Phasors and their Role in Electric Power System Frequency Regulation

מערכות חשמל מסתמכות על שינוי הזרם (AC) לשדר ולחלק אנרגיה. במערכות AC, מתחים וזרמים שונים סינוסאידים לאורך זמן, מה שהופך ניתוח זמני ישיר cumbersome עבור רשתות גדולות.מהנדסים משתמשים ב-FLT:0phasssssph1 - כלי מתמטי שמפשט את כמויות הסינוסאידים הללו למספרים מורכבים - לנתח ביעילות מערכות כוח זה, לבחון את תפקידם הקריטי של מינוף של מנגנונים קריטיים של למערכות מדידה.

הבנה Phasors

phasor הוא מספר מורכב כי מקודמת הן את גודל והן זווית שלב של גלנוסי הסינוסאידים בתדר קבוע. על ידי הפיכת הסינוסאידים של הזמן לתוך מתחם התדר, מהנדסים יכולים להחליף משוואות שונות עם פעולות אלגבריות, להפחית באופן דרסטי מורכבות חישובית.

מוסד מתמטי

ניתן לבטא כל כמות סינוסאידית כ:

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא י"א): "וַיְהַּהְיִדָּבְתָּבְתָּבְתָּבָה הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

(ב) ויקרא י"ד): "וְאֶבְהִיא הוּא הוּא הוּא הוּא" (בראשית כ"ד)

(ב) ויקרא י"ד): "וְאֶתְמֶאֱמֶת הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

פאסטור אריתמטי

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]

Phasors in Power System Analysis

Phasors הם הכרחיים לניתוח יציב של מערכות חשמל.

Steady-State Power Flow

במחקרי זרימת העומס, כל אוטובוס מוקצה phasor מתח (magnitude וזווית) זריקות כוח וזרימה מחושבים באמצעות מערכות יחסיםphasor.המשוואות הזרמת הכוח וכתוצאה מכך יוצרות את הבסיס לתכנון והחלטות תפעוליות. כלי תוכנה כמו PSS / E ו- Powerworld להסתמך על ייצוגיםphasor כדי לדמות אלפי אוטובוסים וענפים.

ניתוח יכולת

במהלך תקלות או שינוי אירועים, התגובה הדינמית של המערכת כוללת תנודות אלקטרו-מכאניות. phasor מודלים כי חשבון עבור דינמיקה של גנרטור רוטטור לעזור לחזות אם המערכת נשארת מסונכרנת.הקריטריון שווה-area, למשל, משתמש דיאגרמות phasor כדי להעריך שולי יציבות תחת הפרעות.

תקנות תדירות במערכות חשמל

יציבות תדירות היא אבן הפינה של פעולת מערכת חשמל אמינה.ברשת מקושרת, תדירות המערכת (50 או 60 הרץ) משקפת את האיזון בזמן אמת בין דור ועומס.כל חוסר איזון גורם לסטיות תדירות: דור עודף מעלה תדירות, בעוד עומס עודף מוריד אותו.

צורך בשליטה זמנית

סטיית תדרים סוסטנטית יכולה להזיק בציוד, לגרום לממסרי מגן, ומובילה לתקני גילוח. Regulatory דורשים כי תדירות יישמר בתוך להקה צרה (למשל, ±0.05 Hz עבור רשתות רבות). בקרת תדירות מחולקת לשלוש שכבות: תגובה ראשית, משנית וטריבית.

(ב) [ה]]: [ה][דרוש מקור]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]] [ה]]]][ה]]]]][ה]]]]][ה[[המאה ה-1], ו[[המאה ה-20]], היא בעלת יכולת שליטה אוטומטית (הדור ה-[[הדור]], ו[[הדור]], ו[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]],]], ו[[המאה ה-20]],]],]], [[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]],]],]], [[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]],]],]],]],]]

יחידות מדידה (PMUs)

בקרה מסורתית ורכישת נתונים (SCADA) מזהמים נתונים כל 2-4 שניות, לא מספיקים ללכידת טראנסים מהירים. Phasor Measurement Units (PMUs) מספקים מדידות synchronized, מהירות גבוהה של מתח וphasors נוכחיים בשיעורים עד 60 דגימות לשנייה (עבור 60 הרץ מערכות).

איך PMUs עובד

מדידת זמן של PMU באמצעות אותות GPS, הבטחת סינכרוניזציה על פני אזורים גיאוגרפיים רחבים.היחידה קובעת את הphasor חיובי-sequence באמצעות אלגוריתמים של ארבעה יותר (DFT) כל מדידה כוללת גודל, שלב, זווית, תדירות, וקצב של שינוי תדירות (ROF).

טכנולוגיה Synchrophasor

המונח (FLT:0 synchrophasorFLT:1 ), מתייחס phasor נמדד עם התייחסות בזמן משותף. IEEE C37.118 מגדיר את דרישות פורמט ודיוק עבור נתונים מסנכרונכרנים. Utilities לפרוס PMUs ב substations מפתח וצמחים כדי ליצור מערכת ניטור רחב (WAMS).

יישום Phasors ב Frequencyתקנה

Phasors משפרים את הרגולציה של תדירות על ידי מתן נתונים בזמן אמת, ברזולוציה גבוהה המאפשר פעולות בקרה מהירות יותר ומיודעות יותר.

מעקב בזמן אמת

מפעילי מערכת PMUs מדווחים על תדירות ו-ROCOF עם דיוק גבוה. מפעילי מערכת יכולים לצפות בטיולים תדירות כפי שהם מתרחשים, להבחין בין שינויים עומס שגרתי והפרעות חמורות. זיהוי מוקדם מאפשר פריסה מהירה יותר של עתודות או לשפוך אם יש צורך.

מערכות ניטור רחבות-שטח (WAMS)

WAMS לאסוף נתונים מעשרות עד מאות PMUs, נותן למפעילים תצוגה גלובלית של זוויות שלב ותדירות ⁇ s. עלייה פתאומית בהבדל שלב בזווית מעבר למסדרון עשוי להצביע על חוסר יציבות. WAMS גם עוזר לאמת מודלים המשמשים במחקרים תכנון.

שיפור בקרת הדור האוטומטי

האמנה AGC משתמשת במדידות SCADA איטיות יותר ושגיאה בקרת אזור (ACE) מחושבת משינוי רשת וטיה תדירות הטיה. עם נתוני PMU, AGC יכול לשלב מידע שלב בזמן אמת שלב זהה, המוביל הקצאה מדויקת יותר של הדור. כמה תוכניות מתקדמות להשתמש אותות אסטיית תדר מבוסס phasor כדי לחסן oscillations מהיר יותר.

לדוגמה, לולאה של שליטה מבוססת תוספת (FLT:0phasor-based Supplementary control Loop) 1 יכול לשנות את פלט כוח הגנרטור בתגובה להבדלים בזווית של רוטטור.טכניקה זו, המכונה FLT:2wide-area moisting controlFLT 3: 3, הוכח בהצלחה במספר רשתות, כולל חיבורי המערב בצפון אמריקה.

ניתוח פוסט-אפילו

לאחר הפרעה, נתוני PMU ארכיונים מאפשרים למהנדסים לשחזר אירועים בפירוט.הקלטות phasor יכול להצביע על תחילת סטיות תדירות, רצף של נסיעות קו, ותגובה גנרטור.ניתוח זה מסייע לשפר הגדרות בקרה והליכים תפעוליים.

יתרונות ואתגרים של תקנות תדירות מבוססת Phasor

יתרונות מרכזיים

  • (ב) ,0) ,המודעות המצבית מוכחת: FIRLT:1 , מפעילי רואה דינמיקה של תדר וזווית שלב על פני כל הקשר.
  • (FLT:0)Faster Detection: 1) נתוני PMU ב 30-60 דגימות לשנייה מאפשרים זיהוי תת-שני של זוועות תדירות.
  • (ב) ,0) תיאום טוב יותר: ⁇ FLT:1רחב-area שולטת באמצעות phasors יכול לחסן oscillations המשתרע על פני אזורי בקרה מרובים.
  • (ב) תקפים מודל:0) כפל מודל: כפל 1 (Phasor מדידות) מספקים אמת קרקעית למודלים דינמיים המשמשים במחקרים על יציבות.
  • (FLT:0) support for מתמזגים: FLT:1 Wind and Sun Farm יכולים להשתמש אותות PMU כדי לחקות אינרציה ולהשתתף בתקנה תדר.

אתגרים טכניים

  • (FLT:0) ניכויי מידע: 1FLT עיכובים בתקשורת בין PMUs למרכזי בקרה יכולים להפיג את יעילות השליטה ב-Open-loop אם לא לפצות כראוי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : 1FLT:1 רשתות Synchrophasor הן מטרות פוטנציאליות; הצפנה ואימות חייבים להיות חזקים.
  • (ב) כרך:0) ,5 ,5 ,1 , 000 גבוה של PMU דורש אחסון משמעותי תשתיות עיבוד.
  • (FLT:0)Standardization: 1FLT:1 Interoperability בין PMUs מ ספקים שונים עדיין דורש עמידה קפדנית עם IEEE C37.118 ו- IEC 61850.

כיוונים עתידיים

ככל שמערכות הכוח מתפתחות עם חדירה גבוהה יותר של משאבים מבוססי מופנים ודור מבוזר, טכנולוגיית phasor תהפוך אפילו יותר מרכזית לתקנות תדירות.

  • (FLT:0)Distributed PMUs: ⁇ 1) נמוך ראשים שהותקנו בהזנת הפצה לספק חשיפה ברמת קצה.
  • (FLT:0) Machine Learning:FLT:1 אלגוריתמי AI שהוכשרו על נתוני סנכרון-נפרד יכולים לחזות אירועי תדרים מיותרים ולהמליץ על פעולות מונעות.
  • (FLT:0) בקרת אינרציה וירטואלית:FreaLT:1 למערכות אחסון אנרגיה סוללה ומכשירי רשת משתמשים במדידות phasor מקומיות כדי לחקות אינרציה מכונה סינכרונית, עוזר לייצב תדירות ברשת נמוכה אינרטיה.
  • (FLT:0) Multi-time-scale תיאום:03FLT:1) שילוב שליטה מהירה המבוססת על PMU עם לולאות AGC איטיות להקצאת משאבים אופטימלית.

מסקנה

(ה) ,הפיח את הניתוח והשליטה של מערכות כוח AC ממורכבות של זמן ל-Algebra המורכבת לניהול יישומים (היישומים שלהם בתדירות הרגולציה, אשר מופעלים על ידי מדידות מהירות גבוהה של PMU ו ניטור רחב-שטחי, מספק את הדיוק הדרוש כדי לשמור על רשתות מודרניות יציבות, בעוד אתגרים נשארים בעקביות נתונים ואבטחת סייבר, המשך התקדמות מתמשכת להמשיך לחזק את תפקידם של phassss, כאבן הפינה של מערכות אמינות ו-Fieli) ל-ALT2, כלומר: