یک روش بهبود یافته برای مکان‌یابی آنلاین خطا مبتنی بر واحد اندازه‌گیری فازور در خطوط انتقال با در نظر گرفتن حد حرارتی

الموضوعات :

محمدرضا رضائی ¹ , سید رضا هادیان امرئی ² , محمدرضا میوه ³

1 - گروه مهندسی برق- واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران
2 - گروه مهندسی برق- واحد جیرفت، دانشگاه آزاد اسلامی، جیرفت، کرمان، ایران
3 - دانشکده مهندسی برق- دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

تاريخ الإرسال : 07 الجمعة , ربيع الثاني, 1443 تاريخ التأكيد : 29 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1443 تاريخ الإصدار : 02 الإثنين , ذو القعدة, 1444

الکلمات المفتاحية: تخمین آنلاین محل خطا, تخمین پارامترهای خطوط, حد حرارتی, خطوط جبران شده با خازن سری, واحد اندازه‌گیری فازور,

ملخص المقالة :

در این مقاله، یک روش بهبود‎‎یافته آنلاین برای تخمین همزمان پارامترها و محل‎خطا در خطوط انتقال مبتنی بر واحدهای اندازه گیری فازور ‌نصب‎ شده در دو ‎طرف خط انتقال پیشنهاد شده است. برخلاف روش‌های آفلاین، این روش به مشخصات هندسی خطوط، مقاومت ‎خطا و امپدانس منابع معادل تونن بستگی ندارد. مهمترین کاربرد مدل‌سازی خطوط، تخمین حد‎ حرارتی خطوط انتقال است که ظرفیت انتقال توان را محدود می‌سازد. روش‌های آفلاین به کار‎ رفته، باعث بدون استفاده ماندن بخشی از ظرفیت انتقال توان و ایجاد تراکم غیر‎واقعی در سیستم انتقال می‌شوند. بنابراین، تخمین حد حرارتی باید به روشی تعیین گردد که بهصورتآنلاین بوده و دارای دقت و سرعت مناسبی باشد. محاسبه حد حرارتی کار پیچیده ای است که نیاز به تخمین پارامترهای خطوط، محاسبه دمای خطوط و تعیین شرایط آب و هوایی محیط اطراف خطوط مورد مطالعه دارد. لذا در این مقاله، روش جدیدی مبتنی بر ترکیب روش پایش مستقیم دمای هادی و روش مبتنی بر شرایط آب و هوایی پیشنهاد شده است. در این روش، ابتدا پارامترهای خط انتقال تخمین زده شده و سپس با استفاده از این پارامترها و شرایط آب و هوایی خط مورد نظر، حد حرارتی به صورت آنلاین محاسبه می گردد. برای انجام فرآیند تخمین همزمان محل خطا و پارامترهای خطوط از روش حداقل مربعات غیرخطی (NLS) استفاده شده است. شبیه سازی ها در محیط نرم‌افزاری متلب و بر روی یک سیستم انتقال استاندارد با جبران ساز سری انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی از دقت و سرعت بالایی برخوردار بوده و می تواند نقش بسزایی در افزایش سرعت تعمیر خطوط و قابلیت اطمینان سیستم و همچنین کاهش زیان‌های اجتماعی و اقتصادی داشته باشد.

المصادر:

[1] C. Li, Y. Zhang, H. Zhang, Q. Wu, V. Terziia, ''Measurement-based transmission line parameter estimation with adaptive data selection scheme'', IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 9, Article Number: 6, pp. 5764-5773, Nov. 2018 (doi: 10.1109/TSG.2017.2696619).

[2] P.E. Farias, A.P. Morais, J.P. Rossini, G.C. Jr, ''Non-linear high impedance fault distance estimation in power distribution systems: A continually online-trained neural network approach'', Electric Power Systems Research, vol. 157, pp. 20-28, April 2018 (doi: 10.1016/j.epsr.2017.11.018).

[3] M.M. Devi, M. Geethanjali,  A.R. Devi, ''Fault  localization  for  transmission  lines  with  optimal  phasor measurement units'', Computers and Electrical Engineering, vol. 70, pp. 163-178, Aug. 2018 (doi: 10.101­6/j.co­mpeleceng.2018.01.043).

[4] D. Akmaz, M.S. Mamis, M. Arkan, M.E. Tagluk, ''Transmission line fault location using traveling wave frequencies and extreme learning machine'', Electric Power Systems Research, vol. 155, pp. 1-7, Feb. 2018 (doi: 10.1016/j.epsr.2017.09.019).

[5] P.R. Chegireddy, R. Bhimasingu, ''Synchrophasor based fault location algorithm for three terminal homog­eneous transmission lines'', Electric Power Systems Research, vol. 191, Article Number: 106889, Feb. 2021 (doi: 10.1016/j.epsr.2020.106889).

[6] A. Mouco, A. Abur, ''Improving the wide-area PMU-based fault location method using ordinary least squares estimation'', Electric Power Systems Research, vol. 189, Article Number: 106620, Dec. 2020 (doi: 10.1016­/j.e­psr.20­20.106620).

[7] S.K. Paraddi, H.S. Veena, "Wide area monitoring system- Identification and location of fault using voltage measurement", Proceeding of the IEEE/I2CT,  pp. 1-6, Bombay, India, March 2019 (doi: 10.1109/I2C­T45­611.2­019.9033813).

[8] Z.S. Chafi, H. Afrakhte, ''Wide area fault location on transmission systems using synchronized/ unsynchron­ized voltage/current measurements'', Electric Power Systems Research, vol. 197, Article Number: 107285, Aug. 2021 (doi: 10.1016/j.epsr.2021.107285).

[9] A.S. Dobakhshari, ''Wide-area fault location of transmission lines by hybrid synchronized/unsynchronized voltage measurements'', IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 9, no. 3, pp. 1869–1877, May 2018 (doi: 10.1109/TSG.2016.2601379).

[10] A. Ansari, F.H. Fesharaki, ''Placement of phasor measurement units in power networks and optimal distribution of measurement redundancy'', Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 9, no. 36, pp. 3-14, March 2019 (dor: 20.1001.1.23223871.1397.9.36.1.6).

[11] P. Ren, H.L. Ari, A. Abur, ''Tracking three phase untransposed transmission line parameters using synchronized measurements'', IEEE Trans. on Power System, vol. 33, no. 4, pp. 4155-4163, Jul. 2018 (doi: 10.1109/TPWRS.2017.2780225).

[12] X. Kong, Y. Xu, Z. Jiao, D. Dong, X. Yuan, S. Li, ''Fault location technology for power system based on information about the power internet of things'', IEEE Trans. on Industrial Informatics, vol. 16, no. 10, pp. 6682-6692, Oct. 2020 (doi: 10.1109/TII.2019.2960440).

[13] N. Peng, L. Zhou, R. Liang, H. Xu, ''Fault location of transmission lines connecting with short branches based on polarity and arrival time of asynchronously recorded traveling waves'', Electric Power Systems Research, vol. 169, pp. 184-194, April 2019 (doi: 10.1016/j.epsr.2018.12.022).

[14] A. Jain, A. Tc, M. Sahoo, ''A methodology for fault detection and classification using PMU measurements'', 20th National Power Systems Conference (NPSC), India, Dec. 2018 (doi: 10.1109/NPSC.2018.8771757).

[15] P.C. Fernandes, T.R. Honorato, F.V. Lopes, K.M. Silva, H.N.G.V Gonçalves, ''Evaluation of travelling wave-based fault location methods applied to HVDC systems'', Electric Power Systems Research, vol. 189, Article Number: 106619, Dec. 2020 (doi: 10.1016/j.epsr.2020.106619).

[16] A. Xue, F. Xu, K.E. Martin, H. You, J. Xu, L. Wang, G. Wei, ''Robust identification method for transmission line parameters that considers PMU phase angle error'', IEEE Access, vol. 8, pp. 86962-86971, May 2020 (doi: 10.1109/ACCESS.2020.2992247).

[17] S.S.M. Seyedi, F. Aminifar, S. Afsharnia, ''Parameter estimation of multi terminal transmission lines using joint PMU and SCADA data'', IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 30, no. 3, pp. 1077-1085, June 2015 (doi: 10.1109/TPWRD.2014.2369500).

[18] A.S. Dobakhshari, ''Fast accurate fault location on transmission system utilizing wide-area unsynchronized measurements'', International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 101, pp. 234-242, Oct. 2018 (doi: 10.1016/j.ijepes.2018.03.009).

[19] S.S. M.-Seyedi, F. Aminifar, S. Afsharnia, ''Application of WAMS and SCADA data to online modeling of series-compensated transmission lines'', IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 8, no. 4, pp. 1968-1976, July 2017 (doi: 10.1109/TSG.2015.2513378).

[20] M.R. Rezaei, S.R. H. Amrei, M.R. Miveh, ''Online identification of power transformer and transmission line parameters using synchronized voltage and current phasors'', Electric Power Systems Research, vol. 203, Article Number: 107638, Feb. 2022 (doi: 10.1016/j.epsr.2021.107638).

[21] CIGRE, ''Thermal behavior of overhead conductors'', Cigre wg12, Electra, Number: 144, pp.107-125, Oct. 1992.

[22] IEEE Standard for calculating the current-temperature of bare overhead conductors, IEEE Standard: 738-2006, Jan. 2007 (doi: 10.1109/IEEESTD.2007.301349).

[23] H. Saadat, ''Power system analysis'', 3^rd Edition, PSA Publishing LLC, pp. 1-720, Jan. 2011.

[24] A.J. Wood, B.F. Wollenberg, ''Power generation, operation and control'', 2^th Edition, Wiley-interscience Publication, pp. 1-593, 1996.

[25] A.G. Phadke, J.S. Thorp, ''Synchronized phasor measurements and their applications'', 1^st Edition, Springer Boston MA, pp. 1-248, 2008 (doi: 10.1007/978-0-387-76537-2).