क्या है?

Phasor जटिल संख्याएं हैं जो एक साइनसोइडल तरंग के परिमाण और चरण कोण को एन्कोड करते हैं। वैकल्पिक वर्तमान (एसी) सर्किट, वोल्टेज और धारा समय के साथ साइनसोइड रूप में भिन्न होती हैं, जिससे साइन और कोसिन कार्यों का प्रत्यक्ष हेरफेर होता है। इन तरंगों को phasors] के रूप में दर्शाने से इंजीनियर समय-domain अंतर समीकरण को सरल-अतिरिक्त रूप से बदल देते हैं।

मुख्य लाभ यह है कि phasors समय-समय पर त्रिकोणमितीय समीकरणों को हल करने की आवश्यकता को समाप्त करते हैं। इसके बजाय, स्थिर-राज्य की स्थिति का विश्लेषण जटिल बीजगणित का उपयोग करके किया जाता है, जहां इसके अलावा, घटाव, गुणन और phasors के विभाजन जटिल विमान पर वेक्टर संचालन के अनुरूप होते हैं। यह सरलीकरण बड़े पैमाने पर बिजली प्रणालियों को मॉडल करने के लिए अनिवार्य phasors बनाता है।

Phasor Diagrams and Visualization

एक phasor आरेख जटिल विमान पर एकाधिक phasors का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है। प्रत्येक phasor एक तीर है जिसका लंबाई परिमाण का प्रतिनिधित्व करता है और जिसका निर्देशन (कोण) एक संदर्भ के सापेक्ष चरण बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। पावर सिस्टम के लिए, phasor आरेख इंजीनियरों को विभिन्न नोड्स पर वोल्टेज और धाराओं के बीच संबंधों को देखने में मदद करते हैं। उदाहरण के लिए, ट्रांसमिशन लाइन्स में वोल्टेज phasors एक वोल्टेज बहुभुज ] बनाते हैं जो चरण असंतुलन या वोल्टेज ड्रॉप को प्रकट करता है। इन आरेखों का उपयोग लोड प्रवाह अध्ययन में किया जाता है ताकि बाहर की सहनशीलता की स्थिति की जांच की जा सके और रिले सेटिंग्स को सत्यापित करने के लिए सुरक्षा समन्वय में मदद की जा सके।

पॉवर फ्लो विश्लेषण में Phasor

पावर फ्लो (या लोड प्रवाह) विश्लेषण स्थिर-राज्य ऑपरेशन के तहत एक बिजली प्रणाली में हर बस में वोल्टेज परिमाण और चरण कोण को निर्धारित करता है। समस्या यह है कि यह सामान्य तरीकों जैसे कि ] न्यूटन-रैफसन का उपयोग करके गैर-रैलिंडर अल्जीब्राइक समीकरणों के एक सेट को हल करने के लिए कम हो जाती है । प्रत्येक बस वोल्टेज phasor \(V \angle \delta \) और जटिल बिजली इंजेक्शन \(S = P + jQ \) द्वारा विशेषता है। शक्ति संतुलन समीकरण हो जाता है:

  • Real power: \(P i = \sum {k=1}^{N} |V i |V k |(G {ik}\cos\delta {ik} + B {ik}\sin\delta {ik}\)\)\())\)\()\)\(())\)\)\(()\)\)\(())\)\(()))\(())))\(())))\(((()))))))))\(((()))))))))))))))))))))))))))))\(((((((((((((((())))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))
  • Reactive power: \( Q i = \sum {k=1}^{N} |V i |V k |(G {ik}\sin\delta {ik} - B {ik}\cos\delta {ik}\)\)\())\)\(())\)\(())\)\(())\)\(())\)\(())\)\(())))\(()))))\(((())))))))))))))))\((((((((((((((((((())))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))

ये समीकरण सीधे phasor परिमाण और कोणों का उपयोग करते हैं। न्यूटन-रैपसन विधि में जैकबियन मैट्रिक्स वोल्टेज परिमाण और चरण कोणों के संबंध में आंशिक व्युत्पन्न से बना है। राज्य अनुमान या ]Phasor मापन इकाइयों (PMUs) से सटीक phasor डेटा गति अभिसरण और सटीकता में सुधार, पीढ़ी प्रेषण और लाइन लोडिंग के निकट वास्तविक समय अनुकूलन सक्षम करने के लिए।

ऑप्टिमल पावर फ्लो (OPF)

OPF एक उद्देश्य समारोह (जैसे, पीढ़ी लागत या हानि) को कम करने के द्वारा बिजली प्रवाह का विस्तार करता है जबकि परिचालन बाधाओं का सम्मान करता है। Phasor चर निर्णय चर हैं। चरण कोण मतभेदों का समावेश संचरण लाइनों के माध्यम से सक्रिय शक्ति प्रवाह के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है। phasors का लाभ उठाकर, OPF 5 और # 37 तक लाइन हानि को कम कर सकता है; भारी लोड नेटवर्क में, ]]IEEE] द्वारा प्रकाशित अध्ययनों के अनुसार।

फॉल्ट विश्लेषण में Phasor

एक लघु सर्किट दोष के दौरान वोल्टेज और धाराएं अपने स्थिर राज्य के फासोर मान से अचानक अलग हो जाती हैं। इंजीनियर्स का उपयोग सममित घटक (पॉजिटिव, नकारात्मक और शून्य अनुक्रम) असंतुलित दोषों का विश्लेषण करने के लिए करते हैं। प्रत्येक अनुक्रम तीन फासोर्स का एक सेट है। सममित घटक परिवर्तन इन अनुक्रमों में सेट किए गए मूल तीन चरण वाले फासोर को विघटित करता है, गलती धाराओं और रिले सेटिंग्स की गणना को सरल करता है।

Phasor भी ]impedance रिले की अवधारणा को रेखांकित करते हैं जो गलती दूरी का अनुमान लगाने के लिए वर्तमान फासर के वोल्टेज फासर के अनुपात को मापते हैं। आधुनिक दूरी रिले डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) से phasor अनुमान का उपयोग करते हैं ताकि एक चक्र के भीतर ट्रिपिंग निर्णय लेने के लिए (16.67 ms 60 हर्ट्ज सिस्टम के लिए)। phasor अनुमान की सटीकता सीधे रिले समन्वय और सिस्टम स्थिरता को प्रभावित करती है।

Phasor मापन इकाइयों (PMUs) और Synchrophasors

PMUs उन्नत उपकरण हैं जो उच्च गति (प्रति चक्र 120 नमूनों तक) पर नमूना वोल्टेज और वर्तमान तरंगों को मापते हैं और जीपीएस के माध्यम से समन्वित यूनिवर्सल टाइम (UTC) को सिंक्रनाइज़ करने वाले phasor अनुमानों को संकलित करते हैं। परिणामस्वरूप synchrophasors व्यापक भौगोलिक क्षेत्रों में समय-संरेखित माप प्रदान करते हैं। यह Wide-Area निगरानी, संरक्षण, और नियंत्रण (WAMPAC) सक्षम बनाता है। PMUs प्रति सेकंड 30-60 फ्रेम की दर पर phasor डेटा की रिपोर्ट करता है, जो पारंपरिक पर्यवेक्षकीय डेटा अधिग्रहण (SCADA) से अधिक तेज़ है।

उत्तर अमेरिकी सिन्क्रोफैसर पहल (NASPI) रिपोर्ट करता है कि PMU नेटवर्क ने पोस्ट-डिस्ट्रर्बेंस इवेंट विश्लेषण में सुधार किया है और गतिशील मॉडल को मान्य किया है। ट्रांसमिशन ऑपरेटर दोलों के मोड की पहचान करने, द्वीप का पता लगाने और सिस्टम डंपिंग को सत्यापित करने के लिए PMU डेटा का उपयोग करते हैं। राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) सिंक्रोफैसर माप (IEEE C37.118) के लिए मानकों को प्रदान करता है।

Synchrophasors के अनुप्रयोग

  • राज्य अनुमान संवर्द्धन:] हाइब्रिड अनुमानक जो पारंपरिक SCADA माप के साथ PMU phasors को जोड़ते हैं, सटीकता में सुधार करते हैं।
  • ]Voltage स्थिरता निगरानी: Thevenin प्रतिबाधा विधि वोल्टेज पतन के निकटता का अनुमान लगाने के लिए स्थानीय phasor माप का उपयोग करती है।
  • ]ट्रांसिएंट स्थिरता भविष्यवाणी: रियल टाइम रोटर एंगल समतुल्य PMU डेटा से प्राप्त किया जा सकता है, जिससे सिंक्रनाइज़ेशन के नुकसान की प्रारंभिक चेतावनी सक्षम हो सकती है।

सिस्टम स्थिरता विश्लेषण Phasors का उपयोग

पावर सिस्टम स्थिरता रोटर कोण, वोल्टेज और आवृत्ति स्थिरता को शामिल करती है। Phasors प्रत्येक डोमेन के लिए केंद्रीय हैं। rotor कोण स्थिरता के लिए, स्विंग समीकरण को एक ऑपरेटिंग बिंदु के आसपास रैखिकीकृत किया जाता है। परिणामस्वरूप छोटे संकेत मॉडल में राज्य चर शामिल हैं जो फासर कोण और परिमाण हैं। सिस्टम मैट्रिक्स के Eigenvalue विश्लेषण से खराब रूप से नम इलेक्ट्रोमैकेनिकल मोड प्रकट होता है। PMUs वास्तविक समय में phasor माप प्रदान करते हैं जिसे phasor आधारित नम नियंत्रकों [FLT: 3] पावर स्टेबलाइज़र में खिलाया जा सकता है।

]Voltage स्थिरता [ का आकलन पीवी और QV घटता का उपयोग करके किया जाता है। प्रतिक्रियाशील शक्ति और वोल्टेज की तीव्रता के बीच phasor संबंध वोल्टेज पतन के तंत्र को समझाते हैं। ऑपरेटर पीवी वक्र की नाक से सिस्टम की निकटता को ट्रैक करने के लिए phasor डेटा का उपयोग करते हैं और संधारित्र स्विचिंग या लोड शेडिंग जैसे उपचारात्मक कार्यों को ट्रिगर करते हैं।

पॉवर सिस्टम ऑप्टिमाइज़ेशन में Phasors के लाभ

  • ]वर्धित प्रणाली दृश्यता: Phasors एक ] कॉमन टाइम संदर्भ प्रदान करते हैं जो एक विस्तृत क्षेत्र में घटनाओं को सहसंबंधित करते हैं। यह ऑपरेटरों को वास्तविक समय में ग्रिड के गतिशील व्यवहार को देखने में सक्षम बनाता है, न कि सिर्फ स्थिर स्नैपशॉट।
  • ]Improved दोष जांच और अलगाव: Phasor आधारित दोष स्थान एल्गोरिदम कुछ सौ मीटर के भीतर एक गलती को इंगित कर सकता है, जिससे आउटेज अवधि कम हो जाती है। गलती को जल्दी से अलग करने की क्षमता ग्राहकों पर प्रभाव को कम करती है।
  • ]Optimized Power Flow and low loss: लाइन में phasor कोण मतभेद का उपयोग करके ऑपरेटर नुकसान को कम करने के लिए पीढ़ी के पैटर्न को समायोजित कर सकते हैं। कोण कमी की प्रत्येक डिग्री कई प्रतिशत तक लाइन हानि को कम कर सकती है।
  • ]Renews Energy एकीकरण की सुविधा: सौर और पवन खेतों में चर पीढ़ी का परिचय दिया गया। Phasor माप परिणामी शक्ति स्विंग और वोल्टेज उतार-चढ़ाव का प्रबंधन करने में मदद करते हैं, स्थिर एकीकरण सुनिश्चित करते हैं। PMU डेटा कर्टेलमेंट निर्णयों और प्रतिक्रियाशील शक्ति मुआवजा में सहायता करता है।
  • ]स्मार्ट ग्रिड टेक्नोलॉजीज के लिए समर्थन: Phasors अनुकूली सुरक्षा योजनाओं, स्वयं-चिकित्सा नेटवर्क और उन्नत वितरण प्रबंधन प्रणालियों की रीढ़ हैं। वे बंद लूप नियंत्रण कार्यों जैसे गतिशील लाइन रेटिंग और स्वचालित मांग प्रतिक्रिया सक्षम करते हैं।

चुनौतियां और विचार

उनके लाभों के बावजूद, फासोर आधारित सिस्टम कई चुनौतियों का सामना करते हैं। डेटा विलंबता वास्तविक समय नियंत्रण को कम कर सकते हैं; ठेठ PMU डेटा में 50-100 ms की देरी होती है, जो उप-चक्र संरक्षण कार्यों के लिए बहुत धीमी हो सकती है। ]]]डेटा प्रबंधन एक अन्य मुद्दा है: एक PMU प्रति दिन मेगाबाइट के सैकड़ों उत्पन्न कर सकता है, जिसके लिए मजबूत संचार नेटवर्क और विशेष भंडारण समाधान की आवश्यकता होती है।

Cybersecurity एक बढ़ती चिंता है। Phasor डेटा धारा साइबरटैक के लिए संभावित वेक्टर हैं जो माप या आदेशों में हेरफेर कर सकते हैं। एन्क्रिप्शन और प्रमाणीकरण प्रोटोकॉल जैसे कि NIST साइबर सुरक्षा फ्रेमवर्क ]] द्वारा अनुशंसित।

इसके अलावा, क्षणिक स्थितियों के तहत या जब हार्मोनिक सामग्री अधिक होती है तो फासर आकलन की सटीकता को कम करने की आवश्यकता होती है। Taylor Series-based phasor estimation जैसे उन्नत एल्गोरिदम ऑफ-नौंसिक आवृत्ति और तेज परिवर्तनों को संभालने के लिए विकसित किए जा रहे हैं।

फसर आधारित अनुकूलन में भविष्य के रुझान

phasors की भूमिका डिजिटल जुड़वाँ की शक्ति प्रणालियों को अपनाने के साथ विस्तार होगी। ये आभासी प्रतिकृतियां PMU डेटा को मौसम पूर्वानुमान और बाजार डेटा के साथ जोड़ती हैं ताकि सिस्टम व्यवहार सेकंड आगे की भविष्यवाणी की जा सके। मशीन लर्निंग एल्गोरिदम phasor पैटर्न पर प्रशिक्षित किया गया है जो पारंपरिक तरीकों से पहले विसंगतियों का पता लगा सकता है।

]]कृत्रिम इंटेलिजेंस (AI) को वास्तविक समय के टोपोलॉजी पहचान और अनुकूली सुरक्षा के लिए फासोर डेटा पर भी लागू किया जा रहा है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग ग्रिड आधुनिकीकरण पहल ने ऐसी परियोजनाओं को वित्त पोषित किया है जो सिंक्रोफैसर्स का उपयोग करने के लिए सक्षम बनाने के लिए ]ग्रिड-बनाने वाले इनवर्टर [[FLT: 3]]] को 100 और # 37 के लिए; अक्षय ग्रिड। वितरण प्रणालियों में, माइक्रो-PMU फीडर स्तर पर phasor सटीकता ला रहे हैं, जो ओवरहेड लाइनों पर वोल्ट-VAR अनुकूलन और दोष स्थान को सक्षम बनाता है।

चूंकि पावर ग्रिड अधिक गतिशील, इन्वर्टर आधारित प्रणाली में विकसित होता है, इसलिए phasors एक मूलभूत उपकरण बने रहेंगे। दोनों परिमाण और कोण को पकड़ने की उनकी क्षमता उन्हें किसी भी इंजीनियर के लिए अनिवार्य बनाती है जो विद्युत शक्ति प्रणालियों के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और लचीलेपन को अनुकूलित करने की मांग करती है।