری همواره یک مسأله اساسی در سیستمهای قدرت بوده که با رشد فیزیکی و اتصال موازی ژنراتورها در نواحی مختلف، این مسأله پیچیدهتر نیز شده است. چندین دهه بعد از پیدایش سیستمهای قدرت، حفظ سنکرونیزم بین ماشینهای سنکرون نگرانی اصلی در استفاده از این سیستمها بود. در دو دهه اخیر، علیرغم گذشته، سیستمهای قدرت بسیار نزدیک به مرزهای ناپایداری خود کار میکنند. از دلایلی که باعث عملکرد تحت استرس شدید میشوند میتوان به رشد فیزیکی سیستمهای قدرت، فشارهای زیست محیطی جهت گسترش انتقال انرژی، افزایش مصرف و استفاده از موتورهای القایی اشاره کرد. تحت این شرایط سیستم میتواند نوع جدیدی از رفتار ناپایدار را از خود نشان دهد.
- Hossain and Pota, 2014 - پیدایش سیستمهای اندازهگیری ناحیه گسترده 1 - WAMS - امکان مشاهده رفتارهای دینامیکی سیستم قدرت به صورت زمان-واقعی را فراهم آورده است. استفاده از این تکنولوژی و دادههای دریافتی از واحدهای اندازهگیری فازور 1 - PMU - موجود در سیستمهای انتقال، موجبات بهبود نظارت بر پایداری سیستمهای قدرت را فراهم آورده است . - Su and Liu, 2014 -
یک روش جهت جلوگیری از ایجاد خاموشیهای سراسری متوالی و محدود کردن انتشار خطا در شبکه، جداسازی سیستم کنترلشده است. این تکنیک شناسایی ماشینهای همآوا بعد از وقوع خطا به صورت زمان-واقعی را بیش از پیش مهم میکند؛ زیرا بکارگیری PMUها در نقاط از پیش مشخص شده در سیستم به ارزیابی سریع و دقیق پایداری گذرا به صورت زمان-واقعی کمک شایانی میکند .
- Siddiqui et al, 2018 - تا کنون مطالعات بسیار زیادی در زمینه پایداری ولتاژ انجام پذیرفته است . در - Vahidnia et al, 2016 - یک روش کنترلی ناحیه گسترده برای بهبود پایداری گذرا زمانی که نوسانات بین ناحیهای در دوره پس از خطا در حال میرا شدن هستن، ارائه میدهد. ابتدا با توجه به همآوایی ژنراتورها، آنها را به چند گروه تقسیم کرده و سپس اقدام به تخمین مودهای بین ناحیهای نموده که برای تخمین، از فیلتر کالمن غیرخطی استفاده شده است. الگوریتم پیشنهادی در این مرجع که قصد دارد پایداری نوسان اول و پایداری میرایی را در حضور کنترلکنندههای مختلف بهبود دهد، باید انرژی جنبشی - که عامل اصلی ناپایداری است - را محدود کند؛ به عبارتی با این کار کاهش انرژی جنبشی ماکزیمم خواهد شد.
تحقیق - Dou et al, 2009 - از پایدارسازهای سیستم قدرت محلی و نظارتی برای بهبود پایداری گذرا استفاده کرده است. البته با توجه به پیچیدگی روزافزون سیستم، دیگر فقط پایدارسازهای محلی جوابگو نیستند، بلکه به دلیل کوپلینگ قوی بین مودهای محلی و بین ناحیهای، لازم است که یک طرح کنترل نظارتی نیز به سیستم کنترلی اضافه شود. این کنترل نظارتی در واقع کنترلکننده های غیرمتمرکز محلی را از طریق دریافت سیگنالهای سیستم اندازه گیری ناحیه گسترده، با همدیگر هماهنگ کرده که ساختار آن به صورت یک کنترل تحریک دو سطحی ترتیبی بیان شده است. مرجع - Cepeda et - al, 2014 یک دیدگاه جدید برای ارزیابی پایداری گذرا مبتنی بر پیشبینی مرکز اینرسی ناحیهای بر اساس اطلاعات دریافتی از PMUها مطرح میکند .
از روشهای مبتنی بر مونت کارلو برای ارزیابی مکرر این پایداری با لحاظ کردن تغییرات شرایط بار و نرخ وقوع خطا استفاده شده است و از این اطلاعات جهت تعلیم یک ماشین بردار پشتیبان برای ارزیابی پایداری گذرا بهره جسته است. در - Xu et - al, 2011 از هوش محاسباتی و تکنیکهای یادگیری ماشینی جهت ارزیابی ایمنی دینامیکی استفاده شده است. در این روش از الگوریتم مبتنی بر دانش، جهت تقریب زدن فضای نقاط کار احتمالی بعدی سیستم استفاده شده که در این الگوریتم، با پایش نقاط کار قبلی و با توجه به تغییرات پروفیل بار و پخش بار اقتصادی تغییرات این مهم صورت گرفته است. سپس از طریق یک مدل پیشنهادی ارزیابی پایداری گذرای مبتنی بر یادگیری ماشین مفرط و خروجی این مدل، به پیشبینی پایداری گذرا اقدام شده است.
در - Wu et al , 2016 - نیز با ارتباط دادن ظرفیت توان انتقالی توسط خطوط انتقال از طریق یک واسطه با تفاوت زاویه فاز بین زوج باسهای ژنراتوری بحرانی، به پایش حاشیه پایداری گذرا از طریق اطلاعات دریافتی از واحدهای اندازهگیری فازور پرداخته است. در این تحقیق ابتدا به تشخیص زوج باسهای ژنراتوری بحرانی پرداخته و از طریق پایش بهنگام تفاوت زوایای در حالت ماندگار و همبستگیِ بین تفاوت زوایا و توان ارسالی در دوره قبل و بعد از خطا، به تعیین پایدار بودن و یا نبودن وضعیت فعلی اقدام شده است . در - J¼hannsson et al, 2013 - به یکی از رویکردهایی که در ارزیابی به صورت زمان-واقعی پرداخته به این صورت که ارزیابیهای مختلفی به کار گرفته شود که هر کدام از آنها روی مکانیزم خاصی از ناپایداری تمرکز کردهاند.
در نهایت ارزیابی کلی به صورت موازی عمل کردن تمامی این ارزیابیهای کوچک است و همین عمل باعث مستقل بودن از مدل دینامیکی پیشبینی پاسخ سیستم آن است. حال آن مکانیزم خاصی که در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته، توانایی هر ژنراتور برای تولید گشتاور سنکرون کافی برای اینکه سیستم در نقطه پایدار خود باقی بماند، است. در این مقاله نیز با در نظر گرفتن حفاظت اضافه جریان برای خطوط انتقال و تأثیر آن روی زوایای روتور ژنراتورها در هنگام وقوع حوادث مختلف در شبکه، از طریق یک روش جدید با استفاده از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه اقدام به پیشبینی پایداری گذرا نموده است.
حفاظت اضافه جریان
یکی از اثرات مهم خطاهای اتصال کوتاه در سیستم قدرت، پدید آمدن جریان ناگهانی است. بنابراین طبیعی است که از دامنه جریان به عنوان یکی از علائم مهم وجود خطا استفاده شود. از این رو حفاظت اضافه جریان به عنوان یکی از روشهای حفاظتی مدنظر قرار گرفت که به طور گسترده در سیستمهای قدرت استفاده میشود. در این تحقیق به منظور هرچه واقعیتر شدن سیستم مورد مطالعه، حفاظت اضافه جریان برای خطوط انتقال شبکه در نظر گرفته شده است.
هماهنگی بهینه رلههای اضافه جریان
هماهنگی رلههای حفاظتی اضافه جریان برای عملکرد سریع و مناسب موضوعی مهم تلقی میشود. هماهنگی رلههای حفاظتی یعنی برگزیدن تنظیمات مناسب برای رلهها بهطوریکه عملکرد حفاظتی این رلهها پاسخگوی ویژگیهای مورد نیاز یک سیستم حفاظتی تحت شرایط مختلف باشد. این ویژگیها شامل حساسیت، انتخابگری، قابلیت اطمینان و سرعت میباشند. طبق - Zeineldin et al, 2006 - مسأله هماهنگی رلههای اضافه جریان، نیازمند محاسبه تنظیم زمانی رله 1 - TDS - و زمان تحریک اولیه رله 2 - Ip - است. ن پدید میآید که باعث بهبود هر چه بهتر عملکرد این سیستم حفاظتی میشود.
