بخشی از مقاله
چکیده: امروزه انرژی الکتریکی از نیازهای اساسی جوامع بشری میباشد. از این رو، سیستم های تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی باید به طور قابل اطمینان و ایمن عمل کنند. این مقاله به ارائه یک طرح حفاظت مبتنی بر منطق فازی در جهت شناسایی و طبقهبندی خطاهای شنت در خطوط انتقال جبرانشده میپردازد. برای این منظور، یک خط انتقال سه فاز تک مداره با ولتاژ و فرکانس در نرمافزار متلب شبیهسازی شده است. طرح ارائه شده را با انواع مختلف خطاهای متقارن و نامتقارن به همراه پارامترهای مختلف خطا که شامل مسافت وقوع خطا نسبت به نقطه حفاظتی، مقاومت خطا و زاویه شروع خطا میشود را ارزیابی کردیم. با توجه به نتایج شبیهسازی متوجه عملکرد بینقص و قابل قبول این طرح حفاظتی بودیم.
1 مقدمه
خطوط انتقال، انرژی را از آخرین نقطه تولید به مرکز توزیع و درنهایت به مشتریان شرکت توزیع منتقل میکند. همانطور که میدانیم، خطوط انتقال در معرض شرایط جوی و آب و هوایی قرار دارند و همین موضوع باعث اثرگذاری پدیدههای فیزیکی - زلزله، سیل، طوفان - برروی خطوط و درنهایت بروز خطا میشوند. خطاها را در حالت کلی میتوان به دو دسته خطاهای شنت و سری طبقهبندی کرد.
لازم به ذکر است که خطاهای شنت، خود به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسیم میشوند. در دید کلی 11 حالت ممکن برای وقوع خطای شنت در شبکه سهفاز وجود دارد .[6] دو خطای اتصال سهفاز به یکدیگر و اتصال سهفاز به زمین از دسته خطاهای متقارن، و مابقی حالات ممکن از دسته خطاهای نامتقارن شناخته میشوند. با توجه به پیشرفت تکنیکهای محاسباتی نرم، طرحهای حفاظتی مختلفی براساس متدهای مختلف از جمله شبکههای عصبی مصنوعی 4]،[5، ماشین بردار پشتیبانی 10]،[9، فازی عصبی [3] و منطق فازی 2]،[8 به منظور حفاظت خطوط انتقال سهفاز ارائه و پیادهسازی شدهاند.
گفتنی است که طرح حفاظتی مبتنی بر شبکههای عصبی مصنوعی برای خطوط شش فازه در [4] به طور کامل ارائه شده است. از مزایای استفاده از فازی میتوان به سهولت در استفاده از آن و انعطافپذیری بالای آن در برابر مشکلات مختلف اشاره کرد. همچنین میتوان از فازی در مواردی که اطلاعات ناقصی از مسئله دراختیار داریم استفاده کنیم .[2] در [11] از فازی بمنظور تشخیص خطا در جریانهای سهفازه برای سیستمهای حفاظتی دیستانس دیجیتالی استفاده شده است. در [12] نیز تکنیک انتخاب فاز مبتنی بر فازی، با استفاده از زاویه فاز جریانهای خط برای تشخیص خطا و شروع ریکلوزر خودکار ارائه شده است.
همچنین [8] به ارائه یک روند منظم فازی بمنظور طبقهبندی خطاها در خطوط انتقال میپردازد. در [13] نیز از یک طرح که مبتنی بر شبکه پتری است با استفاده از محدودیت زمانی میان رخداد حادثه در سیستم قدرت به تشخیص خطا میپردازد. با این حال تمامی طرحهای گفته شده، حفاظت سیستمهای انتقال سهفاز را بدون جبرانسازی ارئه کردهاند.
همانطور که میدانیم بار توزیع شده بر روی شینها در تمامی ساعات یکسان نیستند. با توجه به تغییرات بار در خط انتقال، ولتاژ نیز تحت تاثیر قرار میگیرد. به عنوان مثال، با افزایش بار القائی، توان راکتیو خط انتقال افزایش مییابد و در این مرحله به اهمیت عمل جبرانسازی به منظور حفظ مشخصه ولتاژ پی خواهیم برد. به طور کلی جبرانسازی در دو حالت مختلف سری و شنت صورت میگیرد .[1] پس با بالا رفتن توان راکتیو در خط، به کمک جریانهای پیشفاز خازنهای سری و شنت ظرفیت خط را اصلاح میکنیم. لازم به ذکر است که امروزه اکثر خطوط انتقال از نوع جبرانساز سری هستند و ما نیز در این مقاله به ارائه یک طرح حفاظتی برای جنین خطوطی میپردازیم.
در این مقاله، یک طرح حفاظتی مبتنی بر منطق فازی برای تشخیص و طبقهبندی خطا در خطوط انتقال با جبرانساز سری ارائه میشود. برای این منظور، یک خط انتقال سهفازه تک مداره با ولتاژ و فرکانس در نرمافزار متلب شبیهسازی کردیم. طرح ارائه شده به کمک جزء اساسی سیگنالهای ولتاژ به تشخیص و طبقهبندی خطاها میپردازد. گفتنی است که عملکرد طرح ارائه شده با انواع مختلف خطاها به همراه پارامترهای مختلف خطا همانند مکان وقوع خطا، زاویه شروع خطا و مقاومت خطا ارزیابی شده است.
2 مدل سیستم قدرت سهفاز با جبرانساز سری
همانطور که گفتیم یک خط را با ولتاژ و فرکانس به طول را در نرمافزار متلب شبیهسازی کردیم. این خط از دو جزء که به کمک باسهای ، و به یکدیگر متصل شدهاند، تشکیل شده است. برای ایجاد انواع خطاهای مختلف متقارن و نامتقارن از یک بریکر خطای سهفازه استفاده میکنیم. در شکل شماره 1 دیاگرام خطی سیستم قدرت تحت مطالعه را مشاهده میکنیم. ولتاژ باس شماره 1 را مبنا در نظر میگیریم و رله را بر روی باس شماره 1 جایگذاری میکنیم.
3 تحلیل خطا
برای توسعه طرح حفاظتی مناسب، تحلیل رفتار خطا ضروری است. پس از وقوع خطای شنت در خط انتقال، دامنه ولتاژ فاز مربوطه - فازی که دچار خطا شده است - کاهش مییابد. از سوی دیگر میدانیم که دامنه ولتاژ در حالت نرمال تغییر قابل ملاحظهای ندارد. بنابراین برای تشخیص خطای شنت در خط انتقال سهفاز با جبرانساز سری، از دامنه ولتاژ کمک میگیریم. شکل شماره 2، شکل موج ولتاژ خط را در حالت نرمال و خطای خط به زمین در فاصله ، با مقاومت خطای صفر اهم و زاویه شروع خطای صفر را نشان میدهد. طرح حفاظت مبتنی بر منطق فازی ارائه شده با بکارگیری مشخصههای ولتاژ به عنوان ورودی، به تشخیص و طبقهبندی خطاها میپردازد.
4 پیشپردازش و نمونهبرداری از سیگنال ولتاژ
بلوک دیاگرام پلهای طرح حفاظتی در شکل شماره 3 نشان داده است. اولین قدم، پیشپردازش و نمونه برداری از سیگنال ولتاژی است که از حوزه زمان به حوزه فرکانس تبدیل خواهد شد. قدم دوم نیز همانند قدم اول به تشخیص و طبقهبندی خطا مبتنی بر منطق فازی میپردازد. قدم سوم یا آخرین قدم مرحلهی بعد از پردازش طرح حفاظتی ارائه شده است. خروجی این مرحله وضعیت کنونی خط - نرمال یا دچار خطا - را نشان میدهد.
الگوریتم ارائه شده براساس اجزاء اساسی سیگنال ولتاژهای هرفاز تغریف میشود. در اولین قدم از پیشپردازش، اجزاء اصلی سیگنال ولتاژ نمونه برداری میشود. در آخر قدم اول، سیگنال ولتاژی را در حوزه فرکانس برای ما فراهم میکند که به مراتب از تحلیل راحتتری نسبت به سیگنال ولتاژ در حوزه زمان برخوردار است. مراحل صورت گرفته در پیشپردازش به صورت زیر خواهد بود:
· مقدار لحظهای سیگنال ولتاژ هر فاز را مشخص میکنیم.
