الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۱۵
کد مقاله
ELC115
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۱
نام انگلیسی
Power System State Estimation: Theory and Implementation – Chapter 1
تعداد صفحه به فارسی
۱۹
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۱
کلمات کلیدی به فارسی
تخمین حالت, سیستم قدرت, تئوری, پیاده سازی
کلمات کلیدی به انگلیسی
Power System, State Estimation, Theory, Implementation
مرجع به فارسی
علی ابور، دانشگاه A&M تگزاس، کالج استیشن، تگزاس، ایالات متحده؛ آنتونیو گومز اکسپوزیتو، دانشگاه سویل، اسپانیا
مرجع به انگلیسی
Ali Abur, Texas A&M University, College Station, Texas, USA; Antonio Gomez Exposito, University of Seville, Spain
کشور
ایالات متحده
تخمین حالت سیستم قدرت
تئوری و پیاده سازی
فصل ۱
مقدمه
سیستم های قدرت متشکل از شبکه انتقال، شبکه فوق توزیع، شبکه توزیع و سیستم های تولید نیرو می باشند. شبکه های انتقال ممکن است شامل پست های فرعی متعددی باشند که به وسیله خطوط انتقال، ترانسفورماتور ها و دیگر ابزارهای مرتبط به یکدیگر متصل شده اند تا قابلیت اعمال فرآیندهای کنترلی و محافظت از سیستم وجود داشته باشد. با استفاده از ژنراتورها قابلیت تزریق نیرو / توان بداخل سیستم وجود دارد، به همین منوال می توان قابلیت جذب یا استفاده از آن به وسیله بارهای مصرفی در ایستگاه های فرعی را نیز متصور شد. ولتاژهای خروجی ژنراتورها نوعا فراتر از ۳۰-kV نمی باشند. بنابر این، به منظور انتقال موثر قدرت می توان از ترانسفورماتورها جهت افزایش سطوح ولتاژ، از سطح ۶۹ کیلوولت، و در امتداد کل مسیر، تا ۷۶۵ کیلو ولت در ترمینال های ژنراتور، استفاده کرد. در سیستم انتقال به دلایل متعددی استفاده از ولتاژ / فشار قوی ترجیح داده می شود، که یکی از این دلایل به حداقل رسانی اتلاف مس است که در تناسب با جریان های آمپر در امتداد خطوط می باشد. در نقطه دریافت، سیستم های انتقال به شبکه های توزیع یا فوق توزیع متصل می شوند که در سطوح ولتاژ پایین تر در محدوده ای از ۱۱۵ کیلو ولت الی ۱۶/۴ کیلو ولت عمل می نمایند. ویژگی پیکر بندی شبکه های توزیع غالبا به گونه ای است تا قابلیت کار در یک وضعیت رادیکال را داشته باشند. در چنین سیستمی فیدرها / خطوط تغذیه از پست های فرعی توزیع امتداد یافته و یک ساختار درختی را تشکیل می دهند که ریشه های آن در پست فرعی قرار گرفته و شاخه های آن بر فراز ناحیه توزیع پراکنده شده اند.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۱
۱-۱٫ حالات عملیاتی یک سیستم قدرت
در صورتی که مدل شبکه و ولتاژهای پیچیده فازور در هر باس سیستم مشخص و شناخته شده باشند، شرایط عملیاتی یک سیستم قدرت در هر بازه زمانی را می توان تعیین نمود. از آنجایی که مجموعه ای از ولتاژهای پیچیده فازور به طور کامل مشخص کننده سیستم می باشند، این مورد به عنوان حالت استاتیک سیستم تلقی می شود. برحسب مرجع [۱]، سیستم ممکن است یکی از سه حالت محتمل ذیل را داشته باشد که با توجه به تغییر شرایط عملیاتی شامل حالت نرمال، حالت اضطراری و حالت برگردان سیستم می باشد.
براین مبنا یک سیستم قدرت در صورتی در حالت نرمال عمل می نماید که کلیه بارها در این شبکه، بدون مختل نمودن هرگونه قید عملیاتی، قابلیت تامین توان با استفاده از ژنراتورهای موجود را داشته باشند. قیودات عملیاتی شامل محدودیت های مرتبط با جریان های خط انتقال، همراه با محدوده های بالایی و پایینی دامنه های ولتاژ باس می باشد. یک حالت نرمال به هنگامی «ایمن» خوانده می شود که سیستم بتواند پس از رخ دادن هر نوع شرایط اضطراری، از لیست اضطرارهای بحرانی، همچنان در وضعیت معمولی / نرمال خود باقی ماند. اضطرارها شایع در این باب عبارتند از: قطع خط انتقال یا قطع ژنراتور برق بواسطه بروز مشکل غیر قابل انتظار در تجهیزات یا بروز مشکلات و عوامل طبیعی نظیر طوفان. در غیر این صورت، حالت نرمال تحت کلاس «ناایمن» رده بندی خواهد شد که در آن بالانس / تراز قدرت در هر باس و کلیه محدودیت های نابرابر عملیاتی همچنان با وجود مشکل قابل جبران هستند، با این حال سیستم با توجه به برخی از اضطرارهای مدنظر در معرض آسیب و مستعد خطر خواهد بود. در صورتی که شبکه در وضعیت نرمال اما حالت عملیاتی ناایمن قرار داشته باشد، لازم است تا اقدامات پیشگیرانه ای را اتخاذ نمود تا از انتقال وضعیت به یک حالت اضطراری جلوگیری شود. چنین رویه های پیشگیرانه ای را می توان نوعا با کمک برنامه پخش بار بهینه با توجه به محدودیت های امنیتی آن مشخص ساخت که خود در بردارنده لیستی از اضطرارهای بحرانی می باشد.
به هنگامی که شبکه در حال تامین نیروی لازم برای کل بار موجود در سیستم می باشد، ممکن است شرایط عملیاتی بواسطه بروز یک رخداد غیر مترقبه تغییر یابد. در چنین موقعیتی گفته می شود که سیستم در حالت اضطراری عمل می نماید. در صورت بروز حالت اضطراری لازم است تا فورا راهکارهای اصلاحی به وسیله اپراتور مربوطه اتخاذ شود تا آنکه سیستم به وضعیت طبیعی خود برگردد.
به هنگامی که سیستم در حالت اضطراری است، با اعمال راهکارهای کنترل اصلاحی می توان از فروپاشی سیستم جلوگیری نمود، اما این مورد ممکن است به بهای قطع بار، خطوط، ترانسفورماتورها یا تجهیزات مختلف تمام شود. در نتیجه، با مرتفع نمودن نقص های حد عملیاتی سیستم قابلیت بازیافت ثبات خود، با کاهش میزان بار و بکارگیری توپولوژی مجددا پیکربندی شده را خواهد داشت. پس از آن، بار را باید با توجه به تراز تولید مجددا حاصل آورد تا آنکه قابلیت تامین نیرو برای کلیه بارها بوجود آید. چنین حالت عملیاتی تحت عنوان حالت برگردان سیستم نامیده شده و با انجام این عملیات قابلیت مرتفع شدن نقص و برگشت به حالت عادی فراهم خواهد شد. این عملیات تحت عنوان کنترل های برگشتی خوانده می شود. نمودار حالت در شکل ۱-۱ نشان دهنده تغییرات محتمل بین حالت های مختلف عملیاتی تعریف شده فوق می باشد.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۱
۱- ۲٫ تحلیل امنیت سیستم قدرت
سیستم های قدرت بوسیله اپراتورهای این سیستم در مراکز کنترل هدایت می شوند. هدف اصلی اپراتور سیستم نگهداری سیستم در حالت ایمن و نرمال می باشد، چرا که شرایط عملیاتی ممکن است در خلال عملیات روزمره تغییر کند. تکمیل این وظیفه نیازمند کنترل پیوسته شرایط سیستم، مشخص نمودن حالت عملیاتی و تعیین راهکارهای پیشگیرانه ضروری به هنگامی می باشد که حالت سیستم ناایمن گزارش شود. ترتیب راهکارها و وظایفی که در این رابطه می بایست اعمال شوند تحت عنوان تحلیل ایمنی سیستم خوانده می شوند.
اولین مرحله تحلیل ایمنی، بررسی حالت جریان سیستم می باشد. این مورد شامل حصول کلیه برآوردها از تمامی بخش های سیستم و پس از آن پردازش آنها به منظور مشخص نمودن حالت سیستم می باشد. این اندازه گیری ها ممکن است بصورت آنالوگ یا دیجیتال (حالت باز یا بسته «on/off» وسایل) باشد. پست های فرعی مجهز به ابزارهایی هستند که تحت عنوان واحدهای ترمینال راه دور (RTU) خوانده می شوند که وظیفه آنها جمع آوری انواع مختلف برآوردها از حوزه مرتبط و ارسال این داده ها به مرکز کنترل می باشد. اخیرا، سیستم هایی که تحت عنوان ابزارهای الکترونیکی هوشمند (IED) خوانده می شوند جایگزین یا مکمل سیستم های RTU موجود گردیده اند. بعلاوه داشتن ترکیبی از این وسایل بصورت متصل به یک شبکه محلی (LAN) همراه با یک کامپیوتر- جلویی SCADA، که قابلیت پشتیبانی از ارتباطات برآوردهای جمع آوری شده به کامپیوتر میزبان در مرکز کنترل را دارد، نیز مد نظر است. کامپیوتر میزبان SCADA در مرکز کنترل قابلیت دریافت کلیه فایل های اندازه گیری شده از کلیه پست های فرعی تحت کنترل سیستم های SCADA از طریق یکی از لینک های ارتباطاتی متعدد موجود، نظیر فیبر نوری، ماهواره، مایکروویو، و غیره را خواهد داشت. شکل ۱-۲ نشان دهنده پیکربندی سیستم EMS/SCADA از یک سیستم قدرت نوعی می باشد.
اندازه های (اندازه گیری های) حاصله که در نهایت به مرکز کنترل می رسند شامل پخش بارهای خط، ولتاژ باس و دامنه های جریان خط، خروجی های ژنراتور، بارها، مدار شکن و اطلاعات حالت سوئیچ، موقعیت های انشعاب ترنسفورماتور و مقادیر قابل سوئیچ بانک خازنی می باشد. این داده ها و اندازه های خام به وسیله تقریبگر حالت مورد پردازش قرار گرفته تا آنکه قابلیت فیلتر نویز اندازه گیری و تشخیص خطاهای ناخالص / بزرگ وجود داشته باشد. راه حل تقریب گر حالت موجب فراهم آوردن یک تقریب بهینه حالت سیستم برمبنای اندازه گیری های موجود و برحسب مدل سیستم مفروض خواهد شد. این مورد متعاقبا برای کلیه توابع کاربردی سیستم های مدیریت انرژی (EMS) نظیر تحلیل شرایط اضطراری، کنترل اتوماتیک تولید، پیش بینی موضعی و جریان بهینه قدرت و غیره اعمال می شود. اطلاعات مشابهی نیز از طریق اتصال شبکه LAN به دفاتر شرکتی ارسال شده که در آنجا برنامه ها و تحلیل های دیگری را می توان بصورت آفلاین اجرا نمود.
در ابتدا، سسیتم های قدرت تنها بوسیله سیستم های کنترل نظارتی بررسی می گردیدند. این سیستم ها در حقیقت جزء آن دسته از سیستم های کنترلی بشمار می آیند که بطور الزامی قابلیت بررسی و کنترل حالت مدار شکن ها در پست های فرعی را دارا می باشند. خروجی های ژنراتور و فرکانس سیستم نیز همچنین به منظور کنترل اتوماتیک تولید (AGC) و توزیع اقتصادی (ED) تحت نظارت بوده اند. این سیستم های کنترلی نظارتی متعاقبا با استفاده از قابلیت های اکتساب داده های گسترده ـ سیستمی در زمان حقیقی توسعه یافته که خود به مراکز کنترل اجازه می دهند تا قابلیت جمع آوری کلیه اندازه های آنالوگ و داده های حالت مدارشکن ها از سیستم قدرت را داشته باشند. چنین پدیده ای منجر به استقرار اولین سیستم های کنترل نظارتی و اکتساب داده ها (SCADA) شده است. انگیزه اصلی در ورای این توسعه ایجاد تسهیلات لازم برای تحلیل ایمنی بوده است. توابع کاربردی مختلف نظیر تحلیل اضطراری، توزیع توان حقیقی و راکتیو اصلاحی را نمی توان بودن دانستن شرایط عملیاتی زمان حقیقی سیستم اجرا نمود. با این وجود، اطلاعات فراهم شده بوسیله سیستم SCADA ممکن است بطور دائمی قابل تکیه نباشد که علت آن را می توان وجود خطا در اندازه گیری ها، بروز مشکلات تله متری / کنترل از راه دور، نویز ارتباطاتی و غیره برشمرد. بعلاوه، مجموعه جمع آوری شده از این اندازه ها الزاما سبب استخراج مستقیم حالت منطبق عملیاتی A.C. سیستم نخواهد شد. بطور مثال، زوایای فاز ولتاژ باس نوعا اندازه گیری نشده و کلیه توان های جاری خط انتقال نیز ممکن است در دسترس نباشند. بعلاوه، این امر از نظر اقتصادی نیز امکان پذیر نمی باشد تا نسبت به کنترل از راه دور کلیه اندازه گیریهای محتمل، حتی در صورتی که آنها از طریق ترنسدیوسرها / مولدهای موجود در پست های فرعی در دسترس باشند، اقدام نمود.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۱
۱-۳٫ تخمین حالت
در این قسمت مشکلات قبلی در ابتدا شناسایی شده و مسایل مربوطه متعاقبا بوسیله فرد شوئپه (Fred Schweppe)، که ایده تخمین حالت در سیستم های قدرت را پیشنهاد نمود، مورد خطاب قرار می گیرند [۲، ۳، ۴]. معرفی تابع تخمین حالت سبب تعمیق قابلیت های کامپیوترهای سیستم SCADA شده است و موجب استقرار سیستم های مدیریت انرژی (EMS) گردیده است، که هم اکنون، همراه با توابع کاربردی دیگر، مجهز به یک تقریب گر حالت آنلاین (SE) می باشند.
به منظور مشخص نمودن حالت عملیاتی سیستم، تقریب گرهای حالت سبب تسهیل در ارتباط با رویه نظارتی کارا و دقیق قیدهای عملیاتی، با توجه به ویژگی هایی همانند بارگذاری های خط انتقال یا دامنه های ولتاژ باس، می شوند. آنها بر مبنای سیستم، فراهم آورنده داده های مطمئن زمان حقیقی می باشند، شامل حالت موجود که برمبنای آن، توابع برآورد ایمنی، را می توان بصورت مطمئنی اجرا نمود تا قابلیت تحلیل موارد اضطراری وجود داشته باشد و بر این مبنا بتوان هر گونه عملیات اصلاحی مورد نیاز را مشخص و به کار برد.
تقریب گرهای حالت نوعا شامل توابع ذیل می باشند:
پردازشگر توپولوژی: جمع آوری داده های حالت در خصوص مدارشکن ها و کلیدها، و پیکربندی نمودار آنلاین سیستمی.
تحلیل رویت پذیری: تعیین این موضوع که آیا راه حل تقریب حالت برای کل سیستم را می توان با استفاده از مجموعه ای از اندازه گیریهای موجود حاصل آورد. مشخص نمودن شاخه های غیر قابل رویت و جزایر قابل رویت، در صورت وجود، در سیستم.
راه حل تخمین حالت: تعیین تخیمن بهینه برای حالت سیستم، که متشکل از ولتاژهای پیچیده باس در کل سیستم قدرت می باشد، برمبنای مدل شبکه و اندازه های جمع آوری شده از این سیستم. همچنین فراهم آوردن بهترین تخمین ها برای کلیه توان ها یا جریان های جاری خط، بارها، انشعاب های ترنسفورماتور و خروجی های ژنراتور.
پردازش داده های معیوب: تشخیص وجود خطاهای بزرگ در مجموعه اندازه گیری. مشخص نمودن و حذف اندازه های بد به شرط آنکه حشو کافی در پیکربندی آن وجود داشته باشد.
پردازش خطای پارامتری و ساختاری: ارزیابی پارامترهای مختلف شبکه، نظیر پارامترهای مدل خط انتقال، پارامترهای ترنسفورماتور تغییر انشعاب، خازن شانت یا پارامترهای راکتیو. تشخیص خطاهای ساختاری در پیکربندی شبکه و مشخص سازی حالت مشکل آفرین کلید به شرط آنکه از حشو اندازه گیری کافی برخوردار باشد.
بنابراین، می توان گفت که تقریب گر حالت سیستم قدرت تشکیل دهنده هسته تابع تحلیل ایمنی آنلاین می باشد. این مورد بعنوان فیلتری بین اندازه گیری های خام حاصل آمده از سیستم و توابع کاربردی که نیازمند مطمئن ترین داده ها بر مبنای حالت کنونی سیستم می باشند، عمل می نماید. شکل ۱-۳ تشریح کننده رابط های اطلاعاتی و عملکردی بین توابع کاربردی مختلفی می باشد که در رویه ارزیابی ایمنی استاتیک آنلاین با آن روبرو می باشیم. اندازه گیریهای خام که شامل موقعیت های سوئیچ و مدارشکن در پست های فرعی می باشند، با استفاده از پردازشگر توپولوژی مورد پردازش قرار می گیرند، که خود در مقابل سبب ایجاد یک مدل باس / شاخه سیستم قدرت می شود. این مدل نه تنها شامل کلیه باس ها در داخل محدوده مرکز کنترل EMS می باشد، بکله متشکل از باس های انتخابی از سیستم های مجاور نیز خواهد بود. اطلاعات و برآورد های حاصله از سیستم های مجاور جهت ایجاد و به روز رسانی مدل سیستم خارجی بکار گرفته می شوند. بعلاوه، ممکن است شاهد پاکت های غیر قابل رویت در داخل یک ناحیه خاص بواسطه اتلاف موقت تله متری، رد داده های نامناسب یا دیگر مشکلات بوجود آمده غیر مترقبه باشیم. این نواحی، چه بصورت فیزیکی در داخل ناحیه کنترلی باشند یا بعنوان بخشی از سیستم خارجی محسوب شوند، از طریق رویه های شبه اندازه گیری مورد ارزیابی قرار می گیرند. این رویه را می توان برمبنای پیش بینی های بار کوتاه مدت، توزیع / دیسپچ نیرو، سوابق تاریخی یا دیگر روش های تقریب مشابه ایجاد نمود. بطور طبیعی، در این مورد واریانس های سطح بالا (وزن های پایین) سوجود داشته و ممکن است در این ارتباط الزام جهت مشخص نمودن آنها در طراحی بعنوان اندازه های حیاتی مد نظر باشد. تعریف و ویژگی های یک اندازه های حیاتی بتفصیل در فصل ۵ مورد بحث قرار می گیرد. بعلاوه، ممکن است باس های پاسیو بدون بار یا نیرو با تزریق توان حقیقی و راکتیو صفر وجود داشته باشند. اینگونه از تزریق های باس، با وجود عدم سنجش، را می توان بعنوان اندازه گیری های بدون خطا در فرمول بندی تخمین حالت بکار برد که تحت عنوان اندازه های «مجازی» خوانده می شوند. نتایج حاصله بوسله تقریب گر حالت کنترل شده تا آنکه قابلیت رده بندی حالت سیستم به یکی از دسته بندی های نشان داده شده در شکل ۱-۱ وجود داشته باشد. در صورتی که این مورد در حالت نرمال باشد، سپس تحلیل شرایط اضطراری جهت تعیین ایمنی سیستم، در مقایسه با مجموعه ای از شرایط اضطراری از قبل تعیین شده، اعمال می گردد. در صورت عدم ایمنی، راهکارهای کنترل پیشگیرانه را می بایست از طریق استفاده از ادوات نرم افزاری نظیر پخش بار بهینه و مقید شده بر حسب ایمنی انجام داد. با بکار گیری این رویه های پیشگیرانه می توان سیستم را تحت شرایط نرمال و حالت ایمن حفظ کرد. شکل ۱-۳ معرف راهکارهای کنترلی اضطراری و اصلاحی می باشد که می توان آنها را تحت شرایط عملیاتی غیر نرمال بکار گرفت، با این وجود این مباحث فراتر از حوصله این کتاب بوده و در اینجا مورد بحث قرار نمی گیرند.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۱
۱-۴٫ خلاصه
سیستم های قدرت بطور پیوسته ای تحت نظارت و کنترل بوده تا آنکه شرایط عملیاتی آنها در یک حالت نرمال و ایمن قرار داشته باشد. تابع تخمین حالت به این منظور مورد استفاده قرار می گیرد. این تابع از اندازه های حشو به منظور فراهم آوردن یک تخمین بهینه حالت عملیاتی جریان استفاده می نماید. مشکل تخمین حالت بوسیله محققین مختلفی، از زمان ارائه این سیستم در اواخر دهه ۱۹۶۰، مورد بررسی قرار گرفته است. بعنوان یک تابع آنلاین، مسایل محاسباتی، مرتبط با سرعت، ذخیره سازی و استحکام عددی الگوریتم های راه حل، به دقت مورد بررسی قرار می گیرند. پیکربندی اندازه گیری و تاثیر آن بر روی تخمین حالت با استفاده از روش های تحلیلی رویت پذیری پیشرفته مورد خطاب قرار می گیرند. تقریب گرهای حالت همچنین بعنوان فیلترهایی در برابر برآوردهای نادرست، همراه با داده ها و دیگر اطلاعات دریافتی از طریق سیستم SCADA، عمل می نمایند. از اینرو، موضوع پردازش داده های بد مورد بررسی قرار گرفته و الگوریتم های تشخیص و شناسایی خطاها، با توجه به برآوردها یا اندازه گیریهای آنالوگ، توسعه یافته اند. روش های خاصی نیز همچنین برای شناسایی اینگونه خطاها مرتبط با اطلاعات توپولوژی و یا پارامترهای شبکه وجود دارند. از طرف دیگر، کاربرد اندازه های آمپر معرف برخی از مشکلات می باشد که در صورت عدم وجود آنها در مجموعه برآورد این دسته از مشکلات نیز وجود نخواهند داشت. در فصل بعد، این مسائل به تفصیل ارائه شده و برخی از روش هایی که جهت مخاطب قرار دادن آنها توسعه یافته اند تشریح می گردند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
