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: 68000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۲۳
کد مقاله
ELC123
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۹
نام انگلیسی
Power System State Estimation: Theory and Implementation – Chapter 9
تعداد صفحه به فارسی
۶۶
تعداد صفحه به انگلیسی
۳۹
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 ۹
فصل ۹٫ تخمین حالت با استفاده از اندازه گیری های آمپر
۱-۹٫ مقدمه
در فصل های قبلی، اندازه گیری های شدت جریان (آمپر) خط تعمدا برای تحلیل کنونی باقی گذاشته شد. علیرغم دسترس پذیری گسترده آنها در پست های فرعی و کاربرد بعنوان یک رله محافظتی، برآوردهای آمپر به ندرت به صورت تله متری با استفاده از مرکز کنترل سیستم انتقال گسترده اطلاعات انجام می شود. در مقابل، صنایع برق غالبا ترجیح می دهند تا نسبت به سرمایه گذاری در تعداد زیادی از ترانسدیوسرها یا مبدل هایی که قابلیت تامین برآوردهای توان حقیقی و توان راکتیو، برای پست های فرعی RTU را دارند، اقدام نمایند. چنین موضوعی قطعا توجیه پذیر بوده و مشخص کننده اهمیت پایایی در مبحث نظارت بر عملیات شبکه ولتاژ قوی می باشد.
توسعه های اخیر در صنعت برق در نتیجه خصوصی سازی تجارت الکتریک سبب آغاز رویه جداسازی سیستم های جامع قبلی نظیر سیستم های بکار گرفته شده در فعالیت های تولید، انتقال و توزیع شده است. این فرایند منجر به ایجاد چندین شرکت و تاسیسات ارائه دهنده خدمات برق گردیده که الزاما در مبحث تامین و توزیع منطقه ای نیرو فعالیت دارند. در عین حال وظیفه آنچه تحت عنوان اپراتور / بهره بردار مستقل سیستم (ISO) خوانده می شود مدیریت عملیات شبکه انتقال و توزیع می باشد. مدیریت کارای چنین شبکه هایی خود نیازمند قابلیت های نظارتی ارتقا یافته می باشد، که در آن رویه های کنترل و اندازه گیری آمپر نقش حیاتی را در این زمینه ایفا می نمایند، موردی که در این فصل به بحث گذاشته می شود.
در این مضمون، ایده «شبکه توزیع» نه تنها شامل فیدرهای ولتاژ ضعیف و متوسط با توان عملیاتی شعاعی می باشد، بلکه در بردارنده سیستم های انتقال با سطوح ولتاژ زیر ۱۳۸ کیلوولت یا ۲۲۰ کیلو ولت نیز است، که نوعا به وسیله ISO ها مدیریت نمی شوند. کیفیت بالاتر استانداردهای خدماتی، همراه با ضروریات قانونی جهت دسترسی آزاد به امکانات مربوطه به وسیله هریک از شرکای بازاری، سبب به چالش کشیدن روشی شده است که این نوع از شبکه های توزیع به صورت سنتی در حوزه خود بکار می برند. در بسیاری از موارد، سیستم های SCADA ساده، با قابلیت گزارش مستقیم به EMS اصلی، به وسیله این شرکت های خدماتی نصب می شوند. مسئولیت های اصلی آنها در ارتباط با بارگذاری مولفه ای و کنترل ولتاژ باس، سازماندهی راهکارهای مرتبط با حفظ و نگهداری، اطلاع به بخش کنترل و رفع مشکلات به وجود آمده پس از خاموشی و غیره می باشد. با استفاده از مزیت های حاصله در علوم کامپیوتر و ارتباطات، امروزه این گونه از سیستم های محلی و سطح میانه بسرعت تبدیل به سیستم های مدیریت توزیع حقیقی (DMS) می شوند، دقیقا مشابه با روشی که سیستم های مدیریت پیشرفته انرژی در خلال ۶۰ الی ۷۰ سال اخیر بر مبنای آن پدیدار شده اند. البته ذکر این موضوع چندان ضروری نیست که اینگونه رویه های ارتقا کاملا متکی به توسعه یک تقریب گر حالت می باشند که می بایست در طراحی آن ویژگی های شبکه های توزیع ذیل را مد نظر قرار داد:
نسبت های بالا R/X، در برخی از مواقع کاملا فراتر از نسبت های یگانی
مجموعه اندازه گیری کاملا محدود. اندازه گیری های قدرت غالبا محدود به ۱۳۲ کیلو ولت یا ۱۳۸ کیلو ولت و بالاتر می باشند. از طرف دیگر، بسیاری از برآوردهای آمپر در سطوح ولتاژ ضعیف تر موجود هستند. این موارد از نظر نصب ارزانتر بوده و سبب تسهیل کنترل سربار خط به وسیله اپراتور سیستم می شود.
تعداد اندک حلقه ها در مقایسه با شبکه های انتقال. به منظور کاهش جریان های اتصال کوتاه، سیستم های فوق توزیع (۵۰ – ۱۳۲کیلو ولت، ۵/۳۴- ۱۳۸ کیلو ولت) غالبا از طریق ساختارهای حلقوی مجزا عمل می نمایند. سیستم های توزیع ولتاژ ضعیف تر غالبا به منظور حصول سادگی و ویژگی های اقتصادی به صورت شعاعی عمل می نمایند.
هیچ کدام از ژنراتورهای اصلی، درصورت وجود، به شبکه زیر ۱۳۲ کیلو ولت یا ۱۳۸ کیلو ولت متصل نمی شوند (مزارع بادی و سیستم های تولید مشترک و همزمان به عنوان یک مورد استثنا برای این قاعده به شمار می آیند). هر لوپ یا حلقه فوق توزیع نوعا اقدام به تامین قدرت از دو باس انتقال از طریق ترانسفورماتور های مناسب، به منظور افزایش پایایی سیستمی، می نماید.
سوسپتانس های خط تقریبا قابل اغماض و ناچیز هستند.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۹
۹-۲٫ مدل سازی اندازه گیری های آمپر
برای یک شاخه ای که گره های i و j را به هم متصل می کند، معادله ذیل دامنه جریان آن را به متغیرهای حالت ارتباط می دهد [۱۹]:
۹-۳٫ مشکلات در کاربرد اندازه گیری های آمپر
کاربرد اندازه گیری های آمپر منجر به مشکلات متعددی می گردد، که در مقابل ممکن است به طور جدی بر روی عملکرد تقریبگرهای حالت تاثیرگذار باشد. ما در ابتدا این مشکلات را ارائه نموده و سپس روشهایی را جهت تعدیل آنها معرفی می نماییم. مشکلات ذیل مرتبط با مسایل عددی / یا رویت پذیری می باشند:
برای شروع کف، اجزای ژاکوبین در صورتی که مقدار خام Iij استفاده شود نامشخص (شکل ۹-۲)، و به هنگام انتخاب تهی می باشند (شکل ۹-۳)، که به معنای آن خواهد بود که اندازه گیری جریان در این موقعیت بدون فایده است. در نتیجه، هر گونه تحلیل رویت پذیری با توجه به چنین اندازه گیری هایی می بایست بر مبنای ژاکوبین، محاسبه شده در نقاط مختلف، باشد. موقعیت های ذیل جهت تعدیل این مشکل ارائه می شوند:
اضافه نمودن اجزای موازی تصنعی که پس از اولین تکرار حذف می شوند.
استفاده از متغیرهای حالت با اختلال اندک تصادفی.
هردوی این موارد منطقا، در صورتی که جریان حقیقتا موجود در امتداد خط فراتر از یک آستانه خاص رسد، عملکرد مناسبی خواهند داشت. در غیر اینصورت، یعنی به هنگامی که بار خط ناچیز باشد، مقدار تخمینی به صفر رسیده و ژاکوبین در صورتی که اندازه گیری آمپر جهت تضمین رویت پذیری مورد نیاز باشد به صورت بدشرطیده خواهد شد. در چنین مواردی بهتر است تا اقدام به جایگزینی اندازه گیری Iij» ۰ با Pij» ۰ شود.
تغییرات سریع حول مبداء این عبارات ژاکوبین به هنگامی که Iij استفاده می شود (شکل ۹-۲) به واسطه حالت عدم قطعیت قوی که به صورت ذاتی برای (۹-۱) صادق است. این وابستگی عبارات ژاکوبین در خصوص بردار حالت ممکن است سبب بروز مشکلات همگرایی برای خطوط دارای بار سبک شود، به جزء آنکه طول گام در طی فرآیند تکرار به دقت انتخاب شود. توجه داشته باشید که این مشکل در صورتی که در عوض استفاده شود، البته به بهای کواریانس تنزل یافته آن، تعدیل خواهد شد (شکل ۹-۳).
در غیاب اندازه گیری های قدرت، تنها اطلاعات مرتبط با زوایای فاز که می توان آن را حاصل آورد، بر مبنای (۹-۲) به شرح ذیل است:
۹-۴٫ تقریب حالت با قیود نامساوی
تحقیق قبلی در زمینه استفاده از اندازه گیری های آمپر در تقریبگر های حالت WLS محدود به مواردی می باشد که در آن سیستم بدون این اندازه گیری ها قبلا رویت پذیر باشد. بنابراین، هدف اصلی شامل نمودن آنها ارتقای دقت بجای گسترش شبکه رویت پذیر است. نتایج شبیه سازی ها که در آنها انواع مختلف اندازه گیری ها به یک مجموعه اندازه گیری حیاتی اضافه شده است در مرجع [۱۰] مشخص شده است. این موضوع نشان داده شده است که برای شاخص عملکرد انتخابی، جریان های خط قابل قیاس با پخش بارهای اکتیو بوده و بهتر از پخش بارهای راکتیو می باشند. در [۱۲] مقایسه ای بین شامل نمودن دامنه های ولتاژ و جریانهای خط انجام شده است. اینگونه نتیجه گیری می شود که دقت ارتقاء یافته تقریب به وسیله این مجموعه ولتاژ حاصل آمده است. مرجع [۱۴] مشخص کننده ریسک سرریز برای شروع کف و کمبود اطلاعات جهت دار بعنوان دو مشکل اصلی روبرو شده به واسطه درج اندازه گیری های جریان – خط می باشد. نتیجه گیری آن است که چنین اندازه گیری هایی را نباید در شبکه رویت پذیر گسترش داد. مرجع [۱۶] به عنوان اولین تحقیقی به شمار می آید که علی الخصوص به موضوع به کارگیری جریانهای خط در تقریب حالت اشاره می نماید. در نظر بگیرید که سیستم قبلا به وسیله دیگر انواع اندازه گیری ها، شامل اندازه گیری های خط – جریان جهت ارتقای حشو (یعنی دقت)، قابل رویت گردیده است. این مورد مخصوصا برای مشکل فرعی P – q توصیه می شود. استفاده از مقدار مربع دامنه های جریان به منظور اجتناب از مشکل سرریز در [۹] پیشنهاد شده است. بعلاوه برای این خطوط که در آنها مسیر پخش بار قبلا شناخته شده است، این موضوع پیشنهاد می شود که اندازه گیری های جریان را بتوان به طور ایمنی برای گسترش رویت پذیری به کار گرفت. این ویژگی در شبکه های شعاعی غالبا درست می باشد، اما به ندرت در شبکه های مش دار کلی، که در آن مسیرهای پخش بار ممکن است به صورت فرضی در طی عملیات روزانه تغییر یابند، صحت نخواهد داشت.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۹
۹-۵٫ تعیین غیر الگوریتمی / مکاشفه ای یکتایی راه حل P – q
با توجه به آن که دامنه های ولتاژ برای تقریبا کلیه باس ها به طور متعارف در قالب مجموعه های اندازه گیری شامل می باشند، معمولا در یک حالت حشو، محدود نمودن تحلیل یکتایی جواب یا راه حل به عینا مسئله فرعی P – q، از طریق فرض آنکه کلیه دامنه های ولتاژ شناخته شده هستند، قابل توجه خواهد بود.
در نگاه اول، این مورد به نظر می رسد که حضور گسترده دامنه های جریان در مجموعه اندازه گیری، به هنگام بررسی این مورد به صورت منفرد، سبب بروز تعداد زیادی از ترکیبات ممکن در علامتهای زوایای فاز شاخه می شود، که هر کدام از آنها منجر به یک راه حل مختلف پخش بار می گردند. با این وجود، همانگونه که از نتایج و مباحث قبلی مشخص میگردد، قوانین کیرشهف مشخص کننده قیدهای اضافه ای در بین زیرمجموعه های خاص علائم و به روشی می باشد که تنها دو ترکیب به صورت معتبر باقی می مانند، به شرط آنکه احتمال الغای دقیق عددی نادیده انگاشته شوند. بعلاوه، به هنگامی که پخش بار یا اندازه گیری های تزریق در هر کدام از این معادلات شامل شوند، یکی از این دو راه حل به صورت اتوماتیک مستثنی خواهد شد. این مورد را می توان برحسب قواعد رویت پذیری ذیل فرمول بندی نمود:
۹-۶٫ تعیین الگوریتمی یکتای جواب یا راه حل
با وجود آنکه راهکارهای غیر الگوریتمی / اکتشافی فوق به صورت ساده می تواند کفایت داشته باشد، ساختارهای شبکه تقریبا شعاعی، همانند مواردی که غالبا در سیستمهای تحت ۱۳۲ کیلوولت یافت می شوند، یک تکنیک کاملا اتوماتیک، بطور ترجیحی بر مبنای روتین های عددی و ماتریس های موجود می باشند، که برای موارد کلی و پیچیده تر قابل توجه هستند.
اندازه گیری های دامنه جریان را می توان بعنوان اندازه گیری های همراه با خطاهای ساختاری محتمل مدنظر قرارداد (که علت آنرا می توان در علائم ناشناخته ورودی های ژاکوبینی برشمرد و آنکه این علائم مجموعه فرضی صرفا حدسی می باشند). در صورتی که اندازه گیری های دیگری نیز موجود بودند که به عنوان توابع حالات مشابه با اندازه گیری های دامنه جریان بحساب می آمدند، در صورتی که علائم اولیه ورودی های ژاکوبین برای دامنه های جریان صحیح نمی بودند، این اندازه گیرهای دیگر حالتها را ملتزم به حرکت به سمت حصول یک راه حل یکتا می نمودند. به طور آشکار، در صورتی که هر کدام از اندازه گیری های دامنه جریان حیاتی باشند، این امر امکان پذیر نخواهد بود، چرا که اندازه گیری های حیاتی به صورت خطی مستقل از بقیه اندازه گیری ها به شمار می آیند. بنابراین، وجود یک اندازه گیری دامنه جریان حیاتی موکد آن است که چنین سیستمی به صورت منحصر بفرد قابل رویت نمی باشد.
۹-۶-۱٫ فرآیند مبتنی بر ماتریس کواریانس باقیمانده
همانگونه که در فصل ۵ بحث شد، ماتریس کواریانس باقیمانده W را می توان از مورد ذیل حاصل آورد:
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۹
۹-۶-۲٫ راهکاری بر مبنای ماتریس ژاکوبین
اطلاعات مرتبط با وجود مولفه های انتشار باقیمانده ولتاژ – جریان را همچنین می توان از ماتریس ژاکوبین، بدون نیاز جهت محاسبه ماتریس کواریانس باقیمانده، حاصل آورد.
برای سادگی، مجددا در نظر بگیرید که شاخه های غیر قابل رویت از این مدل قبلا به وسیله پیگیری هرگونه راهکارهای بحث شده در فصل چهار، حذف شده اند. در [۱۱] این موضوع تشریح شده است که چگونه می توان شناسایی شاخه های کاملا رویت پذیر و رویت پذیر غیر منحصر را در یک راهکار رویت پذیر کلی واحد ترکیب نمود.
معادلات اندازه گیری خطی و عاری از خطا را می توان به گونه ای تقسیم نمود که اولین n متناظر با مجموعه مستقل خطی باشد که حاصل آورنده مورد ذیل است:
۹-۷٫ شناسایی شاخه های رویت پذیر غیر منحصر
یک سری از الگوریتم ها و رویه ها مرتبط با تخمین حالت به هنگامی که از فرمولاسیون گره ای متعارف استفاده می شود با راحتی و کارایی بیشتری قابل حل خواهند بود. با این وجود تقریبا کلیه آنها را می بایست با استفاده از رجوع به متغیرهای شاخه مجددا فرمول بندی نمود. چنین حالتی بطور مثال برای رویه های ارائه شده در بخش قبلی جهت تشخیص مولفه های انتشار باقیمانده ولتاژ – جریان مدنظر خواهد بود. در حقیقت عبارات (۹-۱۷) الی (۹-۲۰) در صورتی معتبر است که x معرف کل مجموعه متغیرهای شاخه و z، علاوه بر اندازه گیری های متعارف، حاوی مجموعه ای از معادلات حلقه مستقل بعنوان جبرانی برای تعداد افزایش یافته متغیرهای حالت، باشد. این مدل در بخش ۴-۵ جهت ایجاد یک رویه رویت پذیر عددی غیر تکراری مورد پذیرش قرار گرفته است.
تخمین حالت سیستم قدرت: تئوری و پیاده سازی – فصل ۹
۹-۸٫ رده بندی اندازه گیری و شناسایی داده های بد
به هنگامی که مجموعه مشخص شده ای از اندازه گیری حاوی اندازه های جریان نباشد، تنها n اندازه گیری مستقل خطی بصورت صریح جهت ارزیابی شبکه ای مورد نیاز خواهد بود که بردار حالت آن متشکل از n متغیر می باشد. در صورتی که هرگونه اندازه گیری دامنه جریان وجود داشته باشد، حالت سیستم بصورت منحصر بفرد تنها به وسیله n اندازه گیری مستقل خطی، همانگونه که در بخشهای قبلی نشان داده شده است، قابل رویت نخواهد بود. بر مبنای این مشاهده، اندازه گیری ها را می توان به شرح ذیل مجددا رده بندی نمود [۶]:
غیرحیاتی: به هنگام تشخیص، سیستم به صورت منحصر بفرد قابل رویت باقی می ماند.
حیاتی: به هنگام حذف، سیستم غیر قابل رویت می شود.
حیاتی – یکتا: به هنگامی که حذف شود سیستم بطور منحصر بفردی قابل رویت نخواهد بود، بدان معنا که چندین راه حل محتمل می باشند.
اندازه گیری های حیاتی که حاوی داده های بد هستند را نمی توان تشخیص داد چرا که آنها دقیقا ارضاء شده و باقیمانده های تهی را حاصل می آورند. از طرف دیگر، داده های بد در یک اندازه گیری حیاتی – یکتا را می توان تشخیص داد. با این حال، شناسایی آنها منوط به دامنه داده های بد، حالت اولیه انتخاب شده جهت تکرار و مجاورت در حوزه همگرایی دیگر راه حلهای محتمل، می باشد. حتی در صورت شناسایی و حذف صحیح، یک راه حل منحصر بفرد را نمی توان تضمین کرد. بنابراین، تنها آندسته از داده های بدی که بر روی اندازه گیری های غیر حیاتی تاثیرگذار هستند را می توان مشخص و حذف نمود.
۹-۸-۱٫ تقریب LS
شناسایی و تشخیص داده های بد به عنوان یک فرآیند پس – تخمین اعمال می گردد، که می توان آن را به شرح ذیل خلاصه نمود. ( به فصل ۵ رجوع شود):
بکارگیری حالت تخمینی جهت محاسبه باقیمانده های اندازه گیری نرمالیده.
دسته بندی آنها به صورت نزولی.
در صورتی که بزرگترین باقیمانده فراتر از یک آستانه شود، حذف اندازه گیری مطبوع و تکرار این فرآیند.
به هنگام استفاده صرف اندازه گیری های متعارف، هیچگونه خطر حذف یک اندازه گیری حیاتی در طی چرخه های شناسایی وجود ندارد، چرا که این مورد غالبا در انتهای لیست سورت شده قرار می گیرد. با این حال، با توجه به حضور اندازه گیری های دامنه جریان، نیاز جهت کنترل این موضوع وجود خواهد داشت که آیا داده های بد شناسایی شده متناظر با اندازه گیری غیر حیاتی، با توجه به ویژگی تشریح شده فوق، می باشند یا خیر. بر مبنای شرایط یکتایی راه حل یافت شده در بخشهای قبلی، عدم ویژگی حیاتی اندازه گیری ها را می توان بر مبنای رویه ذیل کنترل نمود:
۹-۸-۲٫ تخمین LAV
همانگونه که در فصل ۶ بحث شد، مزیت اصلی تخمین LAV قابلیت آن جهت رد کردن داده های بد بعنوان بخشی از فرآیند تخمین می باشد. بنابراین، در صورتی که نقاط اهرمی بخوبی مدنظر قرار گرفته باشند، حالت تخمینی بدون سوگیری خواهد بود چرا که داده های بد به وسیله تقریبگر LAV کنار گذاشته شده اند. این مورد تا زمانی که مجموعه اندازه گیری تنها حاوی اندازه گیری های متعارف باشد صحت خواهد داشت. با توجه به وجود اندازه گیری های جریان، پس پردازش متعاقب جهت اطمینان از یکتایی حالت حاصله مورد نیاز خواهد بود.
باقیمانده های نرمالیده اندازه گیری های رد شده را می توان حاصل آورده و مواردی که فراتر از آستانه رفته اند را می توان بعنوان داده های بد مشخص ساخت [۱]. لیستی از اندازه گیری های مشکوک را می بایست برای حالت عدم حیاتی برحسب یک فرآیند سه مرحله ای ارائه شده فوق مورد بررسی و آزمایش قرار داد. در صورتی که هیچکدام از اندازه گیری های مورد ظن بعنوان یک مورد یکتایی حیاتی مشخص نشوند، بنابراین نتایج تقریبگر LAV را نمی توان بطور مطمئن بواسطه احتمال راه حل های متعدد مورد توجه قرار داد.
مثال ۹-۱۳: سیستم ۴ – باس شکل ۹-۱۸ را در نظر بگیرید که داده های آن در جدول ۹-۵ ارائه شده اند.
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.
