Phasors विद्युत शक्ति प्रणालियों के विश्लेषण और संरक्षण में मूलभूत उपकरण हैं। वे दो-आयामी विमान में वेक्टर के रूप में जटिल वैकल्पिक वर्तमान (एसी) तरंगों का प्रतिनिधित्व करने का एक सरल और शक्तिशाली तरीका प्रदान करते हैं, दोनों परिमाण और चरण कोण को कैप्चर करते हैं। यह प्रतिनिधित्व सामान्य संचालन, क्षणिक घटनाओं और दोष की स्थिति के दौरान बिजली प्रणालियों के व्यवहार को समझने के लिए आवश्यक है। phasors का उपयोग इंजीनियरों को समय-domain अंतर समीकरणों को अल्जीरियाई समीकरणों में बदलने में सक्षम बनाता है, जिससे बिजली प्रवाह, प्रतिबाधा और सिस्टम स्थिरता की गणना को बहुत सरल बना दिया जाता है। phasors के बिना, आधुनिक सुरक्षा योजनाएं बहुत कम प्रभावी होंगी, और बिजली के समझौते की विश्वसनीयता होगी।

गणितीय फाउंडेशन ऑफ Phasors

एक phasor एक जटिल संख्या है जो एक साइनसोइडल तरंगफॉर्म के आयाम और चरण कोण का प्रतिनिधित्व करती है। वोल्टेज संकेत के लिए v(t) = V m cos(ωt + φ)], संबंधित phasor is V = V m align φ], जहां V m एक प्रमुख विशेषता है, ω रैखिक दृष्टि है, और ch चरण बदलाव है। बिजली प्रणालियों में, आवृत्ति आम तौर पर 50 या 60 हर्ट्ज है, और phasors को स्थिर वोल्टेज पर घुमाने के लिए माना जाता है।

Phasor Arithmetic और पावर गणना

Phasors जोड़ा जा सकता है, घटाया, गुणा किया और मानक जटिल अंकगणित का उपयोग कर विभाजित किया। वास्तविक शक्ति (P), प्रतिक्रियाशील शक्ति (Q), और स्पष्ट शक्ति (S) वोल्टेज और वर्तमान phasors से प्राप्त कर रहे हैं: S = V I* (जहां I* वर्तमान phasor का जटिल संयुग्म है)। यह संबंध बिजली प्रवाह विश्लेषण और सुरक्षात्मक रिले की रीढ़ है। उदाहरण के लिए, एक दिशात्मक अतिवर्ती रिले वोल्टेज और वर्तमान phasors के बीच चरण कोण का उपयोग करता है ताकि गलती की दिशा निर्धारित की जा सके, जिससे चयनात्मक ट्रिपिंग सक्षम हो सके।

फ़्रिक्वेंसी डोमेन में Phasor

समय-घरेलू संकेतों को phasors में बदलकर इंजीनियर आवृत्ति डोमेन में काम करते हैं, जहां कैपेसिटिव और प्रेरक प्रतिबाधा पूरी तरह से काल्पनिक संख्या बन जाती है। इस परिवर्तन को ]phasor के रूप में जाना जाता है और लाप्लेस का एक विशेष मामला है जो साइनसोइडल स्थिर स्थिति के लिए बदलता है। यह अंतर समीकरणों को सीधे हल करने की आवश्यकता को समाप्त करता है और जटिल प्रतिबाधा के साथ नोडल और जाल विश्लेषण जैसी सर्किट विश्लेषण तकनीकों के उपयोग की अनुमति देता है।

पॉवर सिस्टम प्रोटेक्शन में Phasors की भूमिका

संरक्षण योजनाएं असामान्य स्थितियों जैसे शॉर्ट सर्किट, उपकरण विफलताओं, या अस्थिरता का पता लगाने पर निर्भर करती हैं। Phasors वोल्टेज और वर्तमान राज्यों के बारे में वास्तविक समय की जानकारी प्रदान करते हैं जो सामान्य और गलती की स्थिति के बीच भेदभाव करने के लिए सुरक्षात्मक उपकरणों को सक्षम बनाता है। जब कोई गलती होती है, तो फासोर माप परिमाण और चरण कोण में बदलाव प्रकट होता है --आमतौर पर वोल्टेज परिमाण में तेज गिरावट और वर्तमान परिमाण में वृद्धि, अक्सर एक चरण बदलाव के साथ। ये परिवर्तन सुरक्षा एल्गोरिदम के आधार को बदल देते हैं।

Phasor मापन इकाइयों (PMUs)

Phasor मापन इकाइयों (PMUs) ऐसे उपकरण हैं जो उच्च परिशुद्धता वाले वोल्टेज और वर्तमान phasor को मापते हैं और वैश्विक पोजिशनिंग सिस्टम (GPS) टाइम स्टैम्प का उपयोग करके ग्रिड में इन मापों को सिंक्रनाइज़ करते हैं। एक ठेठ PMU 30, 60, या 120 नमूनों की दर से माप को प्रति सेकंड-चाहे पारंपरिक पर्यवेक्षकीय नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण (SCADA) प्रणालियों की तुलना में तेजी से आउटपुट कर सकता है। यह उच्च गति वाली सिंक्रनाइज़ेशन PMUs को व्यापक क्षेत्रों में सिस्टम स्थितियों के सुसंगत, वास्तविक समय में स्नैपशॉट प्रदान करने की अनुमति देता है। PMUs व्यापक-क्षेत्र निगरानी, सुरक्षा और नियंत्रण (WAMPAC) सिस्टम की नींव हैं।

सिंक्रनाइज़ेशन और टाइम स्टैम्पिंग

जीपीएस टाइम सिग्नल पीएमयू को विभिन्न सबस्टेशन से माप को एक माइक्रोसेकंड के भीतर संरेखित करने में सक्षम बनाता है। यह सिंक्रनाइज़ेशन महत्वपूर्ण है क्योंकि 60 हर्ट्ज पर सिर्फ एक डिग्री की एक चरण त्रुटि लगभग 46 माइक्रोसेकेंड की समय त्रुटि से मेल खाती है। सटीक समय संरेखण के बिना, चरण कोण अंतर दूरी संरक्षण, अंतर सुरक्षा और सिंक्रनाइज़ेशन में इस्तेमाल किया जाता है, जिसका अर्थहीन होगा।

सुरक्षा योजनाओं का उपयोग Phasor

कई क्लासिक सुरक्षा योजनाओं में सीधे या अप्रत्यक्ष रूप से फासोर माप शामिल हैं।

अंतर संरक्षण

विभेदक सुरक्षा वर्तमान phasors की तुलना में एक संरक्षित क्षेत्र में प्रवेश करने और छोड़ने की तुलना करती है -आमतौर पर एक ट्रांसफार्मर, जनरेटर, या बसबार। सामान्य परिस्थितियों में, क्षेत्र में धाराओं का phasor योग शून्य (घोषणा) है। क्षेत्र के अंदर एक गलती एक बेमेल का कारण बनती है, जो रिले का पता लगाता है। आधुनिक संख्यात्मक रिले जटिल अंतर एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं जो वर्तमान ट्रांसफार्मर संतृप्ति और घुसपैठ धाराओं के लिए खाते हैं, लेकिन सिद्धांत phasor समानता में जड़ित रहता है।

दूरी संरक्षण

दूरी रिले वोल्टेज और वर्तमान phasors की तुलना में गलती के लिए प्रतिबाधा का अनुमान लगाते हैं जो रिले स्थान पर मापा जाता है। स्पष्ट प्रतिबाधा Z = V / I की तुलना पूर्व निर्धारित पहुंच सेटिंग की तुलना में की जाती है। यदि प्रतिबाधा संरक्षित क्षेत्र के भीतर गिरती है, तो रिले ट्रिपिंग शुरू करती है। Phasors सही ढंग से बुनियादी आवृत्ति घटक का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो आवश्यक है क्योंकि गलती क्षणिक होते हैं, हार्मोनिक होते हैं और डीसी घटकों को कम करते हैं जो सरल रिले को गलत तरीके से खोल सकते हैं। संख्यात्मक दूरी रिले डिजिटल फिल्टर (जैसे, फोरियर ट्रांस्फर) का उपयोग करते हैं ताकि phasor मात्रा को निकालने के लिए, गैर-निधिगत घटकों को खारिज किया जा सके।

Synchrophasor-Based संरक्षण

Synchrophasor संरक्षण द्वीप समूह, synchronism की हानि, या बाहर के चरण की स्थिति का पता लगाने के लिए कई PMU स्थानों के बीच चरण कोण अंतर का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, ग्रिड से जुड़े एक जनरेटर के पास अपने वोल्टेज फासोर को बारीकी से आवर्धन और बस वोल्टेज के साथ चरण में मिलान करना चाहिए। Synchrophasor आधारित योजनाओं को अनुकूली सुरक्षा भी सक्षम किया जा सकता है: सेटिंग्स को मापा चरण कोणों के आधार पर वास्तविक समय में समायोजित किया जा सकता है, तनावग्रस्त परिस्थितियों के दौरान सिस्टम स्थिरता में सुधार किया जा सकता है।

वाइड एरिया प्रोटेक्शन सिस्टम

वाइड एरिया प्रोटेक्शन सिस्टम (WAPS) का कुल डेटा दर्जनों या सैकड़ों PMUs से क्षेत्रीय अस्थिरता का पता लगाने के लिए, जैसे कि वोल्टेज पतन या पावर दोलन। Phasor आधारित एल्गोरिदम बढ़ते दोलनों (जैसे, 0.2–2 हर्ट्ज) की पहचान कर सकते हैं जो ब्लैकआउट को पूर्व में बताते हैं। 2003 की तरह घटनाओं ने विस्तृत क्षेत्र दृश्यता की आवश्यकता को उजागर किया; PMU नेटवर्क अब सिस्टम गतिशीलता की एक स्पष्ट तस्वीर के साथ ऑपरेटरों को प्रदान करते हैं, जिससे लोड शेडिंग या पीढ़ी की अस्वीकृति जैसे उपचारात्मक कार्यों को सक्षम किया जा सकता है।

संरक्षण में Phasors का उपयोग करने के लाभ

सुरक्षा प्रणालियों में फासोर माप का एकीकरण पारंपरिक तरीकों पर कई ठोस लाभ प्रदान करता है:

  • ]वर्धित दोष स्थानीयकरण: फिल्टर्ड फास्र्स पिनपॉइंट फॉल्ट स्थानों का उपयोग करके दूरी रिले अधिक सटीक रूप से, गश्ती समय और आउटेज अवधि को कम करने।
  • Faster उत्तर समय: PMU आधारित योजनाएं 100 मिलीसेकेंड के तहत गड़बड़ी का पता लगा सकती हैं और जवाब दे सकती हैं, जो क्षणिक स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण हैं।
  • ]Improved selectivity: Phasor तुलना आंतरिक और बाह्य दोषों के बीच सटीक भेदभाव को सक्षम करती है, अनावश्यक ट्रिपिंग को कम करती है।
  • Real-Time System Awareness:] वाइड एरिया फास्सर डाटा तनाव बिंदुओं और उभरते अस्थिरता को दर्शाता है कि स्थानीय रिले नहीं देख सकते हैं।
  • Adaptive Protection: सुरक्षा सेटिंग्स को सिस्टम टोपोलॉजी और फासोर माप पर आधारित गतिशील रूप से अद्यतन किया जा सकता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है।

चुनौतियां और सीमाएं

उनके फायदे के बावजूद, फासर आधारित सुरक्षा योजनाओं में कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।

डेटा गुणवत्ता और विलंबता

PMUs डेटा की विशाल मात्रा का उत्पादन करते हैं जिसे कम विलंबता के साथ संचारित, समयबद्ध और संसाधित किया जाना चाहिए। संचार देरी या डेटा हानि सुरक्षा प्रदर्शन को कम कर सकती है। IEEE C37.118 जैसे मानक प्रारूप और समय की आवश्यकताओं को परिभाषित करते हैं, लेकिन व्यावहारिक कार्यान्वयन को पैकेट हानि और जिटर के साथ सामना करना चाहिए। मिशन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में, अनावश्यक संचार पथ और स्थानीय बैकअप एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है।

