مقاله روشی نوین مبتنی بر حذف هارمونیکها جهت محاسبه امپدانس در حفاظت دیستانس دیجیتال

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

روشی نوین مبتنی بر حذف هارمونیکها جهت محاسبه امپدانس در حفاظت دیستانس دیجیتال

چکیده

در اثر ایجاد قوس الکتریکی در سیگنال ولتاژ برشهایی ایجاد مــیشــود و ایــن امــر طبــق قضــیه فوریــه منجــر بــه ایجــاد هارمونیکهایی در ولتاژ میشود. ایـن هارمونیکهـا مـیتواننـد روی محاسبات مربوط به فازور شکل موج در فرکانس اصـلی و درنتیجه محاسبه امپدانس در حفاظت دیستانس اثر بگذارند.
بمنظور جلوگیری و کم کردن این اثرات در ایـن مقالـه روش جدیدی برای محاسبه امپدانس و بهبود عملکرد رله دیسـتانس ارائه شده اسـت. در ایـن مقالـه نشـان داده مـیشـود کـه درمحاسبه امپدانس توسط روشهای پنجره متغیر و پنجـره ثابـت در حفاظـت دیسـتانس، بـرای حـذف هارمونیکهـا بـه تعـداد نمونههای بالا نیاز است. در روش جدید با تعداد نمونه مورد نیاز براساس حذف هارمونیکها به محاسـبه امپـدانس بـا نـرخ نمونهبرداری کمینه و سرعت مطلوب و بهینه پرداخته میشـود بگونهایکه با بکارگیری ایـن روش دقـت محاسـبات افـزایش مییابد. بدین جهت الگوریتمهای مهمی همچون فوریـه تمـام سیکل، فوریه نـیم سـیکل، مـانموریسـون، حـداقل مربعـات، حداقل مربعات با حذف مقدارDC و پرودار۷۰ برای محاسـبه امپدانس جهت مقایسه با روش جدید در نـرمافـزارPSCAD طراحی و پیادهسازی شدهاند و در نهایت نتایجمطلوبِ حاصل شده از روش جدید در مقایسه با دیگر روشها نشان داده شده است.

مقدمه
در شبکههای قدرت، خطوط انتقال یکی از مهمترین بخشهای سیستم قدرت مـیباشـند، کـه بـرای حفاظـت آنهـا رلـههـای دیستانس یکی از ارکان اصلی میباشـند. مهمتـرین پـارامتر در رلـه دیسـتانس، دقـت و سـرعت در محاسـبه امپـدانس خـط میباشد. در این قسمت یک موازنه وجود دارد، بـدین مفهـوم که با بالا بردن تعداد نقاط نمونهبرداری، دقت بالاتری بدسـت میآید. ولی آنچه مسلم است فضای بیشتری برای ذخیره ایـن نقاط نمونهبرداری لازم است. از جهتی با بالابردن تعداد نقـاط نمونهبرداری سرعت سیستم کاهش پیـدا مـیکنـد و همچنـین تعداد ضربهایی که در محاسبات وجود دارد باعث کند شدن در محاسبه پارامترهای خروجی میشود.[۱]
با توجه به اینکه محـاسبه امپدانس توسط روشــــهای پنجـره ثابت [۲] همچون فوریه تمام سیکل و فوریه نیم سـیکل نیـاز به تعـداد نمونـههـای ثابـت دارد و همچنـین بـرای محاسـبه امپــدانس توســط روشهــای پنجــره متغیــر [۲-۷] هماننــد مانموریسون، حـداقل مربعـات، حـداقل مربعـات بـا حـذف مقدارDC و پرودار۷۰ که با وارد شدن حداقل۴ نمونه بعـد از رخداد خطا به محاسبه امپدانس میپردازند به این منظور برای حذف هارمونیکهای وارد شده، تمـام نمونـههـا در محاسـبات وارد میشوند. برای بهینهسازی موازنه بین نرخنمونهبـرداری و یا تعداد نمونهها با حذف بیشترین هارمونیـک، در ایـن مقالـه روشی نوین ارائه شده است.
در مقــالات[۳,۴,۵] نمونـهای از روش حـداقل مربعـات بـر روی یک سیستم واقعی تست شـده اسـت. در مقالـه [۲] بـه بررسی روشهای محاسبه امپدانس از جهـت پاسـخ فرکانسـی پرداختــه شــده اســت، همچنــین بــرای محاســبات، نــرخ نمونهبرداری ثابتی در نظر گرفته شده است. که در تمـام ایـن مقالات به بررسی الگوریتمها پرداختهاند ولی محاسـبه دقیقـی برای تعداد نمونههای مورد نیاز جهت حذف هارمونیکهـای موردنظر نشده است. در این پژوهش ابتدا بـه بررسـی تئـوری روشهای مختلف و همچنین روش جدید پرداخته مـیشـود و ســپس تمــامی روشــها بــر روی یــک شــبکه اســتاندارد در نرمافزارشـدهPSCAD شبیهسازی انـد نهایتـاًو نتـایج بهینـه ناشی از این روش برای محاسبه دقیق امپـدانس بدسـت آمـده است.

الگوریتمهای متداول در حفـاظت دیستانس دیجیتال:

برای محاسبه امپدانس در الگـوریتمهـای رلـههـای دیسـتانس دیجیتال ابتدا با توجه به روش مقایسـه، نـوع و زمـان اتصـال کوتــاه بوجــود آمــده در خــط تشــخیص داده مــیشــود.

نمونهبرداری از مـوج ورودی انجـام مـیگیـرد. بـا اسـتفاده از الگوریتمهای موجود، دامنه و فـاز هارمونیـک اصـلی بدسـت میآید سپس به کمک سه رابطه زیـر امپـدانس خطـای زمـین محاسبه میشود:

که در رابطه بالا، ولتاژها مقادیر ولتاژهای خط نسبت به زمـین میباشند و k ضریب جبرانساز رله، Io جریـان تـوالی صـفرمیباشد و همچنین IC , IB , I A جریانهای خط در سـه فـاز میباشند. با استفاده از سه رابطه زیر امپدانس خطای فاز به فاز محاسبه میشود:

در مرحله ای که نمونهبرداری از موج انجـام مـیگیـرد، روش جدیــد مــیتوانــد بــا نــرخ نمونــهبــرداری کمینــه و حــذف هارمونیکهای مورد نظر، محاسبه امپـدانس را تـا حـد بسـیار زیادی دقیق کند. برای نشان دادن این موضوع، شش الگوریتم محاسبه امپدانس مورد بحث و مقایسه قرار میگیرنـد، کـه در این روشها N تعداد نمونـههـا در یـک سـیکل، M تعـداد نمونهها بعد از رخداد خطا، Vk دامنه موج عنصر نمونهبرداری شده k ام، Vreal مقدار حقیقی هارمونیک اصلی مـوج، Vimag مقدار موهومی هارمونیک اصـلی مـوج، θ زاویـه هارمونیـک اصلی موج و f فرکانس موج می باشد.

با توجه به پارامترهای بیان شده، شش روش متـداول محاسـبه امپدانس در رلههای دیستانس به شرح زیر میباشند:

روش فوریه تمامسیکل
در روش فوریه تمامسیکل۱ بـا توجـه بـه نمونـهبـرداری N نمونه در یک سیکل کامل و براساس رابطه زیر دامنه و زاویـه هارمونیک اصلی محاسبه میشود: [۲ ]

روش فوریه نیمسیکل
در روش فوریه نیمسیکل۱ در یک نیمسیکل نمونههـای مـوج که در رابطه بالا A برابر ماتریس زیر است:
اندازهگیری میشود و فرض نموده که نـیمسـیکل دوم متنـاظر با این نیمسیکل است. در یک سیکل و بر اسـاس رابطـه زیـردامنه و زاویه هارمونیک اصلی محاسبه میشود: [۲ ]

روش حداقل مربعات

در روش حداقل مربعات۲ همواره از سیگنالها نمونـهبـرداری میشود. پس از اینکه حضور خطا در سیستم مشخص گردید، نمونههای خطا دریافت میگردد [۳] و با توجه بـه N نمونـه در یک سیکل و بر اساس رابطه زیر دامنه و زاویه هارمونیـک اصلی محاسبه میشود:

در روش حداقل مربعات، از یک سیکل به بعد، یعنی از وقتـی که M از N بزرگتر شد، M برابر N میشود.

روش حداقل مربعات با حذف مقدار DC

این روش همانند روش حداقل مربعات میباشد با این فـرض که مقدار DC موجود در نمونهها را حذف نمـوده و سـپس مقادیر دامنه و فاز را محاسبه مینماید.[۴,۵] بهگونهای کـه بـا توجه به N نمونه در یک سیکل و براساس رابطه (۸) دامنه و زاویه هارمونیک اصلی محاسبه میشود.

در رابطــه بـالا M تعـداد نمونــههـا بعـد از خطـاـد مـیباشـ و Ck , Dk از رابطه زیر بدست میآید:

در رابطــه بـالا M تعـداد نمونــههـا بعـد از خطـاـد مـیباشـ و Ck , Dk از رابطه زیر بدست میآید:

در رابطه بالا A برابر ماتریس زیر است:

در رابطه بدست آمـده بـرای مـاتریس A ، f فرکـانس مـوج اصلی میباشد. در این روش نیز از یک سیکل به بعد، یعنی از وقتـــی که M از N بزرگــتر شد، M برابر N مـیباشـد.نکته قابل توجه آن است که برای محاسبه مقدار DC موج از رابطه زیر می توان کمک گرفت:

روش مانموریسون (Mann-Morrison)

روش مانموریسون مقدار امپدانس را تا ۳ نمونه بعـد از خطـا محاسبه میکند. سپس بین امپدانسهای بدست آمده از۳ نمونـه آخر و نمونههای قبل میانگین میگیرد:[۶]

روش پرودار(Prodar 70) 70

مؤلفه در روش پرودار۷۰ تصمیمگیری بر اساس سه نمونه میباشـد و بـرای محاسـبه امپـدانس از مشـتق اول و دوم شـکل مـوج استفاده مینماید:[۷]

روش جدید جهت محاسبه امپدانس

با توجه به تئوری الگوریتمهای بیان شـده در محاسـبات رلـه دیستانس، وابستگی آنها به تعـداد نمونـههـا مشـاهده شـداز. طرفی با توجه به اینکه در روش حـداقل مربعـات بـا حـذف مقدار DC در فرآیند محاسبنمونه امپدانس میتوان از ۴ بـه بعد، مقدار DC مـوج را از محاسـبات حـذف کـرد، در ایـن روش اگر فرمـول((۱۰ بـرای حـذف هارمونیکهـای مختلـف نوشته شود، رابطه((۱۵ بدسـت مـیآیـد. همچنـین دامنـه هـر هارمونیک از رابطه زیر بدست میآید:

در این رابطه، هارمونیک۲ و هارمونیکهایی که نیاز بـه حـذف شدن دارند، در ستونهای مربوطه در ماتریسA میآیند.

نکتــه قابـل توجـه در ایـن رابطــه آن اسـت کـه چـون بایـد فرمول((۹ بدست آید و از روی آن دامنه هارمونیکهای اصـلی و هارمونیکهای مختلف حساب شوند، ماتریسA نباید دارای تعداد سطرهایی بیشتر از تعداد ستونها باشد. این بـدان معنـی اســت کــه در حــالتی کــه ۴ نمونچهــهارمینوجــود دارد (نمونهگیری انجام یکـ یگیرد)، فقط میتوان از هارمونیکهـا یا مقدار DC موج را حذف کرد و وقتی ۶ نمونه وجود دارد،
میتوان از DC و هارمونیکهای مختلـف، دو مؤلفـه راحذف نمود. در حالـت کلـی، وقتـی M نمونـه وجـود دارد، مــیتــوان از بــین مؤلفــه DC و هارمونیکهــای مختلــف، تعدادM /2 − ۱ مؤلفه را از شکل موج حذف کرد. فرض شود موجی وجود دارد کـه هارمونیـک دوم نـدادرد. اینصــورت بــا قــرار دادن ســتونهای هارمونیــک ســوم درتحلیـ برای شبیهسازی و ماتریسA ، میتوان با ۶ نمونه، مؤلفه DC و هارمونیک سوم را از شکل موج حذف کرد. برای مشخص نمودن اینکه شکل موجی دارای هارمونیـک دوم اسـت یـا نـه، از روش حـداقل نرم مربعات استفاده میشود. بدین منظـور فـرض مـیشـود کـه ۴ نمونه از شکل موج در دسترس است. در ایـن حالـت، رابطـه حداقل مربعات برای حذف مؤلفه DC ، نوشته سپس میشود.
با توجه به فرمول((۱۱ مقدار دامنه DC محاسبه میاگرشود. این دامنه از حد تعیین شدهای کمتر بود، محاسـبات بـه جـای حذف مؤلفه DC به محاسبات با حذف هارمونیـک ۲ انجـام مـیگیـرد. سـپس همـین رونـد بـرای هارمونیـک دوم انجـام میگیرد. یعنی دامنه هارمونیک دوم محاسـبه مـیگـردد. اگـر دامنه این هارمونیک از حد تعیین شده کمتـر بـود بـه حـذف هارمونیک سوم اقدام می کند. بعد از این مرحله، وقتی تعـداد ۶ نمونه در دسترس بود، انتخابهای دوتـائی از مؤلفـه DC و هارمونیکها انجام میگیرد و روند بالا تکرار مـی شـود. یعنـی ابتدا ماتریسA برای حذف مؤلفه DC و هارمونیک ۲ نوشته میشود. سپس دامنه هر کداممی از این مؤلفهها محاسبه گردد.
اگر یکی از این دامنهها از حد تعیین شده کمتر بود، آن مؤلفـه را حــذف کــرده و در مــاتریسA درایــه هــای مربــوط بــه هارمونیک دیگری جایگزین می شود. بـا اینکـار، بـا کمتـرین نمونه، بهترین خروجی برای محاسبات امپدانسی در اختیار رله قرار میگیرد. شبیهسازی و تحلیل برنامه روش جدیـد در رلـه دیسـتانس و بجهت مطالعه سیستم قدرت در مواجه با محاسبات سیستمهـا
از نرمافزارPSCAD استفاده شده است. یکی از علل اسـتفاده از این نرمافزار بجای افزارهای مشابه این است که تعریـف بلوکهای جدید در این نرمافزار بسیار ساده اسـت، بطوریکـه که میتوان هر بلوکی را با قابلیتهـای مـوردنظر و بـا تعـداد دلخواه، ورودی و خروجی طراحی نموده و برنامهنویسی کرد. قابلیتهمچنین این برنامـه مافزار از های نویسـی در محـیط فرترن((FORTRAN استفاده مینماید. از آنجائیکـه روابـط حاکم بر این روشها کمی پیچیده مـیباشـد، سـاختن بلـوک متناسب با آن در نرمافزار PSCAD محـیط را بـرای مطالعـه سریع و آسان فراهم میآورد. از این رو برای محاسبه امپدانس و پیــاده ســازی روشــها، مــدل رلــهشــکلدیســتانس( در (۱PSCAD طراحــی شــده اســت و بــرای بدســت آوردن سیگنالهای واقعی، از یـک شـبکه قـدرت هشـت باسـه، بـه صورت شکل ۲ استفاده شده است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد