ניתוח היתרונות של Phasor נתונים עבור אופטימיזציה של מערכת חשמל

אתר האינטרנט: The Evoling of Power System Monitoring

רשת החשמל המודרנית מתמודדת עם לחצים חסרי תקדים.ביקוש לחשמל, שילוב של מקורות מתחדשים לסירוגין כגון רוח ושמש, ואת הצורך באמינות גבוהה יותר בעידן של אירועי מזג אוויר קיצוניים דחף מערכות ניטור קונבנציונליות למגבלות שלהם.במשך עשרות שנים, שירותים הסתמך על בקרת פיקוח ורכישה (SCADA) מערכות המספקות סימולציות של מערכות בקרה ומערכת ההפעלה במהירות גבוהה כל שתי שניות עד ארבע שניות.

מימון של טכנולוגיית Phasor Measurement

מה זה Phasor?

phasor הוא מספר מורכב המייצג הן את גודל וזווית שלב של גלנוסי בגלימה מסוימת בזמן.בשינוי מערכות כוח נוכחיות (AC), מתח וגלימות גל נוכחיות בתדירות נומינאלית (60 מדידות מיקרו-שניות בצפון אמריקה, 50 הרץ באזורים רבים אחרים).השלב מציין את התזמון בין גל לדגימות בשלב זה, כאשר הם נמדדים באופן קבוע ל- 60 מעלות זמן, כלומר, כלומר, כלומר, רמות מיקרוסט השני של תאים שונים של מחזור זמן, כלומר, בזווית זמן, כלומר, כלומר, בזווית של מחזור אחד (בטווח השני של מחזור זמן) של מחזור זמן, ב- 60 שניות, ב-PMst השני, ב- 2, ב- 2, ב- 2, ב- 2, ב-PM) באזורים רבים אחרים).

כיצד PMUs Differ מ-SCADA

מערכות SCADA מודדות שורש פירושו ריבוע (RMS) ערכים ונקודות סטטוס, ולאחר מכן להעביר אותם על רשתות תקשורת עם latencies כי יכול לעלות על כמה שניות. בניגוד, PMUs פלט נתונים phasor נתונים עם שיעורי דיווח טיפוסיים של 30 עד 60 הודעות לשנייה.רזולוציה גבוהה זו מאפשרת למפעילים לצפות oscillations אלקטרו-מכאניים, מתחים, וסטיות המתרחשות ב-II-II-II-זמנית של שליטה מלאה של נתונים, גם כן, לא ניתן להבחין בתופעות אלקטרו-מערכת משנה של תפקודים של מערכת יחסים מבודדים של מערכתית, אשר מאפשר לאבחון של מערכת נתונים של מערכת יחסים מבודדת-מערכת משנה של מערכת יחסים בין-מערכת הבקרה של מערכתיתיתים של מערכת יחסים מבודדת-מערכת יחסים בין-מערכת יחסים מבודדת.

תפקידה של IEEE C37.118 Standards

יכולת ההתערבות של ציוד PMU נשענת על משפחת IEEE C37.118 של סטנדרטים, אשר מגדירה מדידת סינכרונכרונרופסטור, פורמט נתונים ופרוטוקולים תקשורתיים.תקנים אלה להבטיח כי PMUs מיצרנים שונים יכולים להאכיל נתונים לתוך מתווך נתונים משותף של נתונים (PDC), שבו זרמים מצטברים, מצופים, ומצפים ליישומים אנליטיים.

יישומי מפתח של Phasor Data בביצועים של מערכת חשמל

מודעות מצבית בזמן אמת ואימון חזותיזציה

היתרון המיידי ביותר של נתונים phasor הוא מודעות מצב מוגברת באופן דרמטי. המפעילים רואים לוחות מחוונים המציגים גודל מתח בזמן אמת, זווית שלב במסדרונות שידור מפתח, וסטיות תדרים.כאשר הבדלים שלב בין שני אוטובוסים עולים על סף שנקבע מראש, המערכת יכולה לעורר התראה, המציין כי נתיב השידור עמוס או כי התנהגות oscillatory זה מתפתח מוקדם זה מאפשר פעילות הפרעה אזורית, כגון החלפת בנקים מרכזיים, כולל פיזור אווירי, או טיהור של צפון מזרח, כולל מחסנים, כגון מחסנים, או פיזור של בנקים מרכזיים, כגון מחסנים, כולל מחסנים של צפון מזרח או מחסנים, כולל מחסנים, כולל מחסנים, או מחסנים, כולל מחסנים, כגון מחסנים, 000.

