התפתחותן של שיטות פאסאו בהנדסת הנדסה

השימוש בphasors בהנדסה הפך באופן יסודי את האופן שבו מהנדסי חשמל מנתחים ולנהל את מערכות הנוכחיות (AC) מההתפתחות המוקדמת שלהם כפשטה מתמטית להתגשמות המודרנית שלהם במכשירים ניטור ברשת בזמן אמת, טכניקות phasor הפכו הכרחיות לניתוח מערכת חשמל, עיצוב ותפעול. מאמר זה עוקב אחר האבולוציה של שיטות phasor, בוחן את יסודות מתמטיים, ולחקור יישומים עכשוויים ומגמות עכשוויות להמשיך את הפיתוח החשמלי להמשיך לפתח.

מקורות וקרנות מתמטיות

מתוך Sinusoids to Complex Numbers

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

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

מושגים מרכזיים: אימפולס, תגובה ודעה קדומה

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שלב אנג'לה וכוח גורם

זווית השלב בין מתח וphasors נוכחית קובע ישירות את הגורם הכוח של עומס. a טהור יש אפס הבדל שלב, מניבה כוח אחד כוח גורם כוח אחד. עומסים אינדוקטיביים לייצר זרמים מגרד (שלב חיובי למתח יחסית לזרם הנוכחי), בעוד העומסים הקפיטלטיביים מייצרים זרמי כוח מובילים. Power factor - תרגול קריטי במתקנים תעשייתיים ומסחריים - משתמשת בבנקים כדי להפחית את השלב, ובכך להפחית את הפחתת הגמישות מספקת את הרכיבים הכמותיים.

פיתוח במאה ה-20

אימוץ ניתוח מערכת החשמל

בתחילת המאה ה-20, טכניקות phasor צברו אימוץ נרחב בהנדסת חשמל כמו רשתות חשמל מורחבות.הצורך לנתח מערכות מקושרות של גנרטורים, מחוללי משנה, קווי שידור, ועומסים דרש שיטות שיכולו להתמודד עם רשתות מורכבות, רב-נודה. Phasors אפשרו למהנדסים לבצע מחקרים זרימה, להעריך יציבות מתח, לחשב זרמי לחץ קצרים עם יעילות רבה יותר מאשר זמן-דו-דוקטורט של סימולציה של סינוסואיד.

עבודות יומיומיות של מהנדסים כגון צ'ארלס סטימרצ ומאוחר יותר ג'ון גריינד הסדיר את השימוש במספרים מורכבים בתאוריה של מעגלים AC.טקסט ספרים משנות ה-30 ואילך מוטבעים כמכשיר ליבה.עד אמצע המאה, השימוש הנרחב במחשבים האנלוגיים ונתחי רשת - מודלים פיזיים של מערכות חשמל באמצעות רכיבים מוגזמים - הסתמך במידה רבה על phasorsorsors כדי ללמוד מצבים שונים של טעינה.

דינמיות ואנליזה

מעבר לזרימת עומס יציבה, טכניקות phasor הוכיחו חיוני להבנת יציבות דינמי.הרעיון של עקומת "כוח-זווית", המתייחסת להבדלים זוויתיים בין שני גנרטורים לכוח המועבר, הפך מרכזי לניתוח יציבות טרנסינטי. מהנדסים השתמשו בשיטות phasor-domain כדי להפיק את המשוואה ולדמיין את ההשפעה של תקלות על זוויות רוטטור.

תפקיד מבצעי מערכת כוח

המונחים: sound Flow and Optimal Power Flow

פעולות מערכת חשמל מודרניות תלויות בניתוח זרימת העומס, אשר פותר עבור מתחים אוטובוס (magnitudes ו זוויות phasor) וזרימת כוח לאורך רשת. שיטת ניוטון-רפסון, מיושמת באופן נרחב בתוכנה מסחרית כגון PSS®E ו- Powerworld, משתמשת במטריקס ג'ייקובי של נגזרות חלקית של כוח משתבש ביחס לזווית מתח וגודלים.

הערכת יציבות

יציבות וולטאז קשורה קשר אינטימי ליחסים בין phasor.ה עקומות P-V הידוע ו Q-V נגזרות משוואות רשת מבוססות phasor. as העומס עולה, גודל המתח בירידה באוטובוס, בסופו של דבר להגיע ל"נקודה nose" שבו מערכת קורסת מתרחשת.עקב ההבדל בין מדידות phasor באוטובוסים שונים מספק התראה מוקדמת של חוסר יציבות.

Relaying

ממסרים מרחוק ותכניות הגנה שונות מסתמכות על מדידות phasor כדי לזהות פגמים. A מרחק משווה את הנוכחי והמתח phasors כדי למקם מכשול ברור; אם זה אימפולס נופל בתוך פוליגון אופייני, אות טיול מופרש. Phasor estimation אלגוריתמים, כגון אלגוריתמים מרתיעה ארבעה (DFT) עם cosine, הם מסננים דיגיטליים של תנאים.

יחידות מדידה Phasor ו- Wide-area Monitoring

עקרונות של פעילות ראש הממשלה

יחידות מדידה Phasor (PMUs) מייצגות קפיצת קדימה ניטור רשת בזמן אמת. הציע לראשונה בשנות ה-80 על ידי ד"ר Arun G. Phadke ועמיתיו בווירג'יניה טק, PMUs להשתמש זמן GPS זמן synchronization כדי לספק זמן sped phasor מדידות ממיקומים שונים עם דיוק מיקרו-שני. AU דגימות גלימות נוכחיות ברמה גבוהה (p-p-p-p-p-p) ל-p% עד 60 מעלות צלזיוס) הוא החל את שיעורי Dphasor לאחר מכן ל-p-p-p-p-p-pppppp-pppppse אחד על ידי רמות 2.

נתוני PMU מציעים חשיפה חסרת תקדים לדינמיקה של מערכת.כאשר מערכות SCADA מסורתיות מספקות תמונה אחת כל 1 עד 10 שניות, PMUs לספק זרם מתמשך של מדידות סינכרוניות.זה מאפשר למפעילים לצפות בתנודות, הבדלים זוויות, וריאציות תדירות בזמן אמת.רחב-area ניטור מערכות (WA) בנויות על רשתות PMU הן כעת פרוסות במדינות רבות, כולל ארה"ב (NAS) ו-SNA) צפון-סנפרדויג'סטרויג'סטרויג'סטרויג'סטרויג'סטרויג'סטרויג'סטרויג'סטרו (S) וסין.

יישומים בGird Stability and control

נתוני PMU הוכיחו בלתי-סביר לזיהוי של תנודות בין-שטחיות - תנודות אלקטרו-מכניות בתדר נמוך (0.1-0.8 Hz) שיכולות להוביל לחוסר יציבות במערכת אם לא לחבבב. מ"ר ו-oscillation Detection Process Windows Process PMU כדי לזהות מודטים לחות ירודים ולגרום פעולות בקרה כגון מניטורציה כוח או HDCof reactifier מסייע גם על ידי מפעילי התאמות מוקדם.

יתר על כן, מדידות PMU מאפשרות estimation המדינה עם דיוק גבוה יותר.באופן מסורתי, הערכת המדינה משתמשת במדידות SCADA לא מסונכרן, ועליה לקחת בחשבון עבור skew זמן. על ידי החלפת כמה מדידות SCADA עם נתונים PMU, ה- estimator המדינה יכול לייצר זוויות מתח מדויקות יותר, שיפור ניתוח עקבי חישובי מחירים שוליים.

שילוב עם אנרגיה מתחדשת

שיטות Phasor עבור Modern Converter Interfaces

הצמיחה המהירה של הרוח והדור הסולארי מציגה אתגרים חדשים לניתוח מבוסס phasor. Inverter משאבים מבוססי (IBRs) להתנהג אחרת מ גנרטורים סינכרוניים: אין להם אינרציה טבועה, התרומה הנוכחית שלהם מוגבלת, והם יכולים לעבור בין קוד-מקור-מתאים-מתח ומודלים של Phasor חייב לקחת בחשבון עבור בקרת המרתר, שלבים-שלבים (PLL), ו-Lsrererererere-Lsre-Lsre-Lsre-Lsre-Ls-Ls-Fre-Frererere-Ls-Frere-L).

למרות המורכבות הזו, טכניקות phasor נשאר עמוד השדרה של תכנון מערכת חשמל ותפעול עבור רשתות חדשות גבוהה.מודלים חיובי-sequence, משופר עם דינמיקות ספציפיות ממיר, משמשים במחקרים יציבות.הרעיון של "סנכרון phasor" מרחיב את השליטה של חומרים ברשת, שבו הדגש הפנימי מותאם באופן פעיל כדי להתאים את הזווית של BRLDL של שיטות.

Weak Grid ו- Short-Circuit Ratio Analysis

ניתוח Phasor גם מדגיש את ההערכה של תנאי רשת חלשים לאינטגרציה מתחדשת.יחס קצר-circuit (SCR) בשלב של הפיכה משותפת הוא מפונח מן האימפולס המקביל של ה-Vvenin הנגזר מדידות phasor או נתוני רשת. נמוך SCR מציין רשת חלשה שעלולה לסבול חוסר יציבות או שליטה באינטראקציות.

ניתוח והגנה

התאמות ורשתות

טכניקות Phasor הן מרכזיות לניתוח תקלות באמצעות שיטת רכיבים סימטריים, שהוצג על ידי צ'ארלס LeGeyt Fortescue בשנת 1918.כל מערכת תלת-phase לא מאוזנת ניתן לפסול חיובי, שלילי, ואפס-השוויון phasors. Sequence phasence רשתות - כל אחד מייצוג מעגלים phasor-domain - הם אז נפתרים כדי לתקן תקלות ומתחים הנוכחי נשאר ניתוח cucir.

[ההגנה המודרנית] מעבירה שימוש באלגוריתמים של מרכיבים סימטריים הפועלים על זרמי דגימה דיגיטאליים. phas-sequence phasors רגישים במיוחד לא מאוזנים ואינם בשימוש באלמנטים כיוון, בעוד אפס-השוויון phas לזהות תקלות קרקעיות.דיוק של אלגוריתמים אלה תלוי במסנן אנטיפליה נאותה ו-phasor estimation תחת פירוק DC - תנאי נושא כגון CLTh3: CLThhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

הגנה מתאימה

הגנה אדפטית מבוססת ראש הממשלה היא שדה מתפתח שבו הגדרות זיהוי תקלות מותאמות בזמן אמת על בסיסטופולוגיה מערכתית וטעינה.לדוגמה, הגדרות מרחק טווח טווח ניתן לעדכן באמצעות מדד חיובי-התקפה המתח בתחנות האוטובוס המקומי ואת חוסר ההסכמה החיובית המושבת מהנתונים של PMU. זה נמנע מהתאמה במהלך תנודות כוח או תנאי אי.

הרמוניים וניתוח לא-Sinusoidal

מקור: Fourier- Based Phasors

טכניקות Phasor כמובן להרחיב ניתוח הרמוני באמצעות שינוי דיסקרטי (DFT) כל רכיב הרמוני של גלפור מעוות ניתן לטפל כphasor באותו תדירות. Power מחקרים איכות להעריך עיוות הרמוני הכולל (THD) וphasonic יחיד כדי לזהות מקורות של עיוות, כגון retifiers, a fracnaces, או סולרי ב רזולוציה של 61000 שיטות מזיקות כולל שיטות מדידה.

ראש הממשלה המודרני יכול לייעל מספר רב של פוצים הרמוניים (למשל, עד ה-50 הרמוניים) בו זמנית, המאפשר מעקב הרמוני רחב-שטחי.יכולות אלה חיוניות לניהול תנאי החזרה, כגון הדגימה הרמונית הרמונית בשל בנקים קפיטור או שידור של סדרת פיצוי.

Phasor Estimation under-Nominal Frequency

כאשר תדירות המערכת מתפתלת מ- nominal (למשל, במהלך הפרעה), ההרחבה DFT phasor estimation סובלת מדלפת ספקטרלית ושגיאה שלב. אלגוריתמים מתקדמים כגון The Taylor-Fourier Turn, Kalman filters, ו- tchtchtch מותאם מספקת הערכות מדויקות אפילו תחת סיורים תדרים.זה חשוב במיוחד עבור יישומים מתחדשים ברשתית (Rheop) כמו פילטרים Cvreative טרה 3.

כיוונים עתידיים ו-Algorithmic Advances

Machine Learning for Phasor Analytics

כמות עצומה של נתוני PMU שנאספו כל שנייה היא הזדמנות ואתגר.גילוי אירועים מבוסס הכלל מסורתי מוגדל עם טכניקות למידת מכונה (ML) אשר באופן אוטומטי סיווג הפרעות (כגון טיולי קו, אובדן גנרטור או אירועים או oscillation) מפלטים של זרמי phasor. Convolutional עצביים וזיכרון לטווח קצר (LSTM) הראו הבטחה בזיהוי בדגמים מתקדמים וחיזוי מודלים היסטוריים.

גישות היברידיות המשלבות מודלים של פיסיקה המבוססים על phasor עם תיקונים מונעים על ידי ML הן גם מתעוררות.לדוגמה, תאום דיגיטלי של מערכת חשמל ניתן לעדכן עם מדידות PMU בזמן אמת, סוכן ML יכול להציע פעולות בקרה כדי למנוע אובדן סינכרונות.

בקרת ההרחבה: Over-area Damping Control Using PMU Feedback

רשתות עתידיות יתבססו יותר ויותר על בקרים רחבים (WADC) המשתמשים במדידות PMU כקלטי משוב. רצף של סדרתיים הנשלטת על ידי Thyristor או קידוד סינכרוני סטטי יכול להיות מתוכנת בזמן אמת כדי לח בין-area oscillations מזוהה מזווית PMU.

אינטגרציה עם Digital Twin and Edge Computing

עיבוד נתונים Phasor נע לכיוון הקצה: PMUs ו- PDCs יותר ויותר לשלב יכולות מחשוב מקומיות לביצוע ניתוח בזמן אמת מבלי לשלוח את כל הנתונים הגולמיים למערכת ניהול אנרגיה מרכזית.זה מקטין את דרישות רוחב הפס ומאפשר לולאות בקרה מקומיות מהירות יותר. תאום דיגיטלי של תת-התקפה או מיקרוגריד יכול להשתמש מדידותphasor כדי לעדכן את הפרמטרים המודל שלה ברציפות, ומאפשר תחזוקה חיזוי, משיכה המדינה, ו- 5 אסטרטגיות אלה.

מסקנה

מהשורשים מהמאה ה-19 כפשטות מתמטית נוחה לתפקידם הנוכחי בלב ניטור רחב-שטחי, טכניקות phasor התפתחו ברציפות כדי לענות על הדרישות של מערכות כוח מורכבות יותר ויותר.ה אלגנטיות המתמטית של ייצוג אותות סינוסאידים כמו מספרים מורכבים הוכיחו עמידות ניכרת, לשרוד את המעבר ממחשבונים אנלוגיים ועד PMUs דיגיטלי ומעבר לאינטגרציה מתחדשת, משאבים המבוססים על ידי סינוסאידים, ולהבטיח מנגנונים מתקדמים, אשר יישארו בשליטה על ידי שיטות מחקר, אשר נותרו לאורך זמן רב, אשר נותרו דרך שיטות מחקר מודרניות, אשר נותרו שיטות מחקר מתקדמות.