بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مکان یابی خطا در خطوط انتقال با در نظر گرفتن خازن شنت خطوط
خلاصه
در این مقاله یک روش جدید جهت مکان یابی خطا در خطوط انتقال ارائه خواهد شد. در این روش برخلاف بیشتر الگوریتم های مکان یابی خطا، علاوه بر امپدانس خط انتقال، خازن شنت خطوط نیز در نظر گرفته خواهد شد. از اطلاعات فازوری ولتاژ و جریان دو پایانه ابتدا و انتهای خط و همچنین مولفه های متقارن توالی مثبت و منفی استفاده خواهد شد. برای ارزیابی، انواع خطا روی فواصل مختلف خط انتقال، بر روی شبکه شبیه سازی شده در نرم افزار Digsilent اعمال خواهد شد. مزیت این روش علاوه بر بالا بودن دقت، مستقل بودن روش از امپدانس های منابع، امپدانس خطا، زاویه ولتاژ در هنگام خطا و نوع خطا است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده دقت بالای روش است.
واژه های کلیدی: مکان یابی خطا، مدل ساده خط انتقال، مدل پی خط انتقال
.1 مقدمه
خطوط انتقال همواره در معرض شرایط جوی متفاوت و تماس با انسان و حیوان قرار دارند. بنابراین امکان رخداد انواع خطاهای تصادفی و غیرقابل پیش بینی در شبکه سراسری برق وجود دارد. همچنین هدف نهایی یک سیستم قدرت، انتقال انرژی مداوم به مصرف کننده است. امروزه باتوجه به وابستگی شدید صنایع و مصرف کنندگان شهری به انرژی الکتریکی، قطع برق باعث خسارت اقتصادی سنگین به صنایع و اختلال در زندگی روزمره مصرف کنندگان شهری می شود.الگوریتم های مکان یابی خطا به منظور سرعت بخشیدن به ترمیم شبکه و بهبود قابلیت اطمینان آن توسعه یافته اند.[1]این الگوریتم ها از مولفه های فازور فرکانس قدرت ولتاژ و جریان برای مکان یابی خطا استفاده می کنند و به دو زیر مجموعه تک پایانه ای و دو پایانه ای تقسیم می شوند3]،.[2 در روش تک پایانه ای از داده های اندازه گیری شده در یک پایانه استفاده می شود که مزیت آن سادگی روابط است. دقت این روش ها به اندازه مقاومت خطا، همگن بودن خط و تشخیص نوع خطا وابسته است.[4] در روش دو پایانه ای از داده های اندازه گیری شده در دو پایانه استفاده می شود. این روش به دلیل عدم وابستگی به مقاومت خطا و نوع خطا از روش های تک پایانه ای دقیق تر خواهد بود. ضمن انکه روش دو پایانه ای به همزمانی داده های اندازه گیری شده از دو پایانه وابسته است. روش اندازه گیری دو پایانه ای خود به دو روش اندازه گیری همزمان [5] و غیرهمزمان [6] تقسیم می شود. در این مقاله از روش دو پایانه ای استفاده خواهد شد. در اکثر مقالات ارائه شده جهت مکان یابی خطا از مدل ساده خط استفاده شده است که در خطوط بلند کارایی لازم را نداشته و دچار خطا می شوند. در این مقاله با استفاده از مدل پی خط انتقال یعنی مدل سازی خازن شنت در خطوط انتقال دقت روش مکان یابی خطا بالا برده می شود. روشی به شکل دو پایانه ای با داده های همزمان و غیرهمزمان با مدل پی خط انتقال ارائه می شود. ضمن اینکه روش به شکل ساده و سر رلست بوده و از تکنیک های تکرار که موجب واگرایی برخی مسائل می گردد اجتناب خواهد شد.
.2 تئوری مکان یابی خطا
در این بخش به بررسی الگوریتم مکان یابی خطا دو پایانه ای با مدل ساده و پی خط انتقال پرداخته می شود.
سیستم قدرت شکل (1) شبکه مورد ازمایش برای تخمین مکان خطا را نشان می دهد. ولتاژ و جریان قبل از خطا، در حین خطا و بعد از خطا را بوسیله دستگاه های اندازه گیری هوشمند (IED) در دو طرف خط انتقال اندازه گیری می شوند.
شکل .1 دیاگرام تک خطی یک شبکه انتقال با دو پایانه
در شکل m (1) معرف مکان خطا بر حسب پریونیت و RF معرف مقاومت خطا می باشد. جدول (1) پارامترهای سیستم شکل (1) را نمایش می دهد.
جدول -1 اطلاعات مربوط به شبکه شکل (1)
.1,2 الگوریتم دو پایانه ای همزمان
در این الگوریتم فرض بر این است که اندازه گیری ها از دو انتهای خط انتقال همزمان بوده و با یک نقطه زمانی مشترک که به وسیله GPS مشخص شده است ارسال می گردند.
استفاده از مولفه های متقارن منفی، بعلت عدم تاثیر از جریان بار،کوپلینگ دو طرفه توالی صفر و نامعینی امپدانس توالی صفر خط انتقال کارایی بالاتری نسبت به مولفه صفر دارد .[7]
.1,1,2 مدل ساده خط انتقال
به منظور شـــرح دادن الگوریتم مکان یابی خطا، شـــبکه توالی منفی با مدل ســـاده خط انتقال در زمان رخداد خطای نامتعادل در شکل (2) را بررسی می کنیم.
مولفه منفی ولتاژ نقطه خطا نسبت به دو انتهای خط انتقال به شکل زیر است:
مولفه منفی ولتاژ نقطه خطا نسبت به دو انتهای خط انتقال برابراند با:
با توجه به برابری ولتاژ نقطه خطا در فرمول های (5) و (6)، با ساده سازی و مرتب سازی به یک معادله درجه 2 بر حسب m خواهیم رسید. بنابراین مکان خطا به صورت زیر بدست می اید.
که مقادیر ثابت به صورت زیر تعریف می شوند.
با حل معادله (7) دو مقدار برای m بدست می آید که مقدار بین 0 و 1 قابل قبول می باشد.
.2,2 الگوریتم دو پایانه ای غیر همزمان
شــکل موج های ولتاژ و جریان که توســط IEDs در دو انتهای خط انتقال ثبت می شــوند ممکن اســت که با یکدیگر همزمان نباشـــند چراکه IEDs ممکن اســـت دارای نرخ نمونه برداری متفاوت باشـــند یا اینکه خطا را با تفاوت زمانی اندکی تشــخیص دهند. بنابراین اســتفاده از الگوریتم های طراحی شــده برای داده های همزمان با داده های غیرهمزمان باعث ایجاد خطا یا عدم مکان یابی خطا خواهد شد. کانال های ارتباطی، داده ها را بین IEDs با یک تاخیر زمانی که معادل شیفت فازی در حالت فازوری خواهد بود انتقال می دهند .[8]
.1,2,2 مدل ساده خط انتقال
به منظور شرح الگوریتم مجددا شکل (2) را در نظر بگیرید.
برای هماهنگی بین اندازه گیری های دو پایانه G و H از یک ضریب همزمانی ejδ استفاده می شود.
m)ZLiIHi
زیرنویس i به نوع مولفه توالی بحث شــده در بخش قبل اشــاره دارد. مولفه توالی منفی برای محاســبه مکان خطا برای
خطاهای نامتقارن و مولفه توالی مثبت برای خطاهای متقارن ستفاده می گردد. از معادلات (8) و (9) می توان ضریب همزمانی را به شکل زیر محاسبه نمود. 10)
ejδ را می توان با گرفتن قدر مطلق از دو طرف معادله (10) حذف نمود. با ســاده ســازی و مرتب کردن، موقعیت خطا از
یک معادله درجه 2 به شکل زیر حاصل می شود:
که مقادیر ثابت به صورت زیر تعریف می شوند.
با حل معادله (11) دو جواب برای m خواهیم داشت که جواب صحیح بر حسب پریونیت مقداری بین 0 و 1 دارد.
.2,2,2 مدل پی خط انتقال
به منظور شرح الگوریتم مکان یابی خطا شکل (3) را مجددا بررسی می کنیم.
از معادله (12) و (13) ضریب همزمانی به شکل زیر محاسبه می گردد:
مجددا با قدرمطلق گرفتن از دو طرف معادله (14) و ساده سازی و مرتب کردن جملات ضرایب زیر را خواهیم داشت:
