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.
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۲۲
کد مقاله
ELC122
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
نام انگلیسی
Power System State Estimation: Theory and Implementation – Chapter 8
تعداد صفحه به فارسی
۱۰۳
تعداد صفحه به انگلیسی
۵۲
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 ۸
فصل ۸٫ پردازش خطای توپولوژی
۱-۸٫ مقدمه
همانگونه که در فصل ۱ تشریح شد، SE قابلیت کار با مدل الکتریکی فراهم آمده به وسیله پردازشگر توپولوژی (TP) را خواهد داشت. این روتین اقدام به آنالیز حالت های مختلف مرتبط با کلیه مدارشکن ها (CB) و ابزارهای سوئیچینگ به منظور تعیین موارد ذیل خواهد نمود:
روشی که بر مبنای آن گره های فیزیکی (مقاطع باس) به یکدیگر متصل شده تا آنکه سبب حصول یک مجموعه کاهش یافته از گره های الکتریکی شوند.
گره های الکتریکی که هر جزء انتقال (خط، ترانسفورماتور یا ابزار موازی) به آن متصل می شود.
جزیره های جریان دار یا جزیره های الکتریکی غیر عادی.
به عبارت دیگر، TP اقدام به تبدیل یک مدل تفصیلی بخش / سوئیچ باس به یک مدل فشرده تر و مفیدتر باس / شاخه می نماید. ذکر این نکته ضروری است که در این فرایند، برخی از رویه های سنجشی را باید نادیده گرفت (همانند پخش بار در امتداد CB ها) در حالیکه موارد دیگر در یک نقطه اندازه گیری واحد (همانند برآوردهای تزریق چندین مقطع باس و گردآوری آنها در یک باس واحد الکتریکی) ادغام می شوند.
یک CB فیزیکی، همراه با چندین سوئیچ ایزوله / مجزا کننده دیگر، یک یا چند CB «منطقی» را تشکیل می دهند. به طور مثال، شکل ۱-۸ نشان دهنده دو CB ضروری جهت تعریف اتصال پذیری یک خط در حضور دو گره الکتریکی می باشد. در این فصل، عبارت CB به چنین ابزارهای منطقی اشاره دارد.
حالت های صحیح کلیه CB ها در این سیستم تقریبا بصورت همیشگی شناخته شده هستند. با این وجود، در برخی از موارد نادر، حالت فرض شده برخی از CB های خاص ممکن است نادرست باشند. این مورد به هنگامی رخ می دهد که برخی از سوئیچ های ایزوله کننده، که اکثریت آنها نه از قابلیت تله متری و نه قابلیت کنترل از راه دور برخوردار می باشند، به سادگی دچار نقص عملکرد می شوند. دلایل دیگر را می توان دستکاری گزارش نشده کلید به وسیله تیم حفظ و نگهداری، بروز مشکل مکانیکی ابزارهای سیگنالینگ و غیره دانست. یک موقعیت شایع تر به هنگامی رخ می دهد که TP با یک CB که حالت آن ناشناخته است مواجه گردد. در مواردی چون این مورد، TP می بایست محتمل ترین حالت CB را مشخص سازد، که برای این منظور چنین سیستمی از تاریخچه حالت برای یک کلید مشابه و یا مقادیر برآوردهای مرتبط به عنوان یک راهنما استفاده می نماید. از اینرو، خطر فرض حالت های اشتباه برای CB را نمی توان به طور کامل رد کرد.
به هنگامی که چنین موردی رخ می دهد، مدل باس/ شاخه ایجاد شده به وسیله TP به صورت موضعی نادرست بوده که منجر به بروز یک خطای توپولوژیکی خواهد شد. برخلاف خطاهای پارامتر بحث شده در فصل قبل، که غالب آنها تا زمانی که آستانه آنها سرریز نشود بصورت تشخیص داده نشده باقی می مانند، خطاهای توپولوژی غالبا سبب می شوند تا تخمین حالت به طور قابل توجهی دارای بایاس / سوگیری شود. در نتیجه، روتین تشخیص و شناسایی داده های نادرست ممکن است با خطا اقدام به حذف چندین تخمین آنالوگ، که به عنوان نوعی داده های نادرست تلقی گردیده، نمایند که در نهایت سبب ایجاد یک حالت نامقبول خواهد شد. علاوه براین برای فرایند SE امکان واگرایی یا بروز مشکلات همگرایی جدی با توجه به وجود مشکلات توپولوژی، نیز امکان پذیر است.
بنابراین، نیاز جهت توسعه مکانیزمهای کارا که قابلیت تشخیص و شناسایی این نوع از خطاهای کلی را داشته باشند احساس می شود. هدف این فصل ارائه رویکردهای کلاسیک و اخیر در زمینه تعامل با خطاهای توپولوژیکی و مشکلات مرتبط می باشد.
ذکر این نکته ضروری است که عبارت «پست فرعی»، که در این فصل استفاده می شود، به «گروه مقطع باس»، یعنی مجموعه ای از مقاطع باس به هم پیوسته به وسیله ابزاره های سوئیچینگ، اشاره دارد. پست های فرعی حقیقی، که غالبا حاوی ترانسفورماتورهای قدرت هستند، متشکل از گروه های متعددی از سطوح ولتاژ مختلف می باشند.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
۸-۲٫ انواع خطاهای توپولوژی
خطاهای توپولوژی را می توان به صورت گسترده ای به دو دسته تقسیم نمود:
خطاهای حالت شاخه: خطاهایی که بر روی حالت شاخه های متعارف شبکه (خطوط و ترانسفورماتورها) تاثیر می گذارند. یک خطای منفک سازی به هنگامی رخ می دهد که یک جزء جریان دار از این مدل مستثنی می گردد. مورد متضاد، یعنی خطای شمول، به هنگامی رخ خواهد داد که یک جزء منفصل شده در حال استفاده فرض شود. شاخه های شامل شده در این نوع خطاها، که ممکن است بر روی یک یا چند CB تاثیرگذار باشند، غالبا دارای امپدانسهای غیر صفر خواهند بود.
خطاهای پیکربندی پست فرعی: خطاهایی که بر روی CBها تاثیر می گذارند، که هدف آنها ارتباط دادن مقاطع باس در داخل پست فرعی می باشد. یک خطای جداسازی به هنگامی رخ خواهد داد که یک باس الکتریکی تکی به عنوان دو باس مدل سازی شود. مورد متضاد آن نیز تحت عنوان یک خطای ادغام خوانده می شود. از آنجائیکه کلیه آنها به صورت CBها هستند، هیچگونه امپدانسی را نمی توان در ارتباط با شاخه ها شامل این دسته خطاها دانست.
همانگونه که ذیلا تشریح می شود، تکنیکهای پیشنهادی جهت تعامل با اولین دسته از خطاها، کاملا مرتبط با تکنیک هایی هستند که در فصل قبل برای تخمین پارامتر تشریح گردیده اند. با این وجود، نوع دوم خطاها نیازمند پروسه های خاصی هستند که در آن CBهای تحت تاثیر به طور صریح در مدل SE پدیدار می شوند.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
۸-۳٫ تشخیص خطاهای توپولوژی
خطاهای توپولوژی به طور کلی دارای تاثیر شدیدتری بر روی باقیمانده های اندازه گیری در مقایسه با خطاهای پارامتر می باشند. این مورد را می توان به آسانی از طریق ملاحظه، به طور مثال یک خطای منفک سازی مشخص نمود که بر یک شاخه آدمیتانس Y تاثیر خواهد داشت. منفک سازی این شاخه معادل با ملاحظه یک شاخه آدمیتانس تهی می باشد، یا به عبارت دیگر، یک شاخه ای که خطای آدمیتانس آن ۱۰۰% باشد. این مقدار یک مرتبه بزرگتر از خطای پارامتر یافت شده در این تمرین است (شامل موارد مرتبط با چیدمان ها یا تنظیمات مربوط به اتصال). خوانندگان به شکل های نشان داده شده در فصل قبلی رجوع نمایند، که در آن تاثیر خطاهای سوسپتانس شاخه به بزرگی ۲۵% است.
۸-۴٫ دسته بندی روش های تحلیل خطای توپولوژی
روش های مرتبط با تحلیل خطای توپولوژی را می توان بر مبنای معیارهای مختلفی دسته بندی نمود. دو دسته بندی گسترده ذیل را می توان بر مبنای مدل پذیرفته شده تعریف کرد:
مدل باس – شاخه: اطلاعات مرتبط برای تحلیل خطای توپولوژی از مدل باس – شاخه ایجادی به وسیله TP حاصل می شود.
مدل سوئیچ- مقطع باس: قسمتی از شبکه که احتمالا تحت تاثیر خطای توپولوژی قرار گرفته است به تفضیل مدل سازی می گردد که شامل کلیه CBهای واحد موجود در آن بخش از شبکه خواهد بود.
تا همین اخیر، استفاده از چنین مدل تفصیلی برای کل شبکه به نظر امکان پذیر نمی بود؛ با این حال چنین فرضیه ای ظاهرا دیگر صحت ندارد، موردی که در این فصل متعاقبا مورد بررسی قرار میگیرد. بنابراین، کاربرد دیدگاه دوم در حال حاضر نیازمند شناسایی مناسب ناحیه ای می باشد که مدل آن را می بایست برحسب موارد مرتبط گسترش داد. این امر منجر به یک فرآیند دو مرحله ای می شود. در ابتدا، بر مبنای باقیمانده های فراهم آمده به وسیله مدل متعارف، پست های فرعی یا شاخه های مورد شک شناسایی می شوند. دوما، CBهای مرتبط با مولفه های کاندید، همانگونه که بعدا در این فصل تشریح می شود، به این مدل اضافه می گردند و SE و تحلیل داده های بد مجددا اجرا می شوند. این فرآیند پرهزینه تر محاسباتی صرفا بر مبنای مدل باس – شاخه جایگزین تکنیکهای قدیمی می گردد، که علت آن را می توان پایایی و انعطاف پذیری فزاینده آن جهت تحلیل موقعیت های پیچیده دانست. یکی از وضعیت های اضافه شده در این مدل تفصیلی آن است که برخی از اندازه گیری ها که به وسیله مدل فشرده رد شده است را می توان به حساب آورد.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
۸-۵٫ اعتبار سنجی اولیه توپولوژی
مورد ذیل به عنوان سیر ترتیبی وقوع غالب تعاملات برجسته در این رده از روش ها به حساب می آید.
یک پروسه اولیه و سیستماتیک، سعی در اعتبار سنجی محلی شاخص های سوئیچ و اندازه گیری های آنالوگ در داخل یک پست فرعی دارد که در مرجع [۱۲] ارائه می گردد. ساختار پست فرعی بر حسب لینک های باز و بسته بین گره های پتانسیل مدلسازی میگردد، که پخش بار اکتیو آن از طریق حل مشکل برنامه نویسی خطی (LP) ذیل تخمین زده می شود:
۸-۶٫ خطاهای حالت شاخه
با توجه به آنکه شاخه های امپدانس غیر صفر به صورت صریحی در تقریبگرهای متعارف پدیدار می شوند، هیچگونه نیازی جهت شمول مدل های فیزیکی تفصیلی، آنهم در صورتی که چنین موردی به عنوان تنها نوع خطای توپولوژی مدنظر باشد، وجود نخواهد داشت.
مشابه با مورد خطاهای پارامتر (به فصل ۷ رجوع شود)، خطاهای حالت شاخه را می توان به وسیله باقیمانده های نرمالیده یا افزوده سازی بردار حالت شناسایی و اصلاح نمود. هردوی این راه حل ها به صورت مجزا بحث خواهند شد.
۸-۶-۱٫ تحلیل باقیمانده
این دیدگاه از نتایج تخمین حالت همگرا به منظور تشخیص خطاهای شاخه استفاده می نماید.
تاثیر این نوع از خطاها بر روی معادلات اندازه گیری را می توان به روش ذیل مدل سازی نمود:
۸-۶-۲٫ افزونگی بردار حالت
حالتهای یک شاخه امپدانس غیر صفر را می توان به وسیله یک متغیر صحیح ساده، k، بیان داشت که قابلیت ضرب کلیه امپدانس های شاخه را خواهد داشت. به هنگامی که این متغیر مدنظر باشد، مدل p (به فصل ۲ رجوع شود) متشکل از آدمیتانسهای زیر خواهد بود:
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
۷-۸٫ خطاهای پیکربندی پست فرعی
مدارشکنها و مقاطع باس را می توان بر مبنای پیکربندی های بسیار مختلفی در داخل یک پست فرعی، بر حسب سطح ولتاژ، نقش و اهمیت آن پست فرعی، تعداد خطوط متلاقی و غیره سازماندهی نمود. شکل ۸-۶، از چپ به راست، سه مورد از مهمترین پیکربندی های شایع را نشان می دهد که عبارتند از: دو باس با کوپلینگ / جفت شدگی، باس یا شینه بندی ۵/۱بریکری و باس حلقوی.
ویژگی متعارف کلی این موارد آن است که CBها از طریق مقاطع باس با امپدانس صفر به یکدیگر متصل می شوند، بر خلاف اتصالات خارجی که غالبا شامل یک ادمیتانس محدود خواهد بود. یک امپدانس کوچک فرضی را می توان به صورت سری به هر CB متصل نمود، به گونه ای که پروسه های ارائه شده در بخش قبلی را بتوان اعمال داشت. با این وجود، همانگونه که در فصل ۳ تشریح شد، این رویکرد سبب بروز مشکلات عددی جدی شده و به احتمال زیاد موجب مشکلات همگرایی یا نتایج غیر قابل پذیرشی می شود.
۸-۷-۱٫ شمول مدارشکنها در مدل شبکه
تاثیرات خطاهای توپولوژی را می توان به صورت صریح از طریق مشخص نمودن مدارشکنها بر حسب پخش بارهای حقیقی و راکتیو به حساب آورد، به جای شاخه های بسته (امپدانس صفر) یا باز (ادمیتانس صفر) (برای مشاهده جزئیات به [۱۹، ۱۸، ۲۲ رجوع شود). سیستم ساده آزمایش ۴ – باس که در شکل ۸-۴ نشان داده شده است جهت مشخص نمودن فرمولاسیون اصلاح شده به کار گرفته خواهد شد. در نظر بگیرید که باس ۲ معرف یک پست فرعی می باشد که متشکل از دو باس مجزا، a2 و b2، است که به وسیله یک مدارشکن به یکدیگر وصل شده اند (به شبکه گسترش یافته در شکل ۸-۷ رجوع شود). در صورتیکه حالت بریکر ناشناخته باشد، بنابراین توان های جاری بریکر Pf، Qf را می توان به عنوان متغیرهای ناشناخته اضافی در معادلات اندازه گیری های متلاقی با این بریکر به کار گرفت. به طور مثال، اندازه گیری های تزریق قدرت / توان در باس a2 را می توان به شرح ذیل نوشت:
۸-۷-۲٫ تقریب گر WLAV
روش تقریب WLAV تشریح شده در فصل ۶، را می توان در جهت حل مدل افزونه (۸-۲۴) بکار گرفت. این تقریب گر تحت داده های بد بصورت استوار بوده و به راحتی قابلیت اعمال قیدهای بیشتر را خواهد داشت. این تقریبگر قابلیت حل مشکل بهینه سازی ذیل را دارد.
۸-۷-۳٫ تقریبگر WLS
به طور جایگزین، تابع هدف را می توان در (۸-۲۴) بکار برد که منجر به یک تقریبگر WLS با قید مساوی می شود [۳، ۹، ۷].
دو احتمال در این نقطه بروز می نماید. یکی از آنها بهره گیری از قیدهای عملیات CB به عنوان قیدهای کاملا برابر و مساوی، همانند r0 = 0 لاگرانژی حاصله به شرح ذیل خواهد بود:
۸-۸ نمودار پست فرعی و مدل کاهش یافته
این بخش نشان می دهد که، از طریق بررسی مناسب خواص توپولوژیکی مدارها، همانند قوانین کیرشهف، تنها یک زیر مجموعه پخش بار از طریق ابزارهای سوئیچینگ را می بایست به بردار حالت اضافه نمود [۱۰]. این مورد نیازمند آن می باشد که نمودار پست فرعی (SG) را قبلا ارائه داد، که از آن قیدهای عملیاتی مستقل خطی را می توان براحتی حاصل آورد. برای حصول شفافیت، تنها مشکل فرعی فعال SE به تفصیل در مرحله ذیل مورد تحلیل قرار می گیرد، با این حال هرگونه تفاوت قابل توجه در ارتباط با مشکل راکتیو قید خواهد شد. این مورد فرض می شود که خوانندگان با تئوری مدار خطی پایه آشنا می باشند (همچنین [۵] و فصل ۴ را ملاحظه کنید).
میزان گره های داخلی SG به اندازه ای است که مقاطع باس – بار بعلاوه یک گره “زمین” مجازی سعی در مشخص سازی سیستم خارجی دارند. گره های داخلی ni این نمودار به وسیله شاخه های داخلی bs به یکدیگر متصل شده اند که معرف اجزای سوئیچینگ می باشند. بعلاوه، دو نوع از شاخه های خارجی را می توان در حالت کلی تشخیص داد: (الف) شاخه های امپدانس غیر صفر bz متناظر با خطوط، ترانسفورماتورها یا ابزارهای موازی، (ب) شاخه های bp متصل کننده گره های تزریق غیر صفر به زمین (منابع خارجی یا سینکهای توان). تعداد گره های غیر تزریق – صفر بنابراین ni – bp خواهد بود.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۸
۸-۹٫ مدل تلویحی پست فرعی: تخمین حالت و وضعیت
تاکنون، حداقل سه درخت SG مدنظر قرار گرفته اند که عبارتند از:
یک درخت ولتاژ شاخه که جهت به کارگیری قانون ولتاژ کیرشهف مدنظر می باشد. ولتاژهای شاخه این درخت را می بایست در بردار حالت شامل نمود. با این وجود، برای راحتی، این درخت به ندرت ایجاد می شود، چرا که ولتاژهای گره ای از یک جایگزین ساده تر جهت حصول تعداد معادلی از متغیرها بهره مند می باشند.
یک درخت پخش بار جهت بکارگیری قانون جریان کیرشهف مد نظر است. پخش بارهای لینکهای این درخت را می بایست در بردار حالت شامل نمود، به استثنای پخش بارهایی که بعنوان توابع غیرخطی ولتاژهای باس به شمار می آیند.
یک درخت جهت مشخص نمودن بزرگترین مجموعه قیدهای عملیاتی مستقل خطی مد نظر است.
در این بخش، یک درخت واحد، تحت عنوان درخت درست، که برای سه هدف بحث شده فوق مناسب است، در ابتدا معرفی می شود. این درخت نیازمند است تا برخی از ولتاژهای گره جایگزین ولتاژهای شاخه شوند، اما، همانگونه که متعاقبا نشان داده خواهد شد، ساختار معادلات حاصله به طور طبیعی به مدلی ختم می شوند که در آن هیچکدام از قیدهای عملیاتی نیاز به دستکاری صریح نخواهند داشت. در مقابل، این مدل ارائه دهنده یک رویکرد مختلف از نقطه نظر فلسفی جهت اعمال تخمین حالت و وضعیت می باشد [۳۳].
۸-۱۰٫ بررسی مجدد تحلیل رویت پذیری
تحلیل رویت پذیری متعارف همانگونه که در فصل ۴ ارائه شده است، مشخص کننده آن است که بردار حالت به طور انحصاری متشکل از دامنه های ولتاژ باس و زوایای فاز می باشد که به هنگام بررسی مدلهای افزونه فوق مد نظر نمی باشد. بنابراین، تحلیل رویت پذیری را می بایست با توجه به مفاهیم تخمین کلی ارائه شده در این فصل مدنظر قرار داد. تحلیل رویت پذیری توپولوژیکی، در مرجع [۸] و تعیین رویت پذیری عددی نیز در مرجع [۸] مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مشاهده جزئیات بیشتر به این مراجع رجوع شود.
صرفنظر از آنکه مدل اتخاذی به صورت کامل یا تلویحی باشد، وجود برخی از پخش بارها (یا تزریقها) در بردار حالت سبب بروز تفاوت های اصلی ذیل با توجه به فرمولاسیون متعارف می گردد:
ایده جزیره توپولوژیکی تا اندازه ای محو گردیده و ایده مرتبط با جزیره قابل رویت بعنوان یک ویژگی کلی مطرح میگردد. بطور متعارف، یک جزیره توپولوژیکی، که به وسیله CBهای باز از دیگر جزایر جدا می شود ممکن است منجر به ایجاد یک یا چند جزیره قابل رویت شود. برای هر جزیره قابل رویت، یکی از زوایای فاز آن را می توان به صورت فرضی بدون هیچگونه تاثیری بر روی پخش بار شاخه های قابل رویت انتخاب نمود. بسیاری از جزایر جزئی، متشکل از پخشهای باس و سوئیچها یا گره های ایزوله، به وسیله پردازشگر توپولوژی در همان شروع مشخص و رد می گردد. با این وجود، بر حسب این تعریف رویت پذیری پایه، یک شاخه به هنگامی به عنوان موردی رویت پذیر قلمداد می شود که پخش بار آن را بتوان از اطلاعات موجود حاصل آورد. بنابراین، CBهای باز را می بایست به عنوان شاخه های قابل رویت در الگوی جدید شناسایی کرد، که به معنای آن خواهد بود که دو یا چند جزیره توپولوژیکی ممکن است منجر به یک جزیره قابل رویت کلی گردد، همانند مجموعه ای از شاخه ها و سوئیچ های بهم متصل شده که پخش بارهای آنها قابل رویت می باشند. پیکربندی شبکه بر این مبنا به یک سری از قیدهای اضافه تبدیل می گردد، همراه با اندازه گیری های موجود، که خود تعیین کننده شاخه های قابل رویت خواهد بود. یک جزیره قابل رویت عمومی واحد، هر چه که باشد، نیازمند مشخص سازی تعداد زوایای فازی است که برای جزایر قابل رویت متعارف نیز دربردارد.
رویت پذیری عددی- مبنا می بایست قابلیت تعامل با محورهای صفر که در ستونهای متناظر با متغیرهای پخش بار پدیدار می گردند را داشته باشد. به هنگام وقوع این مورد، محور تهی جایگزین ۱ گردیده و پخش بار دارای یک مقدار فرضی شده و شاخه مطبوع بعنوان یک مورد غیر قابل رویت پرچم زده می شود. جایگزینی پسرو متعاقبا شاخه های غیر قابل رویت باقیمانده را مشخص می سازد. در برخی از مواقع، بواسطه متغیرهای حالت جدید، جزایر قابل رویت متعارف نسبتا غیر قابل رویت 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.
