مقاله ترجمه شده طرح جدید موقعیت عیب برای یک خط انتقال دو-خروجی با استفاده از سنجش های فازور همگام شده

چکیده – این مقاله روش تکراری جدیدی را برای تعیین موقعیت عیب بر روی یک خط انتقال منفرد توصیف میکند. این روش از ولتاژ همگام شده و سنجش های جاری از هر دو خروجی استفاده میکند. با استفاده از مؤلفه های توالی مثبت شکل موج های قبل از عیب و عیب، مقاومت ظاهری منبع توالی مثبت برآورد می گردد. با استفاده از این مقاومت های ظاهری منبع و داده های خط، ماتریس مقاومت ظاهری باس توالی مثبت تشکیل می گردد. با استفاده از خصوصیات ، یک الگوریتم تکراری برای تعیین موقعیت عیب پیشنهاد می گردد. این الگوریتم برای داده های بدست آمده از شبیه سازی EMTP دو خط انتقال اعمال می گردد. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که با اینکه این روش نتایج نسبتاً دقیقی را برای هر دو خط انتقال متوسط و بلند حاصل میدهد، با اینحال کارایی آن برای خطوط کوتاه و متوسط بهتر است.

۱- مقدمه
موقعیت عیب در یک خط انتقال با استفاده از سنجش های فازور همگام شده بمدت طولانی مورد مطالعه قرار گرفته است. بعضی مقالات انتخاب شده در منابع آمده اند. تاکاجی و همکارانش از فازور جریان و ولتاژ از یک خروجی برای روش خود بر مبنای قدرت واکنش استفاده می کنند. گرجیس و همکارانش، آبیه و همکارانش، جیانگ و همکارانش، و گوپالا کریشنان و همکارانش، از فازروهای جریان و ولتاژ از هر دو انتها استفاده میکنند. منابع ۲ و ۳ نیز تکنیک هایی را برای برطرف سازی خطاهای همگام سازی نشان میدهند. منبع شماره ۲ از سه تحلیل فاز و حداقل از یک برآورد مربعی برای بدست آوردن فاصله نقطه عیب توسط حل کردن ۶ معادله استفاده می کند. منبع شماره ۳ یک روش بر مبنای قدرت واکنشی را معرفی میکند و آنرا تا خط انتقال منفرد چند-خروجی گسترش میدهد. منبع شماره ۴ یک شاخص موقعیت یابی عیب را از مدل فازور بر مبنای معادلات خط انتقال استخراج میکند. منبع شماره ۵ یک مدل دامنه زمانی از خط انتقال را برای توسعه الگوریتم خود اتخاذ میکند. دجوریک و همکارانش (منبع ۶) یک الگوریتم عدیی را معرفی میکنند که از فازورهای جریان عیب و پیش-عیب از یک انتهای خط استفاده میکند. توفیق و همکارانش (۷) از روش پرونی برای تبدیل نمونه های دامنه زمانی به دامنه فرکانس استفاده میکنند و سپس از شبکه عصبی مصنوعی برای برآورد موقعیت عیب استفاده میکنند. براهما (۸)، پریرا و همکارانش (۹) و لین و همکارانش (۱۰) و منبع ۱۱ روشهای موقعیت یابی عیب را گزارش میکنند که نیازمند ناگذاریی منبع در

خروجی های خط می باشد. براهما (۱۲) روشی را برای برآورد ناگذرایی منبع از ماتریس ناگذاری باس در زمان عیب توصیف میکند. یک روش متداو

ل تر اینست که آنرا با استفاده از تحلیل مدار کوتاه سیستم برآورد کنیم. البته اگر اطلاعات بروزرسانی نشده باشد تا همه تغییرات در تنظیمات سیستم را نشان دهد، مقادیر ناگذرایی منبع دارای اشتباه خواهد بود.
روش پیشنهاد شده در این مقاله بر این اساس است که خط انتقال جابجا گردد. این روش از ولتاژ همگام شده و فازورهای جریان در هر دو خروجی قبل و بعد از یک عیب استفاده میکند. ناگذرایی منبع توالی مثبت با استفاده از مؤلفه های توالی مثبت این سنجش ها در زمان عیب ابتدا در هر دو خروجی محاسبه می گردد. با استفاده از این مقادیر ناگذرایی و داده های خط انتقال در زمان عیب محاسبه می گردد. سپس یک الگوریتم تکراری پیشنهاد می گردد که از خصوصیات برای تعیین موقعیت عیب استفاده میکند. نتایج از اعمال این روش بر روی دو خط انتقال شبیه سازی شده بر روی EMTP برای انواع مختلف عیب گزارش می گردند که دارای مقاومت های عیب در موقعیت های مختلف بر روی خط هستند. تأثیر توان پرکردن خط بر روی کارایی این روش نیز ارزیابی می گردد.
بخش دوم این مقاله روشی برای برآورد ناگذرایی های منبع توالی مثبت از داده های جریان و ولتاژ عیب و پیش-عیب را توصیف میکند. الگوریتمی برای تعیین

موقعیت عیب در بخش ۳ مورد بحث قرار می گیرد. در بخش ۴، نتایج شبیه سازی معرفی می گردد. بخش ۵ نتیجه گیری مقاله را بیان میکند.
۲- برآورد ناگذرایی های منبع از داده های اندازه گیری شده
هر خروجی در یک سیستم قدرت را میتوان توسط مدل تونین نشان داده شده در شکل ۱ معرفی کرد. همه مقادیر بیان شده در این نمودار مقادیر توالی مثبت هستند. مقدار منبع ولتاژ E ولتاژ پشت ناگذرایی منبع است. ولتاژ باس و جریان وارد شده به ا

ین باس است. مقادیر پیش-عیب V و I بترتیب و هستند، و مقادیر عیب آنها بترتیب و هستند. مقادله توصیف کننده موقعیت پیش-عیب را میتوان بصورت زیر نوشت:

معادله توصیف کننده موقعیت عیب بدین صورت است:

ما با کم کردن معادله ۲ از ۱ خواهیم داشت:

و بترتیب تغییرات در ولتاژ باس توالی مثبت و جریان باس توالی مثبت بعلت عیب هستند. با نشان دادن این تغییرات توسط و ، میتوانیم اینطور بنویسیم:

چون در این روش جریان های فاز پیش-عیب و عیب اندازه گیری می شوند و بصورت موجود بودن در فازورهای همگام شده در هر دو خروجی فرض می شوند، ناگذرایی منبع در هر خروجی در زمان عیب را میتوان با استفاده از معادله ۴ برآورد کرد. با استفاده از این مقادیر و داده های خط انتقال، برای خط انتقال در زمان عیب را میتوان بدون مجبور بودن برای استفاده از داده های سیستم ذخیره شده تعیین کرد که ممکن است خیلی دقیق نباشد.
۳- الگوریتمی برای تعیین مکان عیب
الگویتم برای یافتن موقعیت عیب بر مبنای تعریف اساسی یک عنصر در است. عنصر (I,J) بعنوان ولتاژ تولید شده در گره I بعلت جریان واحد وارد شده در گره J تعریف می گردد، و همه جریان های وارد شده دیگر صفر می گردند. از لحاظ محاسباتی، برای بعد-N

همچنین برای تحلیل عیب در باس J، جریان عیب بعنوان وارد سازی جریان در باس J فرض می گردد. تغییر در ولتاژ توالی مثبت در باس I بعلت عیب در باس J توسط معادله ۱۳ بدست می آید

بالانویس (۱) در معادله ۶ و در ادامه این مقاله به معنای مقادیر توالی مثبت عناصر ترتیبی است. در معادله ۶ وارد سازی جریان عیب توالی مثبت در باس J است. به معنای تغییر در مقدار ولتاژ توالی مثبت در باس I بعلت جریان وارد شده در باس J است. معادلات ۵ و ۶ مبنای توسعه الگوریتم پیشنهاد شده را تشکیل میدهند.
شکل ۲ (a) بازنمایی مدار یک خط دارای دو خروجی با یک عیب را نشان میدهد. این عیب ممکن است از هر نوعی با هر مقدار مقاومت عیب در هر جایی روی خط باشد. دو بخش خط بر دو طرف عیب توسط مدلهای PI نشان داده می شوند. مقادیر گذرایی شنت در مدلهایی PI بستگی به طول این بخش ها (یا بعبارت دیگر موقعیت عیب) دارد. مدلهای PI برای پارامترهای جمع آوری شده و همچنین پارامترهای توزیع شده ثبت شده اند. شکل ۲(b) شبکه توالی مثبت را برای این خط دارای عیب با جریان عیب توالی مثبت نشان میدهد، همانطور که بصورت یک واردسازی در نقطه عیب نشان

داده شده است. اگر ما نقطه عیب را بعنوان باس سوم در نظر بگیریم، پس تغییر در ولتاژ توالی مثبت در باش ۱ را می توانیم با استفاده از معادله ۶ محاسبه کنیم.
چون جریان در هر دو خروجی اندازه گیری می شود، جریان عیب توالی مثبت کلی واقعی را میتوان توسط اضافه سازی جریان های عیب توالی مثبت در هر دو خروجی بدست آورد. بعلاوه، تغییر مشاهده شده در ولتاژ توالی مثبت در باس ۱ نیز از سنجش ها شناخته می شود. این مقدار در این مقاله بصورت نوشته می شود.
برای خط بدون عیب با استفاده از ناگذرایی های منبع محاسبه میشود همانطور که در بخش ۲ توضیح داده شده است و با استفاده از مدل PI برای نشان دادن خط انتقال کلی محاسبه می گردد. پس الگوریتم موقعیت عیب با تغییر آغاز می گردد تا باس جدیدی را در فاصله کم از ۱ ایجاد کند. اینکار با استفاده از الگوریتم ساخت برای حذف خط ۲-۱ ، حذف گذرایی شنت توالی مثبت خط اصلی بدون عیب، و سپس اضافه سازی شاخه ای با طول به باس ۱، و سپس اضافه سازی ارتباطی بین باس جدید و باس ۲ و بعد اضافه سازی گذرایی شنت توالی مثبت به خط دارای عیب انجام می شود. گذرایی شنت توالی مثبت در شکل ۲(a) بصورت نشان داده میشود و میتوان آنرا با استفاده از پارامترها و مقدار فرض شده محاسبه کرد. جریان عیب توالی مثبت واقعی فرض می شود که در باس جدید وارد شود و تغییر در ولتاژ توالی مثبت در خروجی ۱ وارد شود، و با استفاده از معادله ۶ محاسبه می گردد. این روند با انتخاب باس جدید دورتر از باس ۱ ادامه داده می شود.

پروفایل در شکل ۳ نشان داده شده است. F فرض می شود که نقطه عیب واقعی باشد. اینکار آسان است که ببینیم که مقدار در نقطه F از لحاظ تئوری برابر با می باشد. مقدار محاسبه شده برای همه نقاط قبل از F بخاطر توپولوژی شبکه ۵ و ۶ بزرگتر از خواهد بود. به همان دلیل، مقدار محاسبه شده برای همه نقاط پس از F کمتر از خواهد بود. الگوریتم بر مبنای این روش در شکل ۴ نشان داده شده است.
مقدار به اندازه ۰٫۰۱ درصد طول خط انتخاب می گردد. این مقدار را با توجه به دقت مطلوب موقعیت عیب می توان به اندازه بزرگتر یا کوچکتر انتخاب کرد. زمان پردازش این مقدار برای مطالعات گزارش شده در بخش ۴ به اندازه قابل قبول گزارش شده است.
۴- نتایج شبیه سازی

این الگوریتم بر روی خط انتقال ۱۳۸ کیلوولتی طول ۸۰ kM شبیه سازی شده بر روی EMPT تست شد. داده های خط در قسمت ضمیمه آمده است. همه انواع اصلی عیب ها در سه موقعیت مختلف بر روی خط ایجاد شدند. عیب های نیازمند اتصال به زمین برای مقادیر مقاومت عیب متغیر از تا بررسی شدند . این مسئله در مورد اغلب عیب های مقاومت بالا صادق است. عیب هایی که نیازمند اتصال به زمین نیستند برای مقادیر مقاومت تا بررسی شدند. این مقادیر خیلی بالاتر از مقادیر مقاومت ذکر شده در منبع ۱۴ هستند. داده های جمع آوری شده توسط EMTP به برنامه MATLABانتقال داده شدند. یک برنامه نوشته شده در MATLAB ولتاژ عیب و پیش-عیب و فازورهای جریان را از این داده ها استخراج میکند. این برنامه سپس ناگذرایی منبع را با استفاده از معادله ۴ محاسبه میکند و را ایجاد میکند. الگوریتم نشان داده شده در شکل ۴ در این برنامه اجرا می شود. خطای درصدی بصورت زیر محاسبه می گردد:

نتایج در جدول ۱ نشان داده شده اند. میتوان مشاهده کرد که برای موارد بررسی شده، خطا در موقعیت عیب کمتر از ۱ درصد است. یک مطالعه دیگر بر روی همان خط و بدون توان پرکردن خط انجام شد. نتایج نشان داده شده در جدول ۱ نشان میدهند که موقعیت عیب برای این مورد خیلی دقیق است. این بعلت این حقیقت است که بعضی از خطاها در محاسبه جریان خطای کلی بعلت توان پرکردن خط معرفی می گردد. همانطور که در بخش ۳ نیز بیان شد، جریان عیب توالی مثبت کلی توسط اضافه سازی جریان های عیب توالی مثبت در هر دو خروجی بدست می آید. البته این جریان ها شامل جریان های پرکردن خط توالی مثبت نیز هستند. بنابراین نتایج برای خط انتقال شبیه سازی شده بدون توان، دقیق تر می باشد.
برای اندازه گیری تأثیر توان پرکردن خط با دقت بیشتر، یک خط بلند به طول ۳۰۰ kM بر روی EMTP شبیه سازی شد و به همان شیوه توصیف شده در بالا بررسی شد. داده های خط در ضمیمه آمده است. نتایج شامل شده در جدول ۱ نشان میدهد که خطا تا حد زیادی افزایش پیدا کرده است. در حقیقت این الگوریتم موفق نمی شود که محل عیب را برای بعضی از موارد تعیین کنید که با NA در جدول مشخص شده اند. برای بهتر سازی این نتایج، جریان عیب توالی مثبت کلی با استفاده از معادله ۷ تغییر داده شد:

در معادله ۷، بترتیب ولتاژ های توالی مثبت پس از عیب در خروجی های ۱ و ۲ هستند و گذرایی شنت توالی مثبت کلی خط است. مقدار جریان عیب توالی مثبت تغییر داده شده برای استفاده در الگوریتم است. مسلماً معادله ۷ فرض میکند که خط بدون عیب توسط بخش PI نشان داده می شود و جریان پرکردن در هر دو انتهای خط محاسبه می گردد و از جریان کلی ترسیم شده از هر دو خروجی برای بدست آوردن جریان عیب تغییر یافته کم می شود. همانطور که در جدول ۱ نیز نشان داده شده است، اینکار خطا را به سطح قابل قبولی می رساند. البته خط دارای عیب در EMTP توسط دو بخش PI بر هر دو طرف عیب نشان داده میشود که در شکل ۲ نشان داده شده است.
برای موقعیت های مختلف عیب، مقدار متفاوت خواهد بود. چون معادله ۷ گذرایی شنت یکسانی را در هر دو خروجی برای همه موقعیت های عیب بررسی میکند، این روش کاملاً خالی از خطا نیست. بنابراین نتایج، نمی توانند با دقت بدست آمده توسط نادیده گرفتن توان در شبیه سازی خط مطابقت داشته باشند.

۵- نتیجه گیری
این مقاله روش جدیدی را برای تعیین موقعیت عیب در یک خط انتقال دو-خروجی منفرد توصیف میکند. با اینکه این روش از ناگذرایی های منبع در خروجی های خط استفاده میکند، با اینحال بستگی به داده ها برای مقادیر آنها نخواهد بود. این روش ناگذرایی منبع را در زمان یک خطا از ولتاژ عیب و پیش-عیب ثبت شده در ثبت کننده عیب دیجیتال محاسبه میکند. همه روشهای موقعیت یابی عیب که به ناگذرایی منبع وابسته هستند میتوانند از این راهکار استفاده کنند. با استفاده از این مقادیر محاسبه شده، روشی بر مبنای خصوصیات ماتریس ناگذرایی باس پیشنهاد می گردد و نتایج تست از اعمال روش بر روی داده های بدست آمده از شبیه سازی EMTP یک خط انتقال بلند و یک خط انتقال متوسط گزارش می گردند. نتایج گزارش شده نشان میدهند که هر دو مؤلفه روش، با نامهای برآورد ناگذرایی منبع و تعیین موقعیت عیب، نتایج مطلوبی را حاصل دادند. با اینکه این روش نتایج نسبتاً دقیقی را برای خطوط انتقال بلند ارائه میدهد، با اینحال دقت آن برای خطوط انتقال متوسط و کوتاه تا حد زیادی بهتر است. مؤلف در این فرآیند این روش را دوباره تعریف میکند تا کارایی بهتری برای خطوط انتقال بلند بدست آورد.