Phasors ابزار بنیادی در تجزیه و تحلیل و حفاظت از سیستم های برق الکتریکی هستند.آنها یک راه ساده اما قدرتمند برای نشان دادن فرم های موج متناوب پیچیده (AC) به عنوان بردار در یک هواپیمای دو بعدی، ضبط هر دو اندازه و زاویه فاز، این نمایندگی برای درک رفتار سیستم های قدرت در طول عملیات عادی، حوادث گذرا، و شرایط خطا ضروری است.

بنیاد ریاضی Phasors

یک phasor یک عدد پیچیده است که نشان دهنده دامنه و زاویه فاز سولفات است. [t] یک بردار پیچیده است که نشان دهنده یک زاویه ای است (FLT 1، سیستم های پارامتری مربوطه به عنوان یک فاز متعادل باقی می مانند (FLT:2V = V m ⁇ [FLT3، که به طور معمول اندازه ثابت است، و فرکانس زاویه ای در فاز ⁇ ، به اشتراک می گذارد.

Phasor Arithmetic و Power Calculations

Phasors می توانند اضافه، جمع آوری، ضرب و تقسیم با استفاده از محاسبات استاندارد پیچیده (P)، قدرت واقعی (Q)، و قدرت آشکار (S) از ولتاژ و زیرمجموعه های انتخابی فعلی مشتق شده اند: S = I * (جایی که من * قدرت پیچیده از phasor فعلی است) این رابطه ستون فقرات تجزیه و تحلیل قدرت و انتقال است، برای تعیین زاویه فعلی و خطا در حال حاضر استفاده از فاز فعلی.

Phasors در دامنه فرکانس

با تبدیل سیگنال های زمان- دامنه به مختصات، مهندسان در دامنه فرکانس کار می کنند، جایی که خازن و ناتوانی های استنتاجی صرفاً به اعداد خیالی تبدیل می شوند، این تحول به عنوان (FLT:0phasor تبدیل می شود [FLT 1] شناخته می شود و مورد خاصی از تبدیل La Place برای حالت ثابت سینوس است.

نقش Phasors در سیستم حفاظت از سیستم قدرت

طرح های حفاظت بر شناسایی شرایط غیر طبیعی مانند مدارهای کوتاه، خرابی تجهیزات یا بی ثباتی تکیه می کنند. Phasors اطلاعات زمان واقعی در مورد ولتاژ و حالت های فعلی را ارائه می دهند که دستگاه های محافظ را قادر می سازد تا بین شرایط طبیعی و خطا تبعیض قائل شوند، هنگامی که یک خطا رخ می دهد، اندازه گیری های phasor نشان دهنده تغییرات در اندازه و زاویه فاز - به طور معمول یک افت شدید در ولتاژ و افزایش در اندازه فعلی، اغلب همراه با تغییر الگوریتم های محافظت از تغییر.

واحدهای اندازه گیری Phasor (PMUs)

واحد های اندازه گیری Phasor (PMU) دستگاه هایی هستند که ولتاژ و مختصات فعلی را با دقت بالا اندازه گیری می کنند و این اندازه گیری ها را در سراسر شبکه با استفاده از سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) تمبر زمان معمولی PMU می تواند اندازه گیری های خروجی را در نرخ 30، 60 یا 120 نمونه در ثانیه - بسیار سریع تر از سیستم های نظارت دقیق نظارت بر سرعت بالا (SCADA) ارائه می دهد.

Synchronization و Time تمبر

سیگنال های زمان GPS PMU را قادر می سازد تا اندازه گیری های مختلف را در یک میکرو ثانیه هماهنگ کند، این هماهنگ سازی بسیار مهم است زیرا یک خطای فاز تنها یک درجه در 60 هرتز با خطای زمانی حدود 46 میکرو ثانیه مطابقت دارد. بدون هماهنگی زمان دقیق، تفاوت زاویه فاز مورد استفاده در حفاظت از فاصله، حفاظت و برنامه های همگام سازی بی معنی خواهد بود.

طرح های حفاظت با استفاده از Phasors

چندین طرح حفاظت کلاسیک شامل اندازه گیری های دقیق به طور مستقیم یا غیرمستقیم است.

حفاظت از محافظت های مختلف

حفاظت های مختلف، مقایسه کننده های فعلی وارد و خروج از منطقه محافظت شده - به طور معمول یک ترانسفورماتور، ژنراتور یا نوار اتوبوس در شرایط عادی، مجموع دقیق از جریان های موجود در منطقه صفر است (نابرابری ضررهای فعلی) یک خطا در داخل منطقه باعث عدم تطابق می شود، که رله ها الگوریتم های پیچیده عددی مدرن را شناسایی می کنند که برای تغییر در اصل فعلی ریشه دارد و پنهان باقی می ماند.

حفاظت از فاصله

رله های فاصله برآورد می کنند که عدم تعادل با مقایسه ولتاژ و بقایای فعلی اندازه گیری شده در محل رله.The unedance Z = V / من با یک تنظیمات دسترسی از پیش تعیین شده مقایسه می شود اگر عدم تعادل در منطقه حفاظت شده سقوط کند، رله شروع به سفر، به دقت نشان دهنده اجزای فرکانس اساسی است، که ضروری است، زیرا خطای ترانسفرودنی و انحرافات DC ساده تر است (مانند فیلترهای غیر عددی).

حفاظت مبتنی بر Synchrophasor

حفاظت از Synchrophasor از تفاوت های زاویه فاز بین مکان های متعدد PMU برای تشخیص جزیره، از دست دادن همگام سازی، یا شرایط خارج از مرحله استفاده می کند، به عنوان مثال، یک ژنراتور متصل به شبکه باید ولتاژ خود را به شدت و فاز با ولتاژ اتوبوس مطابقت داشته باشد. Synchrophasor-based تنظیمات حفاظت سازگار را نیز فعال می کند: تنظیمات حفاظت سازگار با زمان واقعی در طول سیستم اندازه گیری شده، در طول فاز ثبات سیستم، در حال بهبود است.

سیستم های حفاظت گسترده – Area Protection Systems

سیستم های حفاظت گسترده (WAPS) داده های جمع آوری شده از ده ها یا صدها PMU برای تشخیص بی ثباتی منطقه ای، مانند فروپاشی ولتاژ یا نوسان قدرت را تشکیل می دهند. الگوریتم های مبتنی بر Phas می توانند نوسانات رو به رشد (به عنوان مثال، 0.2-2 هرتز) را شناسایی کنند که پیش از خاموشی در سال 2003، خاموشی شمال شرقی نشان دهنده نیاز به دید گسترده است؛ در حال حاضر شبکه های تصویری روشن مانند عملیات های تصویری یا سیستم های سرعت مانند سیستم های اصلاح کننده ای از سیستم های سیستم های تصویری مانند حذف.

مزایای استفاده از Phasors در حفاظت

ادغام اندازه گیری phasor در سیستم های حفاظت مزایای مشخصی را در روش های سنتی ارائه می دهد:

  • محلی سازی خطا را تحمل کنید: فاصله رله با استفاده از ردیاب فیلتر شده مکان های خطا را دقیق تر، کاهش زمان گشت و گذار و مدت قطع قطع.
  • طرح های مبتنی بر PMU می توانند در کمتر از 100 میلی ثانیه به اختلالات پاسخ دهند و برای ثبات ترانس حیاتی هستند.
  • انتخاب بهتر: مقایسه Phasor تبعیض دقیق بین خطاهای داخلی و خارجی را قادر می سازد، به حداقل رساندن سفر غیر ضروری.
  • آگاهی سیستم زمان واقعی: داده های گسترده و پراکنده نقطه استرس و بی ثباتی در حال ظهور را نشان می دهد که رله های محلی نمی توانند ببینند.
  • حفاظت سازگار: تنظیمات حفاظت می تواند به صورت پویا بر اساس توپولوژی سیستم و اندازه گیری های phasor، افزایش قابلیت اطمینان به روز رسانی شود.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم مزایای آن، طرح های حفاظت مبتنی بر نظارت با چالش های مختلفی مواجه هستند.

کیفیت داده ها و Latency

PMUها مقادیر زیادی از داده ها را تولید می کنند که باید انتقال داده شوند، زمان-مشروط و پردازش شده با تأخیر کم. تأخیر ارتباطات یا از دست دادن داده ها می تواند عملکرد حفاظت از جمله IEEE C3718 تعریف فرمت و زمان بندی مورد نیاز، اما پیاده سازی های عملی باید با از دست دادن بسته و jitter مقابله کنند.در برنامه های ماموریت بحرانی، مسیرهای ارتباطی اضافی و الگوریتم های پشتیبان گیری محلی استفاده می شود.

ارزیابی Phasor در شرایط گذرا

در طول خطا، ولتاژ و شکل موج فعلی شامل تخریب DC افست، هارمونیک ها و interharmonics. استاندارد الگوریتم های برآورد phasor (به عنوان مثال، DFT) فرض یک سینوس خالص و می تواند نادرست در طول ترانسفرود. الگوریتم های پیشرفته مانند تبدیل تیلور-چهارier یا فیلترهای Kalman برای ردیابی پویا استفاده می شود، اما پیچیدگی محاسباتی افزایش می یابد.

امنیت سایبری

شبکه های PMU سیستم های فیزیکی سایبری در برابر حملات آسیب پذیر هستند. اندازه گیری های Spoofed می تواند باعث سوء استفاده از طرح های حفاظت از رمزگذاری، تأیید اعتبار و پروتکل های ارتباطی امن ضروری باشد. استانداردهای حفاظت از زیرساخت های بحرانی NERC (CIP) برخی از این نگرانی ها را حل می کند، اما چشم انداز تهدید همچنان به تکامل می رود.

روند آینده در حفاظت مبتنی بر Phasor

نقش نگهبانان در حفاظت در حال گسترش با پیشرفت در تکنولوژی است.

  • ]PMU-Integrated الکترونیک دستگاه های هوشمند (IEDs): رله های حفاظتی در حال حاضر اغلب شامل قابلیت های PMU داخلی بدون هزینه اضافی، تسهیل استقرار گسترده تر است.
  • ] یادگیری ماشین برای تجزیه و تحلیل Phasor: شبکه های عصبی آموزش دیده در مجموعه داده های بزرگ ضبط PMU می توانند خطاهای انضباطی یا نوسانات ظریف قبل از رله های معمولی را تشخیص دهند.
  • هماهنگ کننده های داده (PDCs): PDC های مرکزی یا توزیع شده تراز و مجموع جریان های PMU، ارائه یک دید در سراسر سیستم برای کنترل زمان واقعی و تجزیه و تحلیل پس از وقفه.
  • دوقلوها و شبیه سازی دیجیتال اندازه گیری های Phasor برای کالیبره کردن و اعتبار مدل های دوقلو دیجیتال شبکه برق، امکان حفاظت پیش بینی و تجزیه و تحلیل چه چیزی استفاده می شود.

نتیجه گیری

Phasors همچنان یک سنگ بنای حفاظت از سیستم برق الکتریکی است.از راحتی ساده آلژبریک که آنها در تجزیه و تحلیل ثابت دولت به هوشیاری نزدیک به زمان واقعی ارائه شده توسط شبکه های PMU ارائه می دهند، پزشکان رله های محافظ را قادر می سازند تا به درستی و به سرعت تشخیص دهند.به عنوان شبکه با منابع انرژی تجدید پذیر، نسل توزیع شده و افزایش رابط های الکترونیکی، نیاز به زیرساخت های امنیتی قوی، تنها در سیستم های حفاظت از سیستم های پیشرفته، و مطمئن سازی بالا، به توسعه می رسد.