اجزای متقارن یکی از قوی ترین ابزارهای تحلیلی در مهندسی برق باقی مانده است، مهندسان را قادر می سازد تا پیچیدگی های سیستم های سه فاز را که در ابتدا توسط Charles LeGeyt Fortescue در سال 1918 معرفی شد، جدا کنند و هرگونه تنظیم نامتعادل از ولتاژ سه فاز یا جریان های فعلی را به سه مجموعه متعادل تبدیل کنند: ترکیبات مثبت، منفی، تجزیه و تحلیل قدرت کلاسیک، و تحلیل کیفیت آن، تجزیه و تحلیل قدرت های توزیع شده است.

اصول اساسی اجزای متقارن

یک سیستم سه فاز به طور ذاتی متعادل است زمانی که تمام فازها دارای ابعاد مساوی هستند و دقیقاً 120 درجه جدا از زاویه فاز هستند.هنگامی که عدم تعادل اتفاق می افتد - به دلیل خطاهای، بارهای ناهموار یا تجهیزات زمینی نامتقارن - سیستم می تواند با استفاده از سه شبکه مستقل آن نشان دهد. جزء مثبت آن چرخش در همان جهت به عنوان سیستم اصلی (A-B-Cence) و تعادل قدرت اصلی را نشان می دهد.

از نظر ریاضی، تحول از عملگر (FLT:0) = 1 ⁇ 120 درجه استفاده می کند.این سه جزء توالی از پیشگامان اصلی با استفاده از یک معادله ساده مشتق شده اند. این شبکه های مستقل سپس به روش های خاصی برای مدل سازی انواع مختلف خطا متصل می شوند. درک این پایه برای استفاده از اجزای متقارن به مشکلات شبکه های واقعی ضروری است.

برنامه های کاربردی در شبکه های برق مدرن

تحلیل خطا و حفاظت

گسترده ترین کاربرد اجزای متقارن در تجزیه و تحلیل خطا است.سیستم های انتقال و توزیع به انواع مختلف خطا - تک خط به پیش زمینه (SLG)، خط به خط (LL)، دو خط به پیش زمینه (DLG)، و سه خطا فاز، هر نوع یک از خطا ایجاد یک ترکیب منحصر به فرد از شبکه های متصل در سری یا موازی با ساخت توالی برای هر یک از مهندسان جریان قدرت فعلی، و خطا جریان قدرت جریان، و خطا.

رله های حفاظت از اجزای توالی برای تشخیص و طبقه بندی خطا استفاده می کنند.به عنوان مثال، منفی بودن بیش از حد رله های جاری بسیار حساس به خطاهای بی تعادل هستند و کمتر تحت تاثیر عناصر بار فعلی هستند. Zero-sequence که تشخیص گسل های زمینی در خطوط انتقال را دارند. رله های عددی مدرن مقادیر را در زمان واقعی محاسبه می کنند، و یک طرح های حفاظت سازگار را قادر می سازد که قابلیت استفاده را به طور مستقیم و جلوگیری از خرابی های شبکه را حفظ می کنند.

تعادل و مقررات ولتاژ

بارهای تعادلی در سیستم های توزیع رایج هستند، به ویژه که بارهای تک فاز در مراحل توزیع نابرابر هستند. اجزای متقارن اجازه می دهد مهندسان درجه عدم تعادل را از طریق ولتاژ منفی یا نسبت فعلی تنظیم کنند.

عدم تعادل ولتاژ می تواند باعث بیش از حد در موتور، کاهش زندگی ترانسفورماتور و افزایش تلفات سیستم شود.با نظارت بر اجزای منفی صرفه جویی، خدمات می تواند به سرعت فیدر های مشکل ساز را شناسایی و اصلاح های هدفمند را پیاده سازی کند.در سیستم های اتوماسیون توزیع، اجزای متقارن تغذیه به الگوریتم های جریان قدرت بهینه که تعادل را به طور پویا، بهبود بهره وری و تجهیزات طول عمر.

کیفیت قدرت و تجزیه و تحلیل هماهنگ

اجزای متقارن نقش کلیدی در نظارت بر کیفیت قدرت ایفا می کنند، بسیاری از اختلالات کیفیت قدرت - مانند sags ولتاژ، ورم، هارمونیک، و flicker - توالی های مختلف اثر انگشت دارند، به عنوان مثال، آسیب پذیری منفی (به عنوان مثال، 5th، 11th) اغلب از بارهای غیر خطی بوجود می آید و می تواند از بار اضافی اساسی صفر (به عنوان مثال آسیب رساندن به سه برابر) جدا شود.

با استفاده از تجزیه توالی، مهندسان می توانند منبع تحریف هارمونیک و فیلترهای طراحی را بر اساس آن مشخص کنند. ابزارهای کیفیت مدرن قدرت به طور معمول تجزیه و تحلیل اجزای متقارن را برای پاسخگویی به استانداردهایی مانند IEEE 519 انجام می دهند.این قابلیت به ویژه برای مشتریان صنعتی حساس و برای اطمینان از انطباق با کدهای شبکه مهم است.

پشتیبانی از رله

هماهنگ کردن دستگاه های محافظ در سراسر یک شبکه نیازمند کمک های فعلی دقیق از تمام منابع است. اجزای متقارن مهندسان را قادر می سازد تا توالی های ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال و بارهای مختلف را مدل سازی کنند.

حفاظت مبتنی بر منطقه، مانند رله فاصله، همچنین از اجزای متقارن بهره می برد. رله های فاصله از قابلیت مثبت برای تعیین مکان خطا استفاده می کنند، اما مقادیر منفی می تواند عملکرد را در طول خطوط بدون انتقال یا خطوط بدون مجوز یا تنظیمات مبتنی بر سری بهبود بخشد.

ادغام انرژی های تجدید پذیر

ادغام سریع منابع مبتنی بر اینورتر (IBRs) مانند مزارع خورشیدی و بادی چالش های جدیدی را برای برنامه های اجزای متقارن معرفی می کند. IBRs به خطاهای مختلف از ژنراتورهای ناهمزمان پاسخ می دهد - آنها قابلیت فعلی گسل محدود دارند و می توانند جریان های منفی را با توجه به استراتژی کنترل خود تزریق کنند.

اجزای متقارن برای طراحی و آزمایش این قابلیت های سواری استفاده می شود.در طول خطاهای تعادلی، تزریق فعلی منفی از اینورترها می تواند برای تثبیت شبکه کنترل شود.شبکه های توالی همچنین به مدل سازی تعامل بین چندین IBR و سیستم موجود کمک می کند.

ثبات سیستم و مطالعات پویا

تجزیه و تحلیل ثبات گذرا و کوچک اغلب به اجزای متقارن برای مدل سازی شرایط تعادلی تکیه می کنند، به عنوان مثال، در طی یک خطای خط به پیش زمینه، معادله نوسان مثبت هنوز بر پویایی کلی ماشین حاکم است، اما گشتاور منفی و صفر می تواند بر کاهش سرعت. مدل های مبتنی بر Sequence تاثیر بگذارد. مهندسان اجازه می دهند تا اثرات متعادل کننده بر ثبات زاویه و ثبات روتور را شبیه سازی کنند.

در شبیه سازی های شبکه بزرگ، اجزای متقارن پیچیدگی محاسباتی را با تجزیه سیستم به سه شبکه مستقل کاهش می دهند، این ماژولار در بسیاری از بسته های نرم افزار ثبات ترانس بهره برداری می شود، علاوه بر این، واحدهای اندازه گیری phasor (PMU) در زیر ایستگاه ها داده های توالی واقعی را ارائه می دهند، که سیستم های نظارت و کنترل گسترده ای را برای تشخیص بی ثباتی در پیش بینی فراهم می کند.

مزایای و محدودیت های اجزای متقارن

اجزای متقارن یک چارچوب روشن و دقیق ریاضی برای تجزیه و تحلیل سیستم های تعادلی ارائه می دهند، آنها مشکلات چند بعدی را به سه مدار ساده تر کاهش می دهند، محاسبات دستی و پیاده سازی های کامپیوتری کارآمد است.این روش به طور جهانی توسط مهندسان برق درک می شود و در استانداردهای صنعت، ابزارهای شبیه سازی و الگوریتم های رله محافظت می شود.

با این حال، رویکرد کلاسیک عناصر خطی، زمان و شرایط ثابت و سینوسی را فرض می کند.این به طور مستقیم به پدیده های گذرا یا رفتار غیر خطی مانند تبدیل کننده درrush، تخمیر کننده، یا خطاهای قوسی نیاز نیست.

مسیر های آینده

به عنوان شبکه های برق با میکروشبکه ها، وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم های انتقال انعطاف پذیر (FACTS)، برنامه های اجزای متقارن همچنان گسترش می یابد. رله های سازگار که از اندازه گیری های توالی زمان واقعی استفاده می کنند، شبکه های یادگیری ماشین را که در داده های توالی آموزش دیده اند، قادر می سازد تا انواع و مکان های خطا را با دقت بالا پیش بینی کنند.

تحقیقات در مورد برآورد و کنترل دولت مبتنی بر توالی سیستم های کم درونشیا در حال حاضر در آینده نزدیک در حال انجام است، هر منبع متصل به اینورتر ممکن است به طور فعال جریان های منفی را برای حمایت از تعادل شبکه تزریق کند.

برای مطالعه بیشتر، مقاله اصلی توسط Charles L. Fortescue (1918) از طریق IEEE Xplore Library] کتابخانه دیجیتال در دسترس است [و دستورالعمل های حفاظت عملی و هماهنگی در NRC] اسناد [FLT3] بر سیستم قدرت تکیه می کنند. آموزش جامع در شبکه های توالی می تواند در یکپارچه سازی شبکه های مدرن (FEL در نهایت مشاهده می کند: