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: 88000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۴۹
کد مقاله
ELC149
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
چارچوب شبیه سازی توامان رویداد مبنای کلی برای سیستم قدرت به هم پیوسته و شبکه ارتباطاتی
نام انگلیسی
GECO: Global Event-Driven Co-Simulation Framework for Interconnected Power System and Communication Network
تعداد صفحه به فارسی
۶۷
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۳
کلمات کلیدی به فارسی
شبیه سازی توامان, رویداد مبنا, محافظت و کنترل گسترده
کلمات کلیدی به انگلیسی
Co-simulation, event-driven, wide area protection and control
مرجع به فارسی
مقالات IEEE در خصوص شبکه های هوشمند
مرجع به انگلیسی
IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID
کشور
ایالات متحده
چارچوب شبیه سازی توامان رویداد مبنای کلی برای سیستم قدرت به هم پیوسته و شبکه ارتباطاتی
چکیده
نگرش شبکه / گرید هوشمند بر مبنای کاربرد نافذ تکنیک های ارتباطاتی دیجیتال مدرن در سیستم قدرت امروزی پیش بینی گردیده است. بر این اساس، طیف گسترده ای از سیستم های اندازه گیری و تکنیک های کنترل برای حاصل آوردن یک سیستم قدرت با قابلیت انعطاف پذیری بیشتر توسعه و پیاده سازی شده اند و در این رابطه نقش شبکه ارتباطاتی کاملاً برجسته می باشد. دینامیک سیستم قدرت تحت تاثیر تاخیرهای ارتباطاتی در شبکه می باشد. بنابراین، جهت حفظ جامعیت گسترده سیستم قدرت و زیر ساخت های ارتباطاتی این امر ضروری می باشد که دو مولفه مرتبط به عنوان یک سیستم سایبر فیزیکی توزیعی واحد مورد بررسی قرار گیرند. این مقاله یک سیستم قدرت و یک چارچوب شبیه سازی توامان شبکه ارتباطاتی با استفاده از مکانیزم رویداد مبنای کلی (GECO) را ارائه می نماید. دقت این سیستم بر مبنای ضروریات مقیاس زمانی پدیده های مورد بررسی قابل تنظیم می باشد. شبیه سازی توامان قابلیت ارتقای بررسی عملی سیستم های شبکه / گرید هوشمند همراه با ارزیابی سطح گسترده ای از طرح های برآورد شده و کنترلی را ارائه می نماید. با انجام یک مطالعه موردی، طرح محافظت رله فاصله ای بک آپ مبتنی بر ارتباطات تحت فرایند شبیه سازی توامان قرار گرفته و فرآیند اعتبار سنجی نیز با استفاده از چارچوب شبیه سازی توامان اعمال می گردد.
کلمات کلیدی:شبیه سازی توامان، رویداد مبنا، محافظت و کنترل گسترده.
شبیه سازی توامان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی
۱- مقدمه
سیستم های مدرن قدرت به نقطه ای رسیده اند که دیگر بدون بهره گیری از سیستم های کنترل گسترده قابلیت عملیاتی سازی مناسب آنها وجود ندارد [۱]، [۲]. فرآیند بازسازی مجدد زیر ساختار سیستمی و نگرش ویژه به شبکه ها / گریدهای هوشمند سبب شده است تا سیستم های کنترل همزمان به یک سطح غیر قابل پیش بینی از پیچیدگی برسند. بنابراین، این موضوع نیز قابل پیش بینی می باشد که به منظور تغییر وضعیت سیستم کنترل، از حوزه محلی آن به یک حوزه گسترده تر، لازم است تا از تکنیک های نوین محاسباتی و ارتباطاتی در خصوص سیستم قدرت استفاده شود. در نتیجه، سیستم قدرت با کمک یک شبکه ارتباطاتی اصلی، که در آن مقدار زیادی از اطلاعات مبادله می گردد، تحت کنترل قرار می گیرد. پیکر بندی میان وابسته جدید سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی سبب ایجاد چالش هایی می گردد که قبلاً شاهد آن ها نبوده ایم. به منظور آن که ساختار شبکه ارتباطاتی کاملاً در تطابق با شبکه قدرت ملی حفظ شود لازم است تا یکسری از مواردی که تاکنون بدون تغییر یا بدون ارائه راه حل مناسبی باقی مانده اند به خوبی اصلاح و جایگزین شوند. در این زمینه می توان به موارد ذیل اشاره داشت: پروتکل های ارتباطاتی استفاده شده، الگوریتم های توزیعی و رسانه فیزیکی در ارتباط با تصمیم گیری در خصوص وضعیت سیستم قدرت و عملکردهای کنترلی ضروری، ویژگی های سلسله مراتبی ارتباطات و شبکه کنترل و موارد متنوع دیگر. چنین موردی این الزام را به وجود می آورد که ما در تقابل با صرف بهره گیری از یک شبیه ساز مستقل شبکه قدرت به شبیه سازی توامان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی نیاز خواهیم داشت. بنابراین از روی احتیاط می بایست چنین ملاحظاتی را در طی فازهای طراحی در نظر داشته باشیم.
ادامه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی شده است: بخش ۲ تحقیقات مرتبط را خلاصه می سازد. بخش ۳ چارچوب شبیه سازی توامان GECO و رویه پیاده سازی آن با استفاده از PSLF و NS2. A را بررسی می نماید. یک طرح محافظت رله پشتیبان بر مبنای ارتباطات به عنوان یک مطالعه موردی در ارتباط با GECO در بخش ۴ مورد بحث قرار می گیرد. چندین سناریوی شبیه سازی توامان و نتایج شبیه سازی در بخش ۵ به منظور نشان دادن کارایی این روش عرضه خواهند شد. بخش ۶ خلاصه کننده مباحث جاری می باشد و در نهایت نتیجه گیری این مقاله را عرضه می نماید.
شبیه سازی توامان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی
۲- تحقیقات مرتبط
شبیه سازی توأمان سیستم های همگن که قابلیت یکپارچه سازی مدل های شبیه سازی مختلف را دارند به عنوان یک مؤلفه کمیاب در حوزه های تحقیقات دیگر به شمار نمی آید [۶] ـ [۹]. با این وجود، چنین موردی برای کاربردهای سیستم قدرت نسبتاً جدید تلقی می شود. تحقیقاتی در ارتباط با تحلیل کنترل سیستم قدرت با توجه به شبکه های ارتباطاتی انجام شده است [۱۰]، [۱۱]. با این وجود، به واسطه عدم وجود ابزارهای مدل سازی مناسب، ویژگی های شبکه های ارتباطاتی در تحقیقات آنها را می بایست یا کاملاً ساده ساخت یا آنکه می بایست اقدام به ارائه فرضیه های بسیار خوش بینانه در این زمینه نمود [۱۲]. به طور آشکار، شبیه سازی یک طرفه برای بررسی سیستم قدرت دارای یکپارچگی کامل و شبکه ارتباطاتی کامل ناکافی می باشد. در ارتباط با فرآیند بازسازی مجدد سیستم قدرت، شبیه سازی توأمان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی تدریجاً به عنوان یکی از مؤلفه های مطلوب محققین مطرح شده است. جدول ۱ خلاصه کننده تحقیقات مرتبط در این زمینه تحقیقاتی جدید می باشد.
شبیه سازی توامان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی
۳- چارچوب شبیه سازی توأمان
مسئله کلیدی چارچوب شبیه سازی توأمان قدرت / ارتباطات سنکرون سازی یا همزمانی دقیق زمان شبیه سازی در دو مدل شبیه سازی متمایز می باشد. در این بخش، تکنیک های شبیه سازی سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی به طور مختصر مورد بررسی قرار می گیرند. متعاقباً چارچوب شبیه سازی توأمان بر مبنای تحلیل دقیق تکنیک های شبیه سازی ارائه خواهد شد.
الف. شبیه سازی دینامیکی سیستم قدرت
شبیه سازی دینامیک سیستم قدرت به طور شایع به عنوان یک شبیه سازی سیستم زمان پیوسته مدلسازی می گردد. در یک سیستم زمان پیوسته، متغیرهای وضعیت سیستمی در یک حالت متوالی با توجه به زمان تغییر می نمایند. نوعاً دینامیک سیستمی بر مبنای مجموعه ای از معادلات دینفرانسیل ارائه می گردد که در آن گذارهای بین متغیرهای حالت پیوسته تعریف می گردند. برای موارد ساده، معادلات دینفرانسیل را می توان به صورت تحلیلی به منظور حاصل آوردن راه حل های فرم بسته حل نمود. با این وجود در غالب مواقع چنین راه حل های فرم بسته ای در دسترس نیستند.
ب. شبیه سازی شبکه ارتباطات
شبیه سازی شبکه ارتباطاتی عمدتاً با استفاده از روش رویداد ـ محور گسسته اعمال می شود. شبیه سازی رویداد ـ مبنای گسسته برای سیستم هایی که وضعیت آنها صرفاً در معرض تغییر به واسطه رویدادهای گسسته می باشد مناسب است. رخدادهای مرتبط با این رویدادها غالباً دارای توزیع غیریکنواختی با توجه به زمان می باشند. گسسته سازی زمانی در بازه های زمانی کوتاه همانگونه که در سیستم های زمان پیوسته انجام شده است، را نمی توان به طور مناسبی برای سیستم های رویداد گسسته بکار گرفت چرا که مرحله زمانی از نقطه نظر انتخاب مشکل است.
ج. چارچوب شبیه سازی توأمان
از آنجایی که تکنیک های شبیه سازی برای سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی متفاوت هستند، مکانیزم همزمان سازی بین آنها به عنوان مهمترین مسئله به شمار می آید که منجر به حاصل آوردن یک طراحی توأم با موفقیت شبیه سازی توأمان می شود. یک روش شهودی کاربرد فرآیند سنکرون سازی مرحله زمانی صریح [۱۳] می باشد، همانگونه که در شکل ۳ نشان داده شده است. در این روش، چندین نقطه همزمانی به صورت از قبل تعیین شده مشخص خواهند شد.
د. فرمالیسم / اصالت شکل
این موضوع ضروری می باشد که نشان دهیم که شبیه سازی توأمان رویداد مبنای کلی ما سبب ایجاد مخاطره در ارتباط با جامعیت شبیه سازی در هر کدام از شبیه سازهای منحصر به فرد نمی شود، چرا که کلیه رخدادها به صورت ترکیبی هستند. در این زیربخش، ما این مورد را با استفاده از یک رویکرد رسمی تأیید می نماییم.
مشخصه های سیستم رویداد گسسته (DEVS) به عنوان یک فرمالیستم معروف جهت مدل سازی و تحلیل سیستم های رویداد گسسته عمومی به شمار می آیند. علاوه بر این ویژگی های فرمالیسم یا صورت گرایی متوازن دیگری نیز وجود دارند اما در عین حال DEVS از تناسب بیشتری برای این چارچوب شبیه سازی توأمان برخوردار می باشند. چنین موردی را می توان به عنوان یک هفت ـ تایی به شرح ذیل تعریف نمود [۲۷]:
ه ـ. پیاده سازی
چارچوب پیاده سازی توأمان از طریق یکپارچه سازی دقیق دو شبیه ساز منفرد ارائه می شود: شبیه ساز جریان بار ترتیب مثبت GE (PSLF) و شبیه ساز ۲ شبکه (NS2). فرآیند یکپارچه سازی شامل اصلاح ها و تأمین های اصلی در هر دو طرف می باشد. این شبیه سازها که ما نسبت به انتخاب آنها اقدام نموده ایم مشابه با EPOCHS [13] می باشند، اما طراحی داخلی آنها متفاوت می باشد و این تفاوت ها متعاقباً در بخش بعدی از طریق مقایسه نتایج شبیه سازی نشان داده خواهد شد.
۴- محافظت بک آپ رله فاصله ای مبتنی بر ارتباطات
رله های فاصله ای (امپدانس) به طور معمول در سطح سیستم انتقال مورد استفاده قرار می گیرند. عملیات رله های محافظت فاصله ای تحت مؤلفه های غالب امپدانس می باشد که به عنوان ضریب دامنه ولتاژ و جریان اندازه گیری شده بر حسب رله مشخص می گردد. به هنگامی که یک خطای اتصال کوتاه رخ دهد، چنین خطایی را می توان به وسیله یک افت شدید در امپدانس ظاهری و برآورد آن مشخص نمود. به علاوه این امپدانس مشخص کننده آن است که میزان فاصله خطا از موقعیت رله چقدر است.
الف. محافظت نظارتی
در طرح محافظت نظارتی، رله های فاصله ای به عنوان یک شبکه با استفاده از زیرساختار ارتباطاتی به یکدیگر متصل شده و کارکرد آنها از طریق لینک های ارتباطاتی گسترده هماهنگ می گردد. یک کنترل کننده محافظت مرکزی تحت عنوان “عامل مستر” اقدام به هماهنگی عملیاتی کلیه رله های دیجیتال در این سیستم می نماید. هر رله فاصله ای دارای یک عامل نرم افزاری (عامل اسلیو) است که مرتبط با آن می باشد. این عامل نرم افزاری به عنوان یک رابط برای تبادل اطلاعات بین مستر و رله فاصله ای متناظر با آن عمل می نماید. در این مود، سیستم طرح محافظتی قابلیت فراهم آوردن محافظت ایمن بیشتری از طریق اجتناب از خرابی های مخفی که ممکن است سبب ایجاد تریپینگ نادرست شود را خواهد داشت.
ب. محافظت اقتضایی
در طرح محافظت نظارتی، عامل مستر به عنوان حیاتی ترین مؤلفه به شمار می آید چرا که وظیفه هماهنگی کلیه عامل های اسلیو را به عهده دارد. در صورتی که عامل مستر با خطا رو به رو شود، کل پروسه محافظت شکست خواهد خورد. یکی از مؤلفه های دیگر طرح نظارتی آن است که عامل های اسلیو عمدتاً دارای ارتباط با عامل مستر می باشند. چنین موردی منجر به زمان های ارتباطاتی طولانی مدت و بی ثباتی می گردد، که البته منوط به میزان دوری عامل اسلیو از عامل مستر آن می باشد. به منظور فایق آمدن بر این مشکلات، یک طرح محافظت اقتضایی ارائه شده است. در این طرح، عامل مستر حذف گردیده و عملکردهای آن در هر یک از عامل های اسلیو تکثیر می گردد. هم اکنون عامل های اسلیو به طور مستقیم قابلیت برقراری ارتباط با یکدیگر در یک حالت نظیر به نظیر را خواهند داشت.
ج. جستجوی رله و تصمیم گیری
در هر دوی طرح های محافظتی، یک جستجوی رله برای عامل ها جهت تعیین گروه رله مسئول به هنگام بروز یک خطا الزامی می باشد. یک الگوریتم جستجوی رله بر روی یک سطح تجریدی گراف در توپولوژی سیستم قدرت عمل می نماید. دستورالعمل مرحله به مرحله این الگوریتم در شکل ۱۰ نشان داده شده است. توپولوژی سیستم قدرت به وسیله یک گراف بدون جهت G(V, E) نشان داده شده است. کلیه خطوط انتقال به وسیله یال ها مشخص گردیده و باس ها نیز مسئول اتصال خطوط انتقال می باشند که به وسیله رأس ها مشخص شده اند. رله این گراف به وسیله یک جفت مرتب ((m, n), m) قابل ملاحظه خواهد بود که به معنای آن می باشد که رله مربوطه در کنار باس m خط انتقال (m, n) قرار گرفته است. این الگوریتم عمدتاً شامل دو مرحله اصلی می باشد. در ابتدا، بر مبنای رله ای که اقدام به ارسال درخواست تصمیم می نماید، الگوریتم مربوطه اقدام به یافتن خطوط خراب احتمالی می نماید. متعاقباً، برای هر خط خراب احتمالی، الگوریتم مربوطه اقدام به یافتن دو رله محافظتی اولیه نموده و به علاوه کلیه رله های بک آپ آن خط را نیز می یابد.
۵- نتایج شبیه سازی توأمان
در این بخش، یک طرح محافظت ارتباط مبنا با توجه به بستر شبیه سازی توأمان GECO مورد ارزیابی و مطالعه قرار می گیرد.
الف. ویژگی های شبیه سازی
این طرح های شبیه سازی برای سیستم ۳۹ باس نیوانگلند بکار گرفته شده است. در ارتباط با این ویژگی معیارسنجی، به طور کلی ۳۴ خط انتقال و در نتیجه ۶۸ عامل رله از راه دور در این سیستم قرار داده شده اند ـ یعنی دو مورد برای هر خط. ۱۰ ژنراتور در این سیستم به عنوان ماشین های روتور استوانه ای مدنظر قرار گرفته است که به وسیله اندوکتانس های جفتی مساوی بر روی محورهای مستقیم و تربیعی مشخص شده اند. هر ژنراتور مجهز به یک سیستم تحریک نوع یک IEEE با اضافه شدن یک ضریب سرعت و توربین بخار اصلی و سیستم فرمان خودکار می باشد. مرحله زمان شبیه سازی PSLF برابر با ۰۰۱/۰ ثانیه در نظر گرفته شده است.
ب. اعتبارسنجی طرح های محافظتی
در طرح محافظت قبلی، عامل مستر در باس ۱۶ قرار داده شد، چرا که این باس دارای بالاترین میزان اتصال می باشد. دو سناریوی محافظتی مختلف به ترتیب شامل شبیه سازی توأمان می باشند:
ج. مقایسه روش های همزمان سازی مختلف
در بخش های قبلی، معایب روش همزمان سازی متناوب مورد بحث قرار گرفت. متعاقباً، طرح محافظت ارتباط مبنا در خصوص کاربرد بستر شبیه سازی توأمان با استفاده از روش همزمان سازی مرحله بندی شده زمانی مورد بررسی قرار گرفت [۱۳]. بستر آزمایش شده در این مقاله به صورت بستر اولیه مورد بررسی در مرجع [۱۳] نمی باشد، اما در مقابل دارای موارد مشابهی نیز است. سناریوی محافظتی در حین آزمایش محافظت نظارتی برای یک خطای واقعی می باشد. زمان خطای اولیه، موقعیت خطا، موقعیت عامل مستر و عامل های رله شامل شده همگی یکسان هستند. این سناریو بر مبنای بستر همزمان سازی مرحله بندی شده زمانی با استفاده از مراحل سنکرون سازی مختلف تکرار می گردد و نتایج آن با نتایج حاصله در GECO مقایسه می شود. به عنوان یک شاخص شبیه سازی، سطوح ولتاژ در باس ۳ در بین کلیه نتایج شبیه سازی با هم در شکل ۱۴ ترسیم شده اند.
د. مقیاس پذیری شبیه سازی توأمان
مقیاس پذیری بستر شبیه سازی توأمان یکی دیگر از عوامل مهم بر مبنای سیستم قدرت حقیقی مورد نظر به شمار می آید که می تواند بسیار بزرگتر از این معیار کنونی ۳۹ باسه یا شینه باشد. از آنجایی که GECO اقدام به یکپارچه سازی دو شبیه سازی منفرد می نماید، مقیاس پذیری کلی شبیه سازی توأمان به طور کلی بر مبنای مقیاس پذیری شبیه سازهای واحد مشخص گردیده و به علاوه در این زمینه چگونگی انجام کار با استفاده از رابط یکپارچه سازی نیز مهم می باشد. علی الخصوص در این مورد، PSLF قابلیت شبیه سازی یک سیستم به بزرگی ۶۰ هزار باس را داشته و NS2 نیز قابلیت شبیه سازی یک شبکه با حداقل ۲۰ هزار گره را خواهد داشت و زمان شبیه سازی در مرتبه N log(N) قرار خواهد گرفت [۳۹]. بنابراین، GECO از ظرفیت قابل توجهی جهت مدل سازی و شبیه سازی سیستم های ملی بزرگ نظیر WECC برخوردار است. از طرف دیگر، دو شبیه ساز با استفاده از رابط دو جهته یکپارچه گردیده اند که در آن اطلاعات سیستمی مبادله می گردد. به هنگامی که مقیاس سیستمی با رشد رو به رو می گردد، میزان اطلاعات سیستمی از طریق این رابط نیز افزایش خواهد یافت. زمان مورد نیاز جهت تکمیل یک مورد شبیه سازی توأمان نیز ممکن است بسته به تعداد تعاملات این دو شبیه ساز افزایش یابد.
شبیه سازی توامان سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی
۶- نتیجه گیری
در این مقاله یک چارچوب شبیه سازی توأمان رویداد مبنای کلی GECO ارائه شده است که قابلیت یکپارچه سازی فرآیند شبیه سازی سیستم قدرت و شبکه ارتباطاتی را خواهد داشت. در مقایسه با تحقیقات مرتبط، چارچوب شبیه سازی توأمان ما فراهم آورنده دقت همزمان سازی بهتری می باشد و امکان پذیری این روش با استفاده از روش های رسمی اثبات شده است. چارچوب شبیه سازی توأمان با استفاده از نرم افزار PSLF و NS2 اجرا می گردد. یک طرح محافظتی رله از راه دور بک آپ ارتباطات ـ مبنا به عنوان یک مطالعه موردی در خصوص بستر شبیه سازی همزمان مورد بحث قرار می گیرد. در این طرح، عامل های رله به صورت فعال با یکدیگر در ارتباط بوده تا قابلیت حاصل آوردن کارکرد مناسبتر سیستمی همراه با قابلیت ایجاد تصمیمات محافظتی هماهنگ نیز به وجود آید. نتایج شبیه سازی توأمان قابلیت اعتبارسنجی طرح محافظتی را داشته و زمان ارتباطاتی مورد نیاز کمتر از حد آستانه می باشد. در انتها، یک مقایسه بین روش رویداد مبنای کلی و دیگر روش های سنکرون سازی نشان داده شده است. این نتایج معرف مزیت های چارچوب شبیه سازی توامان ما می باشند.
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.
