یکی از مهمترین اجزاء یک سیستم مدرن مدیریت انرژی در شرکتهای برق فرآیند تخمین حالت سیستم قدرت براساس اندازه گیری کمیات آن در زمان واقعی می باشد. حالت سیستم قدرت براساس مجموعه ائی از مقادیر مولفه مثبت ولتاژ که از شینهای شبکه بطور همزمان تهیه میشوند تعریف میگردد.
فناوری تخمین حالت که در حال حاضر استفاده میگردد در سال 1960 ایجاد شده و بر اساس کمیات اندازه گیری شده غیرسنکرون عمل می نماید. برای تخمین حالت سیستم می باید تعداد زیادی معادلات غیر خطی بصورت بهنگام حل شوند. اما بواسطه نرخ پائین اسکن اطلاعات و سرعت کم محاسبات، فناوری حاضر قادر به تهیه اطلاعات بهنگام درباره وضعیت دینامیکی سیستم قدرت نمی باشد.
یکی از راه حلهای آینده برای مونیتورینگ زمان حقیقی شبکه های قدرت، سیستم PMU (Phasor Measurement Units) می باشد که با کمک سیستم GPS سیگنالهای زمانی بسیار دقیقی از اطلاعات شبکه های قدرت را جمع آوری و استفاده می نماید. گیرنده ماهواره ائی GPS اطلاعات دقیقی از وضعیت ولتاژ سه فاز پستها و جریان خطوط، ترانسفورماتورها و بارها را جمع آوری و در اختیار PMU قرار میدهد. براساس این اطلاعات، مؤلفه مثبت ولتاژ و جریانها در لحظه زمانی اندازه گیری بطور دقیق در مقیاس میکروثانیه محاسبه شده و بدینوسیله زاویه فاز آنها استخراج میگردد.
GPS سیستمی است که از 24 ماهواره واقع در 6 مدار تشکیل شده که حدودا" در فاصله 10000 مایلی از سطح زمین قرار دارند. موقعیت صفحه هر یک از مدارها و موقعیت ماهواره ها در مدارها بگونه ای است که در هر لحظه و در هر نقطه از سطح زمین چهار ماهواره در دید می باشند و اغلب بیشتر از 6 ماهواره قابل رویت است. مکانیزم و عملکرد سیستم GPS بدین گونه است که به هریک از سیگنالهای اندازه گیری شده یک سیگنال زمان منتسب و همراه می گرداند. فرمت دقیق انتساب زمان براساس استاندارد IEEE , 1344 تعریف میشود.
اطلاعات فازوری مولفه مثبت کلیه پستهائی که به سیستم PMU مجهز می باشند همگی در یک سایت مرکزی مناسب جمع آوری شده و برای کاربردهای حفاظتی و کنترلی استفاده میگردند. درحقیقت جمع آوری و پردازش این اندازه گیریهای سنکرون مبنای یک فناوری جدید و نسبتا" قوی را برای مونیتورینگ، حفاظت و کنترل شبکه های قدرت فراهم می آورد.
نحوه ارسال و مخابره اندازه گیریهای زمانی سنکرون از کمیات شبکه به بخش متمرکزساز اطلاعات بسیار اساسی و حیاتی می باشد. فناوریهای مختلفی مانند سیستم باسیم، سیستم شبکه رادیوئی، میکروویو، تلفنهای عمومی، تلفنهای سلولی، سیستم دیجیتال بی سیم و ترکیبی از این فناوریها برای ارسال و مخابره اطلاعات اندازه گیری شده استفاده میگردد. فرمت فایلهای اطلاعات خروجی که توسط PMU ایجاد میشوند براساس استاندارد شماره IEEE , 1344 تعریف شده اند. استاندارد کمک می نماید تا مطمئن شویم که کاربرهای آینده که میخواهند از کمیات فازوری اندازه گیری شده بطور سنکرون استفاده نمایند قادر خواهند بود که به اطلاعات فازوری تهیه شده توسط PMU سازندگان مختلف دسترسی پیدا نمایند.
PMU یا فناوری اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری شبکه های قدرت فناوری نسبتا" جدیدی می باشد و بهمین دلیل گروههای تحقیقاتی زیادی در سطح دنیا درباره کاربردهای آن بشرح زیر فعالیت می نمایند.
تخمین و نمایش دقیق حالت سیستم قدرت در فواصل زمانی معین امکان پذیر بوده که بدین ترتیب میتوان پدیده های دینامیکی سیستم را از یک محل مرکزی مشاهده نموده و عملیات کنترلی مناسب را اعمال نمود. سیستم اندازه گیری سنکرون فازوری، فناوری کاملا" جدیدی را برای تخمین حالت کل سیستم قدرت فراهم آورده است. با استفاده از فناوری جدید اکثر تاخیرهای ذاتی که در روشهای تخمین حالت موجود وجود دارند از بین رفته و شرکتهای برق قادر به تحلیل دینامیکی و استاتیکی حوادث شبکه در زمان حقیقی خواهند بود.
بهبود توانائی تحلیل وضعیت سیستم پس از وقوع خطا، چرا که موقعیتهای لحظه ای دقیقی از رفتار سیستم را میتوان از طریق GPS فراهم نمود. بعنوان مثال وضعیت کلیدها، توان عبوری در خطوط مهم، دامنه ولتاژ شینهای بحرانی، توان خروجی ژنراتورهای مهم و … همگی استفاده می شوند تا براساس آنها استراتژی کنترل و بهره برداری شبکه در مواقعی بحرانی، استخراج شود.
حفاظت پیشرفته بر اساس اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری امکان پذیر خواهد بود. بعنوان مثال سیستم سنتی حفاظت خط مبتنی بر اندازه گیری کمیات دریک طرف خط برای تشخیص خطا می باشدو برای خطوط بحرانی با سنکرون نمودن اندازه گیریهای دوطرف خط توسط روشهای غیرمستقیم یک سیستم حفاظتی دیفرانسیل برای تشخیص خطا بوجود می آورند که از مطمئن ترین نوع حفاظت میباشد. درحالیکه در آینده سیستم PMU قادرخواهد بودکه سیستم حفاظت دیفرانسیل را بسادگی ایجاد نماید و بدین وسیله میزان خسارات وارده به سیستم قدرت بواسطه وقوع خطاها را کاهش دهد.
یک نمونه از کاربرد اندازه گیری فازوری کمیات برای اهداف حفاظتی در رله های تطبیقی out of step می باشد. با استفاده از اندازه گیری زاویه فاز نقاط مهم شبکه در زمان حقیقی و بکمک مفهوم پایداری گذرا میتوان رله های out of step بهبود یافته ائی طراحی نمود. آزمایشهای میدانی چنین رله هائی در شبکه های فلوریدا – جورجیا اجرا شده و نتایج امیدوار کننده ای را نشان داده است. همچنین مشابه چنین طرحی نیز در شرکت برق فرانسه (EDF) در دست اجرا می باشد.
کنترلهای پیشرفته براساس فیدبک راه دورامکانپذیر بوده که عملکردسیستم رابهبود خواهد بخشید.
__________________
فناوری تخمین حالت که در حال حاضر استفاده میگردد در سال 1960 ایجاد شده و بر اساس کمیات اندازه گیری شده غیرسنکرون عمل می نماید. برای تخمین حالت سیستم می باید تعداد زیادی معادلات غیر خطی بصورت بهنگام حل شوند. اما بواسطه نرخ پائین اسکن اطلاعات و سرعت کم محاسبات، فناوری حاضر قادر به تهیه اطلاعات بهنگام درباره وضعیت دینامیکی سیستم قدرت نمی باشد.
یکی از راه حلهای آینده برای مونیتورینگ زمان حقیقی شبکه های قدرت، سیستم PMU (Phasor Measurement Units) می باشد که با کمک سیستم GPS سیگنالهای زمانی بسیار دقیقی از اطلاعات شبکه های قدرت را جمع آوری و استفاده می نماید. گیرنده ماهواره ائی GPS اطلاعات دقیقی از وضعیت ولتاژ سه فاز پستها و جریان خطوط، ترانسفورماتورها و بارها را جمع آوری و در اختیار PMU قرار میدهد. براساس این اطلاعات، مؤلفه مثبت ولتاژ و جریانها در لحظه زمانی اندازه گیری بطور دقیق در مقیاس میکروثانیه محاسبه شده و بدینوسیله زاویه فاز آنها استخراج میگردد.
GPS سیستمی است که از 24 ماهواره واقع در 6 مدار تشکیل شده که حدودا" در فاصله 10000 مایلی از سطح زمین قرار دارند. موقعیت صفحه هر یک از مدارها و موقعیت ماهواره ها در مدارها بگونه ای است که در هر لحظه و در هر نقطه از سطح زمین چهار ماهواره در دید می باشند و اغلب بیشتر از 6 ماهواره قابل رویت است. مکانیزم و عملکرد سیستم GPS بدین گونه است که به هریک از سیگنالهای اندازه گیری شده یک سیگنال زمان منتسب و همراه می گرداند. فرمت دقیق انتساب زمان براساس استاندارد IEEE , 1344 تعریف میشود.
اطلاعات فازوری مولفه مثبت کلیه پستهائی که به سیستم PMU مجهز می باشند همگی در یک سایت مرکزی مناسب جمع آوری شده و برای کاربردهای حفاظتی و کنترلی استفاده میگردند. درحقیقت جمع آوری و پردازش این اندازه گیریهای سنکرون مبنای یک فناوری جدید و نسبتا" قوی را برای مونیتورینگ، حفاظت و کنترل شبکه های قدرت فراهم می آورد.
نحوه ارسال و مخابره اندازه گیریهای زمانی سنکرون از کمیات شبکه به بخش متمرکزساز اطلاعات بسیار اساسی و حیاتی می باشد. فناوریهای مختلفی مانند سیستم باسیم، سیستم شبکه رادیوئی، میکروویو، تلفنهای عمومی، تلفنهای سلولی، سیستم دیجیتال بی سیم و ترکیبی از این فناوریها برای ارسال و مخابره اطلاعات اندازه گیری شده استفاده میگردد. فرمت فایلهای اطلاعات خروجی که توسط PMU ایجاد میشوند براساس استاندارد شماره IEEE , 1344 تعریف شده اند. استاندارد کمک می نماید تا مطمئن شویم که کاربرهای آینده که میخواهند از کمیات فازوری اندازه گیری شده بطور سنکرون استفاده نمایند قادر خواهند بود که به اطلاعات فازوری تهیه شده توسط PMU سازندگان مختلف دسترسی پیدا نمایند.
PMU یا فناوری اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری شبکه های قدرت فناوری نسبتا" جدیدی می باشد و بهمین دلیل گروههای تحقیقاتی زیادی در سطح دنیا درباره کاربردهای آن بشرح زیر فعالیت می نمایند.
تخمین و نمایش دقیق حالت سیستم قدرت در فواصل زمانی معین امکان پذیر بوده که بدین ترتیب میتوان پدیده های دینامیکی سیستم را از یک محل مرکزی مشاهده نموده و عملیات کنترلی مناسب را اعمال نمود. سیستم اندازه گیری سنکرون فازوری، فناوری کاملا" جدیدی را برای تخمین حالت کل سیستم قدرت فراهم آورده است. با استفاده از فناوری جدید اکثر تاخیرهای ذاتی که در روشهای تخمین حالت موجود وجود دارند از بین رفته و شرکتهای برق قادر به تحلیل دینامیکی و استاتیکی حوادث شبکه در زمان حقیقی خواهند بود.
بهبود توانائی تحلیل وضعیت سیستم پس از وقوع خطا، چرا که موقعیتهای لحظه ای دقیقی از رفتار سیستم را میتوان از طریق GPS فراهم نمود. بعنوان مثال وضعیت کلیدها، توان عبوری در خطوط مهم، دامنه ولتاژ شینهای بحرانی، توان خروجی ژنراتورهای مهم و … همگی استفاده می شوند تا براساس آنها استراتژی کنترل و بهره برداری شبکه در مواقعی بحرانی، استخراج شود.
حفاظت پیشرفته بر اساس اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری امکان پذیر خواهد بود. بعنوان مثال سیستم سنتی حفاظت خط مبتنی بر اندازه گیری کمیات دریک طرف خط برای تشخیص خطا می باشدو برای خطوط بحرانی با سنکرون نمودن اندازه گیریهای دوطرف خط توسط روشهای غیرمستقیم یک سیستم حفاظتی دیفرانسیل برای تشخیص خطا بوجود می آورند که از مطمئن ترین نوع حفاظت میباشد. درحالیکه در آینده سیستم PMU قادرخواهد بودکه سیستم حفاظت دیفرانسیل را بسادگی ایجاد نماید و بدین وسیله میزان خسارات وارده به سیستم قدرت بواسطه وقوع خطاها را کاهش دهد.
یک نمونه از کاربرد اندازه گیری فازوری کمیات برای اهداف حفاظتی در رله های تطبیقی out of step می باشد. با استفاده از اندازه گیری زاویه فاز نقاط مهم شبکه در زمان حقیقی و بکمک مفهوم پایداری گذرا میتوان رله های out of step بهبود یافته ائی طراحی نمود. آزمایشهای میدانی چنین رله هائی در شبکه های فلوریدا – جورجیا اجرا شده و نتایج امیدوار کننده ای را نشان داده است. همچنین مشابه چنین طرحی نیز در شرکت برق فرانسه (EDF) در دست اجرا می باشد.
کنترلهای پیشرفته براساس فیدبک راه دورامکانپذیر بوده که عملکردسیستم رابهبود خواهد بخشید.
منبع : ABB Review 1/2001
آدرس : www.ABB.com/abbreview
آدرس : www.ABB.com/abbreview
__________________
