طرح یافتن مکان خطا در خطوط انتقال چند‏ترمینالی با استفاده از اندازه گیری‏های ناهمگام (آسنکرون)

چکیده ــ در این مقاله، یک روش ساده با استفاده از اندازه گیری ناهمگام برای تعیین مکان خطا در خطوط انتقال چند-ترمینالی ارایه می‏شود. در اینجا از روند همگام سازی داده توسعه یافته، پیش از محاسبه موقعیت خطا برای تعیین شاخه‏ ی دارای خطا، بکار گرفته می‏شود. الگوریتم موقعیت خطا، مستقل از مقاومت خطا و تغییرات امپدانس منبع می‏باشد. روش تشخیص شاخه خطا و الگوریتم موقعیت یابی پیشنهادی، بشدت به ازای انواع خطاهای اصلی و مقاومت خطاهای مختلف، مورد آزمون قرار گرفته است. نتایج نشان می‏دهد که الگوریتم موقعیت یاب خطای چند ترمینالی پیشنهاد شده، سریع، دقیق و مقاوم در برابر حالت‏های گذرای سیستم قدرت می‏باشد.

واژه ‏های کلیدی: تشخیص شاخه دارای خطا، موقعیت خطا، خطوط چند ترمینالی، اندازه گیری‏های ناهمگام، حفاظت خط انتقال

 

  1. مقدمه

مکان خطا در خطوط انتقال توان هوایی، توجه زیادی را همچنان به خود اختصاص داده و مورد بررسی‏های گسترده ای طی سال‏های اخیر قرار گرفته است. مکان یاب‏های خطا، در مقایسه با رله‏های حفاظتی، صریحا طوری طراحی می‏شوند تا موقعیت دقیق خطا در خطوط انتقال را به منظور تسریع در فرآیند تعمیر و بازیابی توان، بیابند. سیستم‏های انتقال توان چند ترمینالی مانند فیدرهای teed (خطوط سه-ترمینالی)، دارای مزیت‏های اقتصادی و محیطی می‏باشند. اگرچه، طراحی حفاظتی آنها چالشزا می‏باشد. خطوط چند ترمینالی، مسایل مازادی را به دلیل اتصال-دور (ریموت) در حال تغذیه از دیگر خطوط اتصالی و امپدانس خطای تصادفی اِعمال می‏کنند.

طرح‏های مختلفی که به منظور تشخیص خطا و تعیین مکان آن از فرکانس مولفه اصلی فازورهای ولتاژ و جریان استفاده می‏شود، در نوشتجات آورده شده است. این الگوریتم‏ها را می‏توان در کل به دسته‏های الگوریتم‏های اندازه گیری تک-انتهایی، الگوریتم‏های اندازه گیری دو-انتهایی و الگوریتم‏های موقعیت خطای چند-ترمینالی تقسیم کرد. الگوریتم‏های اندازه گیری دو-انتهایی، سیگنال‏های دو انتهای یک خط انتقال را جمع آوری کرده و عملکرد بهتری را در مقایسه با الگوریتم‏های تک-انتهایی ارایه می‏کنند، که این برتری به دلیل عدم حساسیت ظاهری به امپدانس منبع، مقاومت خطا و تغذیه انتهای-دور می‏باشد. بعلاوه، سیگنال‏های اندازه گیری شده بدست آمده برای ارزیابی الگوریتم، ممکن است توسط ثبت کننده‏های داده دارای همگامی زمانی با کمک PMU-ها (واحدهای اندازه گیری فازور) و GPS، یا از ثبت کننده‏های داده خطای بدون همگامی زمانی (آسنکرون) که دارای مرجع زمانی مشترکی هم نیستند، بدست آمده باشند.

الگوریتم موقعیت خطا برای فیدرهای teed که با انتخاب یک مرجع مشترک و معادل قرار دادن ولتاژها در نقطه teed، همگام سازی داده‏ها را انجام می‏دهد، در مرجع [۱] ارایه گشته است. به منظور محاسبه فاصله خطا، از تبدیل شرطی و استخراج مولفه سر-به-سر استفاده می‏شود. اگرچه، نویسندگان عدم تطابق همگام سازی را تنها برای تعدادی از نمونه داده‏ها در نظر گرفته اند و الگوریتم تحویل داده شده به ازای زاویه‏های همگام سازی منفجره یا بزرگ مورد آزمون قرار نگرفته است. طرح حفاظتی سه-ترمینالی که از تبدیل کلارک برای تجزیه کمیت‏های درون-فازی و نیز توسعه یک شاخص تشخیص خطا استفاده می‏کند، در مرجع [۲] ارایه شده است. این الگوریتم پاسخ سرعت بالایی را ارایه می‏کند، اما نیازمند اندازه گیری داده‏های سنکرون شده (همگام سازی شده) از PMU-ها و GPS می‏باشد.

یک تکنیک حفاظتی ساده برای خطوط انتقال چند-ترمینالی که از اندازه گیری‏های ولتاژ سنکرون استفاده می‏کند، در مرجع [۳] آورده شده است. این فرآیند را می‏توان هم به خطوط جابجا شده و هم به خطوط جابجا نشده اعمال کرد، اما نیازمند داده هایی در مورد امپدانس منبع می‏باشد. همچنین، نتایج محاسبه فاصله خطا، وابستگی به نوع خطا و مقاومت خطای مربوطه را نشان می‏دهند. در کل، خطا به درصد در محاسبه فاصله، با بیشتر شدن مقاومت خطا، افزایش می‏یابد.

الگوریتم‏های موقعیت خطا برای سیستم‏های دو ترمینالی که از داده‏های اندازه گیری شده آسنکرون (غیر همگام) استفاده می‏کنند، در مراجع [۹-۱۱] آورده شده است. یک روند تکراری در [۹] اراده شده که زاویه سنکرون سازی مجهول آن را می‏توان با استفاده از روش نیوتون-رافسون، پیدا کرد. یک روند تکراری مشابه نیز در [۱۱] ارایه گشته که در آن از یک روش سکانت اصلاح شده برای بدست آوردن مقدار زاویه سنکرون سازی مجهول، استفاده شده است. در [۱۰]، یک روند همگام سازی و موقعیت یابی خطای غیر-تکراری، با استفاده از کمیت‏های توالی مثبت افزایشی برای خطاهای متقارن، و بطور همزمان با استفاده از کمیت‏های توالی مثبت و منفی برای خطاهای نامتقارن، ارایه شده است. همه روندهای ارایه شده در مراجع [۹-۱۱]، منجر به چند جفت مقادیر فاصله خطا و زاویه همگام سازی می‏شود. راه حل‏های چند-گانه باید به دقت و با شرایط بسیار ویژه ای برای انتخاب جفت زاویه و فاصله‏های صحیح، مورد پردازش قرار گیرند.

طرح‏های موقعیت یابی خطای مبتنی بر PMU، دارای مزیت عدم حساسیت به امپدانس منبع پشت رله، مقاومت خطای مربوط و هر تغذیه ریموت از ترمینال‏های انتهای دور می‏باشد. اگرچه، این حقیقت که PMU-های با کمک GPS، به دلایل اقتصادی، هنوز به اندازه ای که می‏شود، مورد استفاده قرار نمی گیرند، هنوز پابرجاست. بنابراین، داده‏های بدست آمده از ثبت کننده‏های خطای آسنکرون، بایستی با استفاده از یک عملگر همگام سازی مرکب ، اصلاح شوند که  زاویه آسنکرون می‏باشد. همچنین، کاربرد الگوریتم‏های موقعیت یابی خطای دو-انتهایی در خطوط چند-ترمینالی، نیازمند ثبت کننده‏های داده‏های خطای ۲n می‏باشند که n تعداد ترمینال‏های سیستم می‏باشد.

در این مقاله، یک الگوریتم خطا یاب مرحله-آفلاین ساده، با استفاده از اندازه گیری‏های آسنکرون از یک ثبت کننده داده خطای قرار گرفته در هر شین ترمینال _به صورتی که در شکل ۱ نشان داده شده_ توسعه داده شده است. سیستم چند-ترمینالی بکار رفته در این مقاله، یک سیستم EHV (فوق فشار قوی) چهار ژنراتوری با پنج خط انتقال می‏باشد که نیاز به حفاظت دارد. اصول اولیه ی حفاظت خط دو و سه ترمینالی، به یک سیستم چند-ترمینالی _به مانند سیستم نشان داده شده در شکل ۱_همزمان با ساخت الگوریتم پیشنهادی، بسط داده شده است. مدل خط پارامتر توزیع شده، به طور دقیق مورد استفاده قرار گرفته است تا خطوط انتقال فشار قوی را طوری نشان دهد که رفتار آنها مشابه با دینامیک‏های سیستم‏های واقعی باشد.

یک روند سنکرون سازی داده غیر-تکراری، با استفاده از اندازه گیری‏های پیش-از-خطای معلوم، ارایه شده است. سنکرون سازی داده را می‏توان به یک روش تک-عکسی، بدون هیچ محدودیتی در مقدار سنکرون سازی مورد نیاز برای سیستم، انجام داد. بر خلاف الگوریتم‏های ارایه شده در مراجع [۹-۱۱]، روند سنکرون سازی داده پیشنهادی که در بخش “روند سنکرون سازی داده و تشخیص شاخه خطا” ارایه گشته، دارای برتری کار به عنوان روش تشخیص شاخه خطا نیز می‏باشد. بنابراین، نیازی به روش‏های تشخیص مبتنی بر تبدیل کلارک ارایه شده در مراجع [۱-۳] نمی باشد. بخش “طرح موقعیت یابی خطا”، روابط ریاضی مربوط به موقعیت یابی خطا برای سیستم چهار-ترمینالی بکار رفته در این مقاله را، ارایه می‏کند. این فرمول‏ها منجر به پنج تابع فاصله، یکی برای هر خط، شد که نه تنها شاخه دارای خطا را مشخص می‏کند، بلکه به طور واضح نقطه-tee را مشخص می‏کند، که در بخش “ارزیابی الگوریتم” آورده شده است.

 

روند همگام سازی داده و تشخیص شاخه دارای خطا

سیستم چند ترمینالی شکل ۱، فرض شده که دارای یک ثبت کننده داده خطا بوده که در هر شین ترمینال آن قرار داده شده است. روند همگام سازی، با تخصیص یکی از شین‏های ترمینال به عنوان نقطه مرجع مشترک، آغاز می‏شود. در این مورد، شین ۴ نقش مرجع مشترک را دارد. این روش طوری طراحی شده است تا داده‏های دیگر سرها را بتوان بدون هیچ محدودیتی در مقدار سنکرون سازی مورد نیاز سیستم، قبل از اینکه فرآیند موقعیت یابی خطا بتواند آغاز شود، سنکرون (همگام) سازی کرد. از این رو، روند همگام سازی برای هر دو زاویه سنکرون سازی acute و obtuse کار می‏کند. انواع مختلف خطا، در نوع کمیت‏های مولفه توالی حاضر در ولتاژ و جریان در طی عملکرد خطا با یکدیگر متفاوت می‏باشند. از میان همه انواع مختلف خطا، حضور کمیت‏های توالی مثبت برای خطاهای متقارن و نامتقارن، رایج می‏باشد. بنیابراین، تنها فازورهای توالی مثبت به منظور طرح موقعیت یابی خطا و روند همگام سازی داده، مورد استفاده قرار می‏گیرند. همچنین باید توجه داشت که روند همگام سازی توسعه یافته در این بخش، برای پیاده سازی بر روی یک ریز-پردازنده دیجیتالی، مناسب می‏باشد.

ادامه:

Fault-location-scheme-for-multi-terminal-transmission-lines-using-unsynchronized-measurements

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.