بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، روشی جدید، مبتنی بر تکنیک اندازه گیري فازوري همزمان، به منظور تعیین محل خطا در خطوط جبران شده با خازن سري، ارائه شده است. به دلیل مشکلات رایج ترانسفورماتورهاي جریان در مبحث حفاظت دیستانس شبکه قدرت و در نتیجه، افزایش هزینه حفاظت، روش پیشنهادي، مستقل از اندازه گیري جریان شبکه و تنها بر اساس اندازه گیري ولتاژهاي دو ترمینال خط پایه ریزي شده است. نحوه اندازه گیري ولتاژهاي دو ترمینال خط انتقال جبران شده، بصورت همزمان و سنکرون لحاظ می باشد. روش ارائه شده، توسط دو زیر روال - یک زیر روال براي خطاهاي سمت راست و دیگري براي خطاهاي سمت چپ خازن - ، ناحیه خطا را دردو سمت خازن به صورت دقیق تعیین و فاصله وقوع آنرابدون در اختیار داشتن نوع خطا، با دقت قابل قبولی محاسبه می نماید. نتایج حاصل از شبیه سازي با نرم افزارEMTP/ATP ، بیانگر دقت تخمین محل خطا، مستقل ازمقاومت و نوع خطا علیرغم حذف ترانسفورماتور جریان می باشد.
واژه هاي کلیدي: تعیین محل خطا، اندازه گیري همزمان ولتاژ، خطوط جبران شده سري، حذف ترانسفورماتور جریان
1. مقدمه
جبران سازي خطوط انتقال و منحصرا جبران سازي با خازن سري، جایگاه ویژه اي را به لحاظ مزایاي هنگام بهره برداري در شبکه قدرت به خود اختصاص داده است. از جمله این مزایا، می توان به افزایش قابلیت انتقال توان، پایداري گذرا ومیرا کنندگی نوسانات سیستم قدرت اشاره نمود .[1] بنابراین، مطالعه همه جانبه شبکه با حضور این عناصر، اقدامی ضروري در جهت افزایش بهره وري سیستم قدرت به شمار می آید.براساس اهمیت مبحث حفاظت در مطالعات سیستم، بررسی شبکه انتقال در شرایط خطا و مشخصا محل یابی خطا در خطوط انتقال، جایگاه مهمی در راستاي اهداف ذکر شده دارد.بر خلاف مدل خطوط جبران نشده در طول پریود خطا،خطوط جبران شده، به واسطه حضور عنصر جبران ساز وتجهیزات حفاظتی آن، در هنگام بروز خطا داراي رفتار غیرخطی می باشند.
لذا روش هاي متداول تعیین محل خطا، از جمله روش هاي مبتنی بر اندازه گیري امپدانس خط، در اینخطوط نتیجه مطلوبی به دنبال ندارد.بر اساس اهمیت بیان شده، تا به حال روش هاي متعددي به تعیین محل خطا در خطوط جبران شده با خازن سريپرداخته اند. اکثر این روش ها، مدل ارائه شده توسط [2] Goldsworthy را براي مدل سازي خازن در پریود خطا مورد استفاده قرار داده اند. از میان این روش ها، مرجع [3]روشی بر پایه معادلات زمانی شبکه با در نظر گرفتن مدلگسترده خط انتقال ارائه نموده است. روش فوق، با استفاده ازدو زیر روال ناحیه و محل دقیق وقوع خطا را مستقل ازمقاومت خطا تخمین زده است. همچنین برخی مقالات، روشخود را بر اساس اندازه گیري مؤلفه هاي فرکانس اصلی توسعه داده اند. مرجع [4] روشی بر پایه اندازه گیري مؤلفه هاي فرکانس اصلی در یک سمت خط انتقال با اعمال مدل [2] ارائه نموده است.
اخیرا مراجع 5]و[6 روشی دقیق بر پایه تکنیک اندازه گیري فازوري همزمان در خطوط جبران شده سري با ادوات FACTS ارائه نموده اند. مرجع [5] با در نظر گرفتن سه ناحیه عملیاتی مختلف براي عنصر جبران کننده - TCSC - ومدل دیفرانسیلی خط انتقال، محل خطا را در دو زیر روال بادقت خوبی تخمین زده است. توانایی روش ارائه شده، استقلال محل تخمینی از نوع مدل سازي جبران کننده می باشد.تاکنون تمامی مطالعات انجام شده در زمینه محل یابی خطا درخطوط جبران شده سري، مبتنی بر اندازه گیري ولتاژ و جریاندر یک یا دو سمت خط انتقال بوده اند.[6-1] بروز اضافه ولتاژو حالت گذراي شدید شبکه در حالت خطا، عملکرد نامطلوب ترانسفورماتور هاي اندازه گیري جریان را به دنبال دارد که درنتیجه این امر، رله هاي تغذیه شده توسط این ترانسفور ماتورهاممکن است در پریود کوچکی از زمان به صورت ناخواسته وارد ناحیه اشباع و در نهایت تخمین نادرست محل خطا گردند.
به علاوه، ورود ترانس جریان به ناحیه اشباع نیز درجریان هاي خطاي بزرگتر، امري اجتناب ناپذیر است. به منظور رفع این نقیصه راه حل هاي متفاوتی ارائه شده اند که از آن جمله می توان به انتخاب ترانس جریان با کلاس اندازهگیري دقیق تر و با هسته مرغوب تر اشاره نمود. همچنین،برخی مقالات براي رفع مشکل حالت گذراي ترانس جریان،مدل نسبتا دقیقی از آنرا را در شرایط گذرا پیشنهاد نمودهاند.[7] اما با این وجود، مشکل ورود ترانس به ناحیه اشباع واندازه گیري نادرست آن، موجب کاهش دقت و افزایش هزینه حفاظت شبکه انتقال می گردد. بنابراین، ارائه روشی مستقل ازجریان، به عنوان زمینه تحقیقاتی جدیدتر، اهمیت به سزایی مییابد.
تاکنون چندین روش مستقل از جریان براي تعیین محل خطادر خطوط جبران نشده ارائه شده اند [13-8] که از میان آنهامراجع [13-10] روشی مستقل از جریان، مبتنی بر اندازه گیري فازوري همزمان ولتاژ ارائه نموده اند. این روش ها با در نظر گرفتن مدل تونن شبکه در طول دوره خطا، با دقت قابل قبولیمحل خطا را تخمین می زنند که از میان آنها مرجع [10] روشپیشنهادي خود را مستقل از نوع و امپدانس خطا در خطوط انتقال دو ترمینال ارئه نموده است.با توجه به موارد بیان شده، در این مقاله روش تعیین محل خطایی بر پایه اندازه گیري همزمان ولتاژ ارائه می گردد.الگوریتم ارائه شده به دو زیر روال - یک زیر روال براي خطاهاي سمت راست و دیگري براي خطا هاي سمت چپ خازن - تقسیم می شود که هدف آنها تشخیص سمت خطا نسبت به موقعیت خازن و در نهایت تخمین دقیق محل خطاي ایجادشده می باشد.
مدل مورد استفاده براي خازن سري و عناصرموازي حفاظت اضافه ولتاژ آن، مدل ارئه شده توسط 2]و[14است. در روش پیشنهاد شده، محل خطا بر حسب رابطه ايمرتبط با ولتاژ دو پایانه قبل و حین خطا، پارامتر هاي خط و مشخصات جبران کننده در یک شبکه دو ترمینال ارائهمی گردد. در نهایت، نتایج شبیه سازي هاي انجام شده با نرمافزار EMTP/ATP، جهت نشان دادن دقت روش پیشنهاديبراي انواع خطا و همچنین مقاومت خطاي مختلف در نقاط متفاوت شبکه ارئه می گردند.
2.مدل خطی جبران کننده در حالت خطا
افزایش جریان شبکه در هنگام خطا و عبور این جریان بالا ازجبران کننده، افزایش ولتاژ آنرا به دنبال خواهد داشت. با بروزچنین شرایطی، سیستم مهار اضافه ولتاژ جبران کننده از جملهبرقگیر وارد عمل می گردد. با ورود این عنصر غیر خطی، امپدانس خطی جبران کننده به امپدانس غیر خطی متغیر باجریان عبوري از آن تغییر می یابد. Goldsworthy، مدل خطی شده اي از خازن سري موازي با برقگیر ارائه نمودهاست.[2] مدل ارائه شده، یکی از پر کاربرد ترین مدل هايمورد استفاده در بررسی سیستم هاي قدرت جبران شده با خازن سري در شرایط خطا می باشد. مطابق این مدل، مجموعهخازن و تجهیزات حفاظتی آن - مدار شکل - 1 - - ، در شرایطخطا با دقت قابل قبولی توسط امپدانس متغیر با جریانمجموعه مدل سازي می گردند:
با انتخاب Ipr به عنوان سطح حفاظتی جریان جبران کننده، می توان جریان عبوري از جبران کننده - IC - را نرمال سازي نمود:
بر اساس تعریف Ipu، رابطه - 1 - به صورت زیر تبدیل میگردد:
که مقدار XCS راکتانس خازن سري خط می باشد.شکل - 2 - مدار معادل جبران کننده و مدل امپدانس معادل آنرا نشان می دهد. همچنین در این شکل، جبران کننده با منابع جریان فرضی IN در دو سمت خازن سري با راکتانس ثابتXCS نیز شبیه سازي شده است.[14] که مقدارIN برابر استبا:
