بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مروری بر روشهای مکانیابی خطا در سیستمهای توزیع برق
چکیده
در این مقاله، سعی شده است مروری جامع بر روشهای مکان یابی خطا در سیستم توزیع مورد بررسی قرار بگیرد. توپولوژی سیستم قدرت، مدلهای خط و بار و لزوم اطلاعات اضافی مربوط است به جنبههایی که بین روش ها تفاوت ایجاد میکند. شبکه توزیع ارتباط میان شبکه بزرگ انتقال برق با مصرف کنندهها را فراهم میسازد. اکثر زمانهای برون رفتی که مشترکین تجربه می کنند، به دلیل وقوع خطا بر روی سیستم توزیع ولتاژ متوسط میباشد. سیستمهای برق در پنجاه سال گذشته به سرعت رشد کرده است. این امر موجب افزایش تعداد خطوط و طول کل آنها شده است. این خطوط خطاهایی را تجربه می کنند که توسط طوفان، رعد و برق، برف، باران، خرابی عایق، و اتصال کوتاه ناشی از پرندگان و سایر اجسام خارجی ایجاد می شود. موضوع مکان یابی خطا به مرور زمان در سیستم توزیع نیز بیشتر مورد توجه قرار گرفت که دلیل آن حضور در محیط تجدید ساختار یافته و رقابت شرکت ها برای افزایش دسترسی مصرف کننده به انرژی میباشد.
۱- مقدمه
خطاها در سیستمهای توزیع برق باعث قطعی برق میشود که این قطعی برق باعث ادامه اختلالات، از دست دادن اطلاعات، ضرر اقتصادی و آسیب تجهیزات دیگر می شود. مکانیابی خطا شامل تعیین مکان فیزیکی خطا می باشد. روش اولیه مکانیابی خطا شامل بازرسیهای بصری میباشد. روشهای مکان یابی خطا به سه دسته میتوانند تقسیم روش هایی کده 。ル اساس امواج سیار هستند، روش هایی که مولفه های فرکانس بالای ولتاژ و جریان استفاده میکنند و روشهایی که از ولتاژ و جریان اندازه گیری شده در فرکانس اصلی در ترمینال - های خط استفاده می کنند. روش آخر، به عنوان روش امپدانسی طبقه بندی می شود، که شامل محاسبه امپدانس خط از ترمینالهای خط و براورد فاصله تا خطا میباشد. روشهای مبتنی بر امپدانس، به د سهولت اجرای آن محبوبتر هستند. در برخی دیگر از منابع همچون امکانیابی خطا در سیستم توزیع را به سه دسته کلی متفاوت طبقه بندی می کنند که شامل موارد زیر می شود:
۱- روشهایی بر اساس مولفههای فرکانس بالا و امواج سیار
۲- روشهای مبتنی بر دانش و شناخت
۳- روشهای مبتنی بر امپدانس و مولفه های فرکانس اصلی روش های مبتنی بر دانش را می توان به سه گروه تقسیم بندی کرد. هوش مصنوعی و روش های مبتنی بر تجزیه و تحلیل آماری، روش - های مبتنی بر دستگاه توزیع و روش ترکیبی .
توپولوژی سیستم توزيع
مهم ترین جنبه در نظر گرفته شده توسط روشهای مکان یابی خطا به طور مستقیم به ویژگیهای سیستمهای توزیع مربوط میشود.
۱- ناهمگونی فیدر داده شده بر اساس اندازه و طول های مختلف کابل، حضور خطوط هوایی و زیرزمینی، و غیره.
۲- نامتعادلی با توجه به خطوط ترانسپوز نشده و با حضور، بارهای تک فاز، دو فاز و سه فاز.
۳- حضور شاخههای فرعی در طول فیدر اصلی
۴- حضور تپهای بار در شاخههای فرعی و فیدر اصلی.
این جنبهها باعث اشتباه در تعیین نقاط خطا توسط استفاده از یک مدل ساده می شود.
۳- روش مولفه های فرکانس بالا و امواج سیار
مبنا این روش بر اساس بازتاب و انتقال امواج سیار تولید شده در شبکه قدرت خطادار میباشد. اگر چه در این روش خطا را می توان با دقت بالا مکان یابی کرد، ولی پیادهسازی این روش پیچیدهتر و گران تر از اجرای تکنیکهای مبتنی بر امپدانس است. به این دلیل که این روش به تجهیزات اضافه زیادی مانند سیستم GPS، آشکارسازهای خطای گذرا درا ۲ امولفههای فرکانس بالا از امواج سیار با استفاده از موجک به منظور یافتن خطا آنالیز شده اند. در || ۳ || آنالیز همبستگی بین شکل های خطا بر اساس تخمین تاخیرها شناسایی با توجه به موارد گفته شده در این قسمت، به طور کلی، مهم ترین مشکل این روشها ضرورت دستگاههای اندازهگیری با نرخ نمونه برداری بسیار بالا (مگاهرتز) است.
۴- روش مبتنی بر دانش و شناخت
دسته دوم، روش مبتنی بر دانش است این روش را می توان به سه گروه تقسیم کرد: هوش مصنوعی و روش های مبتنی بر تجزیه و تحلیل آماری، روش های مبتنی بر دستگاه توزیع و روش های ترکیبی.
۱-۴- هوش مصنوعی و روش های مبتنی بر تجزیه و تحلیل اماری
چندین روش هوش مصنوعی مانند شبکههای عصبی مصنوعی، منطق فازی، سیستم خبره، الگوریتم ژنتیک، و غیره وجود دارد. این روشها می تواند به اپراتورها و مهندسان کمک کند تا کارهای بسیار دشوار را انجام دهند. با استفاده از این روش ها، عامل زمان بطور قابل ملاحظهای کاهش مییابد و از بسیاری از محققان از روش های مبتنی بر هوش مصنوعی در مکان یابی خطای سیستم توزیع استفاده کردند. روش پارتیشن بندی گراف چندگانه بر ات انسانی اجتناب می شود اساس مرتب سازی درجه حداقل وزن توسط آ۵ا به کار گرفته شده است، تا اینکه یک شبکه قدرت در مقیاس بزرگ را به چند زیر شبکه پارتیشن بندی کند. ا۶ا روشی ارائه کرد که مقدار ولتاژ و زاویه در تمام باس ها از طریق تخمین حالت تخمین میزد و یک حد آستانه برای تشخیص مسیر خطا مورد استفاده قرار گرفته بود. ۷ا از مقدار ویژه و شبکههای عصبی مصنوعی بر اساس الگوریتم یادگیری استفاده کرد. شبکه عصبی آموزش داده می شود تا رابطه غیر خطی موجود بن محل خطا و مقدار ویژه مشخصه آن را ترسیم کند.
۴- ۲- روش های بر اساس وسایل توزیع
نوع دیگری از روش های مبتنی بر دانش روشهای مبتنی بر دستگاه - های توزیع برای مکان یابی می باشد. ۸ ایک روش ریاضی ارائه کرد که بر اساس اطلاعات سنسور ولتاژ نصب شده در سیستم و ساختار توپولوژیکی شبکه مکان یابی میکرد. رابطه سنسورهای ولتاژ با بخش - های مختلف سیستم به عنوان یک ماتریس، تنظیم و فرمولبندی می شود. روشی ارائه کرد که بوسیله مطابقت اندازه ولتاژ واقعی و زاویه فاز با آنهایی که از تجزیه و تحلیل خطا شبیه سازی شده اند و در یک پایگاه داده ذخیره می شوند کار می کند. این روش برای اجرا ساده و ارزان میباشد به این دلیل که تنها فقط نیاز به اندازه گیری باس های تحت نظارت دارد.
۴- ۳- روشهای ترکیبی
تقریبا همه روشهای مکان یابی، تعیین محل خطا را بر اساس یک الگوریتم، مانند محاسبه فاصله خطا و یا تجزیه و تحلیل حالت دستگاه - های محافظ انجام می دهند. برخی، از روش های ترکیبی استفاده می کنند و بر اساس بیش از یک الگوریتم برای رسیدن به یک تخمین دقیق تر از بخش دارای خطا عمل میکنند. || ۱۰] یک روش ترکیبی پیشنهاد کرد که فاصله خطا را با استفاده از اندازهگیریهای موجود در پست محاسبه می کند. سپس از مقادیر پس از خطای جریان یا ولتاژ استفاده می کند تا مشکل تخمین متعدد ناشی از وجود خطاهای متعدد در شبکه با امپدانس یکسان را کاهش دهد. ا||۱۱] از محاسبه فاصله خطا، اطلاعات آشکارساز خطا، و اطلاعات جغرافیایی سیستم توزیع برای مکانیابی خطا استفاده می کند. || ۱۲ | ابتدا فاصله خطا را محاسبه کرد تا نامزدهایی برای محل خطا ایجاد کنند. سپس با تطبیق الگو جریان و آنالیز بارهای قطع شده، نامزدها را کاهش داد. در ۱۳ ایک روش مکان یابی بر اساس شکل موج جریان اندازه گیری شده در پستهای قدرت، دانش تنظیم دستگاههای حفاظتی و شبکه ANFIS پیشنهاد شده است.
۵- روشهای امپدانسی
فاصله خطا از باس توزیع اولیه تا مکان خطا با استفاده از روش مبتنی بر امپدانس برآورد می شود. مقادیر ولتاژ و جریان اندازه گیری شده در یک انتها و یا دو سر خط در این روشها مورد نیاز است. بیشترین روش ها فقط برای سیستم شعاعی به خدمت گرفته می شوند و نیاز به اطلاعات دیگر مانند وضعیت مدار شکنها، شکل موجهای جریان خطا و وضعیت نشانگرهای خطا برای سیستمهای غیر شعاعی میباشدا ۱۰ | در این روش ها، اول، نوع و فاز خطا شناسایی شده و در مرحله بعد، امپدانس ظاهری بر اساس ولتاژ و جریان انتخاب شده محاسبه می شود. | ۱۴] معادلاتی ارائه کرد که تمام انواع خطا رخ داده در فیدر اصلی و جانبی تک فاز را محاسبه می کرد. این روش ماهیت دینامیک بارها را در نظر نگرفته است. ا۱۵ امکان یابی خطا را با حل یک معادله در دوم ناشی از تجزیه و تحلیل مدار مستقیم انجام میدهد. به طور کلی، با توجه به مطالب ذکر شده، اشکال اصلی روشهای بر امپدانس تخمین چند نقطه است که به دلیل وجود چندین نقطه ممکن معیوب با فاصله یکسان است. در نتیجه، این روشها مکان خطا را دقیق اعلام میکنند اما قطعی نیست.
۱-۵- روش نووسل و همکارانش [۱۶]
این روش بر اساس محاسبهی امپدانس منبع و بار و بر اساس ولتاژ و ز خطا و هنگام خطا، اندازهگیری شده در پست بنا مکان یاب خطا Wes و Ips ولتاژ و جریان قبل از خطا، اندازه گیری شده در پست میباشند و چنAV = Wr - W و AI = I - Ir. رابطه اساسی از معادله زیر برای اندازه گیری امپدانس حلقه خطا به دست می آید:
از این معادله میتوان رابطه درجه دوم فاصله تا خطا را بدست اورد
معادله مختلط (۲) دارای دو مجهول m و /R میباشد. با جدا کردن این معادله به بخش های حقیقی و موهومی، مقدار m میتواند پس از حذف +R با استفاده از رابطه زیر بدست آید:
در این روش اگر جریان خطا در مکان یاب خطا در فاز جریان خطا نباشد تحت تاثیر قرار نمیگیرد. در نتیجه، ایمنی نسبت به اثرات جریان بار و مقاومت خطا بدست می آید. نتایج امتحان این روش در زیر داده شده، که در آن M ا٪ ا محل خطای محاسبه شده است.
۵- ۲- روش داس [۱۷]
مرجع ۱۷ ایک تکنیک پیشنهاد می کند که از ولتاژ و جریان فرکانس اصلی اندازه گیری شده در ترمینال خط، قبل و در طول خطا استفاده شده است. روش مکان یابی خطا با در نظر گرفتن یک خطای تک فاز به زمین در یک سیستم شعاعی توصیف شده است، شکل ۲ سیستم را ن داده است. روش مکان یابی خطا شامل شش مرحله می باشد.
A. آشکارکردن بخش خطادار یک برآورد اولیه از محل خطا ایجاد می شود، و اعلام می کند که خطا بین گره های x و (x + 1(=y میباشد.
B. سیستم شعاعی معادل تمام شاخههای فرعی بین گره M و محل خطا نادیده گرفته می شوند و بارهای روی این شاخه های جانبی در گرهای که این شاخهها به آن متصل اند، در نظر گرفته می شود.
C. مدل کردن بار اثرات بارها بوسیله جبران برای جریان هایشان در نظر گرفته شده است. برای بار در یک گره مثل R، این مدل بصورت زیر شرح داده میشود.
که در آن , W ولتاژ در گره R، ۲٫۶ ادمی تانس بار، ,O و B ثابت های متناسب با کندوکتانسی (رسانایی) و سوسکپتانسی، و Ilp و II ثابت های پاسخ برای مولفه های اکتیو و راکتیو بار میباشند.
