یک روش دو طرفه مبتنی بر فازور برای مکان‌یابی خطا در خطوط انتقال ‏N‏ مداره

محورهای موضوعی : مقاله پژوهشی

موسی خدادادی آرپناهی ^{1 *} , مجید خوشنما ²

1 - شرکت مهندسی پردیسان، اصفهان، ایران
2 - شرکت مهندسی پردیسان، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1400/12/12 تاریخ پذیرش : 1401/03/22 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: دو طرفه, فازور, مکان‌یابی خطا, انتقال, N مداره,

چکیده مقاله :

روش‌های دو طرفه موجود برای مکان‌یابی خطا در خطوط انتقال یا مخصوص خطوط تک‌مداره هستند و یا تنها برای خطوط دو مداره طراحی شده‌اند. همچنین، فرمول‌بندی این روش‌ها برای انواع مختلف خطا متفاوت است؛ چرا که این روش‌ها برای هر نوع خطا از یک مدار معادل خاص در حوزه abc و یا یک شبکه توالی مشخص استفاده می‌کنند. علاوه بر این، برخی از روش‌های موجود، نمی توانند برخی از جنبه‌های مسأله مکان‌یابی خطا مانند اثر خازن شنت خط، تزویج سلفی و خازنی بین فازها و عدم ترانسپوز خطوط را در نظر بگیرند. در این مقاله، یک روش جامع، دقیق و سریع برای مکان‌یابی خطا در خطوط انتقال N مداره پیشنهاد می‌شود. برای این منظور، ابتدا یک مدار معادل ماتریسی- برداری ( MVEC ) پیشنهاد می‌شود که صرف نظر از نوع خطا، تعداد مدارهای خط، وجود و یا عدم وجود خازن شنت، تزویج سلفی و خازنی بین فازهای مختلف و عدم ترانسپوز خطوط، به یک فرمول‌بندی واحد منجر می‌شود. برای حل فرمول‌بندی ماتریسی-برداری حاصل و یافتن مکان خطا، یک الگوریتم دو مرحله‌ای پیشنهاد می‌شود که علی رغم تکراری‌بودن در تعداد تکرار بسیار پایین همگرا می‌شود. روش پیشنهادی، از اندازه‌گیرهای فازوری دو طرف خط برای محاسبه مکان خطا استفاده می‌کند، نیازی به دانستن امپدانس منابع دو سمت خط ندارد و دقت آن حساسیت بسیار کمی نسبت به مقاومت خطا دارد. شبیه‌سازی روش پیشنهادی بر روی مجموعه زیادی از سناریوها بر حسب نوع خطا، مقدار مقاومت خطا، مکان‌های مختلف وقوع خطا و در نظر گرفتن نویز، دقت و کارایی الگوریتم پیشنهادی را نشان می‌دهد.

چکیده انگلیسی:

Existing double-ended fault location methods in transmission systems can be applied only to single or ‎double-circuit transmission lines. They conventionally use different abc-domain or sequence network ‎equivalent circuits for different fault types. Furthermore, some methods do not consider shunt ‎capacitances of the line, inductive or capacitive coupling between different phases, and (or) the cases of ‎untransposed lines, simultaneously. In this paper, a comprehensive and fast phasor-based double-ended ‎fault location method is proposed which can be used for N-circuit transmission lines. For this purpose, first, ‎a matrix-vector equivalent circuit (MVEC) is proposed that leads to a unique formulation for fault location ‎problem regardless of fault type, number of line circuits, being transposed or untransposed while it ‎considers inductive and capacitive coupling between the phases. Then, based on the MVEC formulation, a ‎bi-level algorithm is suggested that quickly finds the fault location, despite its iterative nature. The ‎proposed method does not need to know impedances of local and remote end sources. Furthermore, its ‎accuracy is not sensitive to fault impedance. Various case studies in terms of fault types, fault impedances, ‎and distances from the measurement side in the presence of noise reveal the accuracy and applicability of ‎the proposed fault location method.‎

منابع و مأخذ:

1. M. Kezunovic, "Smart Fault Location for Smart Grids," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 2, no. 1, pp. 11-22, March 2011, doi: 10.1109/TSG.2011.2118774.


2. S. Azizi and M. Sanaye-Pasand, "A Straightforward Method for Wide-Area Fault Location on Transmission Networks," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 30, no. 1, pp. 264-272, Feb. 2015, doi: 10.1109/TPWRD.2014.2334471.


3. J. C. Das, “Power System Analysis : Short-Circuit Load Flow and Harmonics,” Power System Analysis, Apr. 2002, doi: 10.1201/9780203908952.


4. S. Das, S. Santoso, A. Gaikwad and M. Patel, "Impedance-based fault location in transmission networks: theory and application," in IEEE Access, vol. 2, pp. 537-557, 2014, doi: 10.1109/ACCESS.2014.2323353.


5. K. Yu et al., “A novel traveling wave fault location method for transmission network based on time linear dependence,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 126, p. 106608, Mar. 2021, doi: 10.1016/J.IJEPES.2020.106608.


6. R. J. Hamidi and H. Livani, "Traveling-Wave-Based Fault-Location Algorithm for Hybrid Multiterminal Circuits," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 32, no. 1, pp. 135-144, Feb. 2017, doi: 10.1109/TPWRD.2016.2589265.


7. F. Deng, X. Zeng, X. Tang, Z. Li, Y. Zu, and L. Mei, “Travelling-wave-based fault location algorithm for hybrid transmission lines using three-dimensional absolute grey incidence degree,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 114, p. 105306, Jan. 2020, doi: 10.1016/J.IJEPES.2019.05.043.


8. A. Ghorbani and H. Mehrjerdi, “Accurate fault location algorithm for shunt-compensated double circuit transmission lines using single end data,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 116, p. 105515, Mar. 2020, doi: 10.1016/J.IJEPES.2019.105515.


9. R. Taheri, M. Eslami, and Y. Damchi, “Single-end current-based algorithm for fault location in series capacitor compensated transmission lines,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 123, p. 106254, Dec. 2020, doi: 10.1016/J.IJEPES.2020.106254.


10. M. S. Sachdev and R. Agarwal, "A technique for estimating transmission line fault locations from digital impedance relay measurements," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 3, no. 1, pp. 121-129, Jan. 1988, doi: 10.1109/61.4237.


11. A. H. Al-Mohammed and M. A. Abido, "A Fully Adaptive PMU-Based Fault Location Algorithm for Series-Compensated Lines," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 29, no. 5, pp. 2129-2137, Sept. 2014, doi: 10.1109/TPWRS.2014.2303207.


12. B. Mahamedi, M. Sanaye-Pasand, S. Azizi, and J. Guo Zhu, “Unsynchronised fault-location technique for three-terminal lines,” IET Generation, Transmission and Distribution, vol. 9, no. 15, pp. 2099–2107, Nov. 2015, doi: 10.1049/IET-GTD.2015.0062/CITE/REFWORKS.


13. N. Peng, L. Zhou, R. Liang, X. Xue, G. Piliposyan, and Y. Hu, “Fault location on double–circuit transmission lines by phase correction of fault recorder signals without accurate time synchronization,” Electric Power Systems Research, vol. 181, p. 106198, Apr. 2020, doi: 10.1016/J.EPSR.2020.106198.


14. M. Gil, A. A. Abdoos, and M. Sanaye-Pasand, “A precise analytical method for fault location in double-circuit transmission lines,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 126, p. 106568, Mar. 2021, doi: 10.1016/J.IJEPES.2020.106568.


15. C Chi-Shan Yu, Chih-Wen Liu, Sun-Li Yu and Joe-Air Jiang, "A new PMU-based fault location algorithm for series compensated lines," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 17, no. 1, pp. 33-46, Jan. 2002, doi: 10.1109/61.974185.


16. D. Cai and J. Zhang, "New Fault-Location Algorithm for Series-Compensated Double-Circuit Transmission Line," in IEEE Access, vol. 8, pp. 210685-210694, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3039877.


17. Joe-Air Jiang, Jun-Zhe Yang, Ying-Hong Lin, Chih-Wen Liu and Jih-Chen Ma, "An adaptive PMU based fault detection/location technique for transmission lines. I. Theory and algorithms," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 15, no. 2, pp. 486-493, April 2000, doi: 10.1109/61.852973.


18. Joe-Air Jiang, Ying-Hong Lin, Jun-Zhe Yang, Tong-Ming Too and Chih-Wen Liu, "An adaptive PMU based fault detection/location technique for transmission lines. II. PMU implementation and performance evaluation," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 15, no. 4, pp. 1136-1146, Oct. 2000, doi: 10.1109/61.891494.


19. D. Lu, Y. Liu, S. Chen, B. Wang and D. Lu, "An Improved Noniterative Parameter-Free Fault Location Method on Untransposed Transmission Lines Using Multi-Section Models," in IEEE Transactions on Power Delivery, doi: 10.1109/TPWRD.2021.3085746..


20. H. Mehrjerdi and A. Ghorbani, “High-speed auxiliary fault location element for distance relays in double-circuit lines,” Electric Power Systems Research, vol. 200, p. 107470, Nov. 2021, doi: 10.1016/J.EPSR.2021.107470.


21. Y. Liao and N. Kang, "Fault-Location Algorithms Without Utilizing Line Parameters Based on the Distributed Parameter Line Model," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 24, no. 2, pp. 579-584, April 2009, doi: 10.1109/TPWRD.2008.2002698.


22. V. Terzija, Z. M. Radojević and G. Preston, "Flexible Synchronized Measurement Technology-Based Fault Locator," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 6, no. 2, pp. 866-873, March 2015, doi: 10.1109/TSG.2014.2367820.


23. N. I. Elkalashy, “Simplified parameter-less fault locator using double-end synchronized data for overhead transmission lines,” International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 24, no. 6, pp. 808–818, Jun. 2014, doi: 10.1002/ETEP.1736.