क्षणिक स्थितियों के तहत Phasor आकलन

दोषों के दौरान, वोल्टेज और वर्तमान तरंगों में डीसी ऑफ़सेट, हार्मोनिक्स और इंटरफार्मोनिक्स का क्षय होता है। मानक फासर अनुमान एल्गोरिथ्म (जैसे, डीएफटी) एक शुद्ध साइनसोइड मान लेते हैं और क्षणिक समय के दौरान गलत हो सकते हैं। टेलर-फरियर रूपांतरण या कलमैन फिल्टर जैसे उन्नत एल्गोरिदम गतिशील phasors को ट्रैक करने के लिए नियोजित होते हैं लेकिन कम्प्यूटेशनल जटिलता को बढ़ाते हैं।

साइबर सुरक्षा

पीएमयू नेटवर्क साइबर-भौतिक प्रणाली हैं जो हमलों के लिए कमजोर हैं। स्पोफ्ड फासर माप सुरक्षा योजनाओं के maloperation का कारण बन सकता है। एन्क्रिप्शन, प्रमाणीकरण और सुरक्षित संचार प्रोटोकॉल आवश्यक हैं। एनईआरसी क्रिटिकल इन्फ्रास्ट्रक्चर प्रोटेक्शन (सीआईपी) मानकों को इन चिंताओं में से कुछ को संबोधित करते हैं, लेकिन खतरा परिदृश्य विकसित होना जारी रहता है।

फसर आधारित संरक्षण में भविष्य के रुझान

सुरक्षा में phasors की भूमिका प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ विस्तार हो रही है। उभरते रुझानों में शामिल हैं:

  • PMU-Integrated इंटेलिजेंट इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (IEDs): सुरक्षात्मक रिले में अक्सर अतिरिक्त लागत पर अंतर्निहित PMU कार्यक्षमता शामिल है, जिससे व्यापक तैनाती को सुविधाजनक बनाया जा सकता है।
  • Phoor विश्लेषण के लिए मशीन लर्निंग: PMU रिकॉर्डिंग के बड़े डेटासेट पर प्रशिक्षित तंत्रिका नेटवर्क पारंपरिक रिले जवाब से पहले incipient दोष या सूक्ष्म दोलन का पता लगा सकते हैं।
  • Phasor Data Concentrators (PDCs):] केंद्रीयकृत या वितरित PDCs संरेखित और कुल PMU धाराओं, वास्तविक समय नियंत्रण और पोस्ट-ईवेंट विश्लेषण के लिए एक प्रणाली-व्यापी दृश्य प्रदान करते हैं।
  • डिजिटल जुड़वां और सिमुलेशन: Phasor माप का उपयोग पावर ग्रिड के डिजिटल जुड़वां मॉडल को कैलिब्रेट और मान्य करने के लिए किया जाता है, जिससे भविष्य की सुरक्षा और कौन-सा विश्लेषण सक्षम हो जाता है।

निष्कर्ष

Phasors विद्युत शक्ति प्रणाली संरक्षण का एक आधारशिला रहता है। सरल बीजगणित सुविधा से वे PMU नेटवर्क द्वारा प्रदान किए गए निकट-वास्तविक समय-समय पर सतर्कता के विश्लेषण में स्थिर-राज्य विश्लेषण प्रदान करते हैं, phasor सही ढंग से और तेजी से गलती को भेदभाव करने के लिए सुरक्षात्मक रिले सक्षम करते हैं। चूंकि ग्रिड अक्षय ऊर्जा स्रोतों, वितरित पीढ़ी और बढ़ी हुई बिजली इलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस के साथ विकसित होता है, इसलिए तेजी से, सटीक, व्यापक-क्षेत्र संरक्षण की आवश्यकता केवल बढ़ जाएगी। PMU इन्फ्रास्ट्रक्चर में निवेश, उन्नत phasor अनुमान एल्गोरिदम, और मजबूत साइबर सुरक्षा सुनिश्चित करेगी कि विद्युत शक्ति के दशकों की विश्वसनीयता और सुरक्षा को जारी रखने के लिए phasor आधारित सुरक्षा योजनाएं।