גילוי ודמיון של מערכת כוח

מערכות חשמל כפופות לתנודות אלקטרו-מכאניות המתרחשות כאשר קבוצות של גנרטורים מתנדנדות זה נגד זה. oscillations אלה יכולים להיות מכווצים בתנאים מסוימים של הפעלה, המוביל מחזורים מתמשך שמאיים על יציבות הגנרטור ולהפחית את יכולת העברת החשמל. phasor נתונים, עם קצב הדיווח הגבוה שלו ואת היערכות הזמן המדויקת שלו, מאפשר אלגוריתמים מתקדמים כגון ניתוח פרוטטריקס ושיטת עיפרון לזהות תדרים רבים של ייצוב של מערכות ההפעלה וייצוב (ה) כאשר הם מסוגלים להפעיל קריטריונים זמן הפעלה לא מספיקים אמריקאיים).

ניתוח פוסט-אפילוט ומודל אימות

בעקבות הפרעה כגון מסע גנרטור, פגם קו או אינטינג מערכת, מהנדסים צריכים לשחזר את רצף האירועים ולהעריך את ביצועי תוכניות ההגנה. Phasor נתונים מספק תיעוד נאמנות גבוה של מתח, נוכחי, ותדירות בעשרות או מאות מיקומים, המאפשר עומס מפורט ניתוח משפטית.זה נתונים גם הוא האינפורמטים דינמיים המשמשים בתכנון מודלים של מערכות כוח הם רק טוב כמו תשובות דיוק, בהשוואה לאפקטים של ניתוח יעיל של ביצועים.

שיפור המדינה

estimation המדינה המסורתית משתמשת במדידות SCADA כדי לחדד את גודל המתח סביר ביותר זווית בכל אוטובוס ברשת.עם זאת, מדידות SCADA הם מסונכרנים ופחות תכופים, אשר מגבילים דיוק estimation, במיוחד במהלך שינויים מהירים.Phasor נתונים, כי זה מספק זווית נמדדת ישירות וגודלים בדרגה גבוהה יותר, ניתן לשלב לתוך המדינה estimator כדי לשפר את ההתכנסות, ולצמצם שגיאות מהירות יותר של מערכת ניהול זמן גבוהה יותר (S).

תמיכה באינטגרציה אנרגיה מתחדשת

חוות רוח ושמש הן שונות לחלוטין ומבוססות על חומרים לא-מחוק, כלומר הן אינן מספקות תגובה לא-פרטית כמו גנרטורים סינכרוניים קונבנציונליים.זה הופך את הרשת לרגישה יותר להפרעות תדר ותנודות מתח.פיסר נתונים מאפשר למפעילים לפקח על שיעור השינוי של תדירות (ROF) וזווית מתח ללא המהירות הדרושה לניהול רשתות מתחדשות.

אדריכלות טכנית לניהול נתונים

שכבת ריכוז הנתונים Phasor

PMUs הם פרוסים בתת-תאימות, בדרך כלל ברמות מתח השידור של REST kV ומעלה) כל PMU מזרם נתונים לרכזת נתונים מקומית או אזורית (PDC) PDC מיישר את זרם הנתונים על ידי חותמת זמן, בדיקות עבור נתונים חסרים או רעים, ושנות מחדש את ההזנת המצטברת לשליטה ביישומים מרכזיים והיסטוריונים ארכאיבאליים יכול להיות תוכנה או פונקציות הפעלה קריטיות על ידי RedDC לעתים קרובות.

אחסון נתונים, ארכיבנאל ו-Retrieval

נפח גבוה של נתוני PMU מציג אתגר אחסון.A אחד PMU מייצרת 60 הודעות לשנייה, כל אחד המכיל מתח מרובים ו phasors נוכחי, תדירות, ו נקודות מצב אנלוגי / ספרותיות, יכול לייצר מספר ג'יגה-בתים של נתונים ליום. A שימושי עם מאות של נתונים מצטברים (מצטברים) לעתים קרובות נתונים לטווח ארוך של מערכות אחסון, כגון גירסאות קודמות של מערכות נתונים, כגון דחיסה) של מערכות נתונים לטווח ארוך (C) או דחוסות זמן מוגבל של מערכות נתונים, דחוסים (CDC) או דחוסים) או דחוסים (CDC) עבור מערכות נתונים לטווח ארוך יותר מ-CDC) דחוסים, 000 זמן מוגבל של מערכות נתונים, 000 שעות ביממה.

סטרימינג Analytics ו-Real-Time Processing

נתוני Raw PMU הם בעלי ערך מוגבל ללא עיבוד אנליטי.פלטפורמות ניתוח הזרמת הזרמת מידע, ליישם אלגוריתמים של זיהוי, ומייצרות התראות או פעולות בקרה.

• (FLT:0) זיהוי נתונים והחלפת: FLT:1 זיהוי ושילוב דגימות חסרות או שגויות עקב ירידה בתקשורת או אובדן מנעול GPS.
• (FLT:0) גילוי: אלגוריתמים 1FLT אשר מעוררים במעברי סף, קצב של שינויים, או דפוס התאמה נגד חתימות ידועות.
• (FLT:0) estimation state:cioFLT) 1 estimator ליניארי המשתמש במדידות PMU ישירות למצב מערכת ניתוק ללא התכנסות איתנה.
• הערכת אבטחה:0 (FLT:0) הערכה ביטחונית: FLT:1 פועל ניתוח שקיפות מהיר וסימולציות יציבות טרנספורמטיביות באמצעות תנאים מעודכנים של נתוני PMU.

החדיר נתונים לפלטפורמת נתונים מודרנית

תפקידה של Software-Defined Infrastructure

Utilities הם יותר ויותר אימוץ ארכיטקטורות נתונים גמישות, מוגדרות תוכנה המאפשרים להם לבטל את רכישת נתונים מאנליז.זה המקום שבו פלטפורמות כמו Directus להיכנס לתמונה. Directus מספק שכבת ניהול נתונים ללא ראש וניהול נתונים שיכולה להתחבר לצוותים מרובים של מסד נתונים backends, כולל מסדי נתונים של זמן, מסדי נתונים יחסיים ואגמים נתונים.

יתרונות מעשיים של גישה מבוססת ישירות

שימוש בפלטפורמה כמו Directus כדי לנהל זרמי נתוניםphasor מציע כמה יתרונות מוחשיים:

• (FLT:0) גישה לנתונים בלתי מזוהים: מהנדסים 1FLT יכולים לשאול נתונים PMU לצד רשומות נכסים, יומני תחזוקה, ו- SCADA טלמטרי באמצעות ממשק יחיד, ניתוח שורש מאיץ.
• (FLT:0) הרשאות מבוססות רול: FLT:1 קבוצות משתמשים שונות (מפעילים, מתכננים, קציני ציות) רואים רק את הנתונים והניתוח הרלוונטיים לתפקידיהם, שמירה על ביטחון ועקביות.
• (FLT:0) מחשבים לוחצים ודיווח:FreaLT:1) כלי הדמיה של הפלטפורמה מאפשרים יצירת מהירה של לוחות נתונים לביצועים, דוחות אירועים ומסמכים רגולטוריים ללא כתיבת קוד מותאם אישית.
• (FLT:0)API-First design:FLT:1 Real-time יישומים, כלי שדה ניידים ומנועי ניתוח של צד שלישי יכולים להתחבר לנתונים באמצעות REST או GraphQL APIs, הבטחת יכולת בין-אופרציה.

עבור כלי רכב בהתחשב פריסת PMU בשלב, הגמישות של שכבת נתונים מוגדרת תוכנה מפחיתה את הסיכון של מנעול הספק וסימולציות מדרגת טייס (למשל, 10 PMUs) לפרריסה ארגונית (hundreds לאלפים של PMUs).

יתרונות כלכליים ומבצעיים של אופטימיזציה מבוססת Phasor

עלויות Blackout

נקודות שחורות גדולות בצפון אמריקה ובאירופה ייחסו למודעות המצבית והעגומים הבלתי משוחדים.הצפון-מזרחי Blackout של 2003, שהשפיעו על 55 מיליון אנשים וגרם ל-6 מיליארד דולר בהפסדים כלכליים, ייתכן שהנתונים של PMU היו זמינים למפעילים באזורי הבקרה המושפעים.

הגדלת יכולת העברת כוח

יכולות העברת חשמל בין אזורים לעתים קרובות מוגבלות על ידי גבולות תפעול שמרניים שמקורם בסימולציות לא מקוון.על ידי שימוש בנתונים בזמן אמת כדי לאמת את תנאי המערכת בפועל (פרופילי ייבוש, שולי זווית ורמות לחות), המפעילים יכולים לפעול קרוב יותר למגבלות אמת ויציבות.מחקרים על ידי ארגונים כגון מכון מחקר כוח חשמלי (EPRI) הוכיחו כי דירוג מבוסס phasor יכול להגדיל את יכולת השידור על ידי 5-15% על ידי צריכת חשמל, ללא יכולת העברה של 100MW.

ההרחבה: תחזוקת וציוד חיים

נתונים Phasor מאפשרים תחזוקה מבוססת מצב על ידי חשיפת הלחץ החשמלי והרמילאי שחווים מסובכים, פורצים וקווי שידור.לדוגמה, שינוי דרך סדקים יכול להיות מחובר עם זמן ונתונים מדויקים וגודל, ומאפשר למהנדסים לחשב את חובת הכשל המצטברת ואת לוח הזמנים תחזוקה המבוססת על ללבוש בפועל ולא על מרווחי לוח שנה.

תגמול ורשת קוד המודעות

מפעילי מערכת בתחומים רבים נדרשים כעת לספק ראיות לציות לסטנדרטים של אמינות כגון NERC PRC-002-2 ( ניטור מטריד) ו- MOD-033-1 (התאימות למודל) נתוני PMU מספק אמצעי פשוט לענות על דרישות אלה, שכן זה מתעד באופן אוטומטי את כל ההפרעות מעל סף קבוע.העלות של אי-ציות, כולל קנסות ופעולות מכוונות להפעלה מחדש, יכולות להיות מעבר למיליונים של נכסים תפעוליים.

פתרונות ניהול ופתרונות מעשיים

עלויות ה Deployment

עלות ההתקנה של PMU כולל את המכשיר עצמו, אנטנה GPS, חיוט, ציוד תקשורת ושילוב עם תשתית תת-התשיעה הקיימת. מתקן שידור טיפוסי יכול לנוע בין 20,000 $ עד 60 $ ל $ PMU, בהתאם לתשתיות קיימות. Deploying a WAMS עם 100 PMUs ובכך מייצג הון של 2-6 מיליון דולר, עם זאת, העלות של חומרת PMU נפל מעל 40% ו- , לעתים קרובות לא רק עלות קריטיים.

ניהול נתונים ודאגות סייבר

נפח ומהירות של נתוני PMU יכולים להציף מערכות מידע מסורתיות של שירותים. ארגונים רבים לאמעיטים בצורך אחסון נתונים מדרגי, רוחב פס חזק (בדרך כלל 64-256 kbps per PMU, אבל גבוה עם זרמים אדומים), ומהנדסי נתונים מיומנים.אבטחת סייבר היא דאגה מקבילה: זרמי נתונים של PMU חייבים להיות מוצפנים, אותנטיים, ו-Sategated מהרשת התאגידית למניעת סוללות זה אפשרי, כולל סוללות אבטחה סטנדרטיות, כולל פעולות אבטחה.

איכות נתונים ו- GPS Vulnerability

איכות הנתונים של PMU תלויה אות GPS אמין. GPS spoofing, ג 'ינג, או בעיות לוויין יכול לגרום שגיאות סינכרון זמן, להפוך נתונים phasor בלתי ניתן לזיהוי. רדונדנט GPS מקלטים, אוסטר מחזיק מעגלים (למשל, בועות siddium או OCXO), והשימוש המתעורר של GNSS (מערכת ניווט גלובלית) עם מספר רב של כוכבי לכת (GPS) עם זרם נתונים של GPS (GPS) עם , GPS , גם כן, GPS , GPS , GPS , יש צורך , גם , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , לנטרל את הנתונים , , , , לוויינים עם GNDPS , לנטרל את השימוש המפחית GNDPS GNDPS GNDPS GNDPS

ניהול כוח העבודה ושינוי

ניתוח נתונים Phasor דורש כוח עבודה עם מיומנויות בניתוח מערכת חשמל, עיבוד אותות ומדע נתונים.הרבה שירותים יש לגשר על הפער הזה על ידי שיתוף פעולה עם אוניברסיטאות,מינוף תוכניות הכשרה של ספקים, וגיוס מדענים נתונים לתפקידים הנדסיים מסורתיים. עקומת הלמידה היא תלולה, אבל השכר לטווח ארוך הוא פעולה יעילה יותר ויעילה יותר.

מגמות ומגמות התעשייה

מדד Phasor ומיקרו-PMUs

בעוד PMUs המסורתית פרוסות בתתות שידור, דור חדש של מיקרו-PMUs (μPMUs) מיועד לרשתות הפצה.מכשירים אלה מספקים את אותה סינכרוניזציה ורזולוציה גבוהה אבל ברמות מתח נמוכות (4-69 kV) כלי הפצה הם פריסת מיקרו-PMUs כדי לפקח על משאבים המבוססים על חומרים, לזהות תנאים אי, תמיכה במיקום על מערכות מורכבות עבור μer עבור μer 20 אחוזים בשוק.

שילוב בינה מלאכותית ולמידה של מכונות

השילוב של נתוני PMU עם למידת מכונה פותח גבולות חדשים. עמוק למידה ורשתות עצביות חוזרות יכולות לזהות דפוסים בלתי נראים לאלגוריתמים מבוססי הסף. יישומים כוללים חיזוי כשלים מתקפלים, סיווג סוגי אירועים בזמן אמת (למשל, נסיעה גנרטור, קו, טעות קו, אובדן עומס), וחיזוי חנק לחות תחת שינוי תנאי מחקר מרכזיים במימון ארה"ב וקידום של מחלקת האנרגיה המבצעת זו הן לקראת פריסת תחום תפעולי של האיחוד האירופי.

Cloud-based Phasor Data Analytics

בעוד ששימושים רבים נשארים זהירים בנוגע להעברת נתונים תפעוליים בזמן אמת לענן, אדריכלות היברידית מתפתחת.נתוני סטרימינג רול פריים מעובדים על הנחות של פעולות בקרת עתירות, בעוד נתונים היסטוריים וניתוח מתקדם לרוץ בענן עבור מודלים אימונים ותכנון לטווח ארוך.ספקי ענן כגון AWS ו- Azure מציעים כעת שירותים שתוכננו במיוחד עבור נתונים לטווח ארוך, וכלכלה של מחשוב מבוסס ענן ו-Computerative-compense הם נוחים יותר ויותר.

סטנדרט והתקדמות בין-אופרציה

IEEE מפתחת כעת את העדכון הסטנדרטי C37.118.2, הכולל תמיכה בשיעורי דיווח גבוהים יותר (עד 240 דגימות לשנייה ב-60 הרץ), תכונות אבטחה משופרות, ושיפור הגדרות metadata. העדכונים האלה יקלו על השימושים להתקין, להגדיר ומאובטח רשתות PMU, צמצום העלות הכוללת של הבעלות.

מסקנה: בניית הרשת החכמה על נתונים של Phasor

טכנולוגיית מדידה Phasor התבגרה מסקרנות מחקרית למרכיב חיוני של פעולות מערכת החשמל המודרנית.הזמן האמיתי, הנתונים המסונכרנים המסופקים על ידי PMUs מאפשר למפעילים לזהות oscillations, לאמת שולי יציבות ולהגיב להפרעות במהירות ובדיוק ש-SCADA לבדה לא תוכל להתאים את המצב הכלכלי של נתונים להשקעה מונעת: שחור, להגדיל את יכולת התחזוקה מופחתת, ולהקטין את עלויות הפיתוח הדינמית יותר, רק בתנאי ש-ידי ה-או-ה.