電力システム保護スキームにおけるファーザーとその役割

ファーザーは、電力システムの分析と保護における基本的なツールです。それらは、単純化されたけれども強力な方法を提供し、複雑な交流電流(AC)波形を2次元平面のベクトルとして表現し、倍率と相角の両方をキャプチャします。この表現は、通常の操作、一時的なイベント、および欠陥条件の間の電力システムの動作を理解するために不可欠です。 phasorsの使用は、エンジニアが時間差分を変化させる方向転換を変化させるようにして、電力系統の制限を簡素化し、電力システムが大幅に低減し、信頼性が向上します。

博士の数学的基礎

バランスのとれたファサーは、シンジイド波形の振幅と相角を表す複雑な数値です。電圧信号v(t) = V m cos(ωt + φ)の場合、対応するファサーはV = V m δφ、V mは、V mは、マグニチュード(M)、ピーク()])、周波数は、周波数と周波数が異なる、V = V m の相は、同じです。

ファーザーの有能で、力計算

ファーザーは、標準の複雑な算数を使用して、割込み、多重化、分割することができます。実際の電力(P)、反応力(Q)、および明らかな電力(S)は、電圧および電流のファサーから派生しています。 S = V I * (I *は、現在のファサーの複雑なコンファゲートです)。この関係は、電力の流れ分析と保護リレーのバックボーンです。たとえば、方向の過電流リレーは、電流方向の方向の方向を調節し、方向の方向を決定する方向に向かうために、電流の方向を決定する方向の角度を使用します。

周波数ドメインのファサード

タイムドメイン信号をファザーに変換することにより、エンジニアは周波数領域で働き、容量性および誘導インピーダンスが純粋に想像する数値になる。この変換は、ファサー変換として知られており、シンノイドの安定した状態のためのLaplace変換の特別なケースです。異なる式を解決し、直接回路解析の使用を可能にし、インピーダンスと複雑な分析技術やインピーダンスなどの回路解析を使用することができます。

パワーシステム保護におけるファーザーの役割

保護方式は、短絡、機器の故障、または不安定性などの異常な条件を検出することに依存しています。ファーザーは、保護装置が正常および欠陥条件間で差別化できるように、電圧および電流状態に関するリアルタイム情報を提供します。障害が発生した場合、ファサール測定は、電圧の大きさと相角の変化を明らかにし、電流の大きさの急激な低下、相変化を伴うことが多い。これらは、保護アルゴリズムに基づいて変化します。

蛍光体測定ユニット(PMU)

Phasor 測定ユニット(PMUs)は、電圧と電流のファサールを測定する装置で、グローバルポジショニングシステム(GPS)タイムスタンプを使用して、グリッド全体でこれらの測定値を同期させます。典型的な PMU は、30 の率で測定を出力することができます。 60 秒あたりの平均出力、または 120 個の試料を出力できます。従来のスーパーバイザー制御とデータ取得(SCADA)システムよりもはるかに高速です。この高速同期により、PMU は、PMU が、一貫性、リアルタイムのスナップ状況をリアルタイムに監視できるようになり、PMU は、より広範囲にデータを監視します。

同期と時間スタンピング

GPS 時間の信号は PMU が 1 つのマイクロ秒以内に異なったサブステーションから測定を一直線に合わせることを可能にします。 60 Hz の 1 つの程度の相差がおよそ 46 マイクロ秒の時間の間違いに相当するのでこの同時性は重要です。精密な時間の直線なしで、間隔の保護で使用される段階の角度の相違は、差動の保護およびシンクロホールの適用意味がありません。

防護スキームファーザーを用いた

複数の古典的な保護スキームは、直接または間接的にファサー測定を組み込む。

差分保護

差動保護は、保護されたゾーンを入力および残している現在のファサールを比較します。通常、トランス、ジェネレータ、またはバスバー。通常の条件下では、現在のパーシャルの相続の合計がゼロ(損失の無視)です。ゾーン内の障害は、リレーが検出する不一致を引き起こします。現代の数値リレーは、現在のトランスの飽和と急流のアカウントが複雑な差動アルゴリズムを使用しますが、原則は、phasorの質で根ざします。

距離の保護

距離リレーは、リレー位置で測定された電圧と電流のファサーを比べると、障害を断ちます。明らかなインピーダンスZ = V / Iは、所定のリーチ設定と比較しています。インピーダンスが保護されたゾーン内で落ちると、リレーはトリップを開始します。ファーザーは、欠陥トランジェントがNuleadの単純なリレーコンポーネントを誤って調整できるため、基本的な周波数コンポーネントを正確に表しています。距離は、非ファーマフィルタを変換します。距離は、非ファーマのフィルタを変換します。

シンクロフハザーベースの保護

Synchrophasor 保護は、複数の PMU の場所間の相角の相違を使用して、島々の損失、同期の損失、または段階外の状態を検出します。例えば、グリッドに接続する発電機は、その電圧の相差を間接的に一致させ、バス電圧と相差を合わせなければなりません。Synchrophasor ベースのスキームは、適応性保護を有効にします。設定は、測定されたフェーズの角度に基づいてリアルタイムで調整することができ、ストレス条件のシステム安定性を向上させることができます。

広域保護システム

電圧崩壊や電力振動などの地域不安定性を検出するために、数十または数百のPMUから広域保護システム(WAPS)の集計データを集約します。ファーザーベースのアルゴリズムは、成長する振動(例えば、0.2〜2 Hz)を識別することができます。 2003年ノースイーストブラックアウトのようなイベントは、広域可視性の必要性を強調しました。 PMUネットワークは、オペレータにシステム動的画像を提供し、そのような動作を拒絶したり、そのような行動を拒絶したりすることができます。

保護のファーザーの使用の利点

保護システムへのphasor測定の統合は従来の方法上の複数の具体的な利点を提供します:

[] 故障ローカリゼーションの強化:[ フィルタされたファサーのピンポイント障害位置を使用して距離リレーを正確に配置し、パトロール時間と停電時間を減らします。
応答時間:] 過渡安定性に重要な100ミリ秒未満の障害を検出し、応答することができます。
[]改良された選択性:[のファーザー比較は、内部および外部の欠陥間の正確な差別を可能にし、不要なトリップを最小限に抑えます。
リアルタイムシステム意識:[広域領域のデータを明らかにし、ローカルリレーが見えないストレスポイントと新興の不安定性が現れます。
[適応保護:[]]]]保護設定は、システムトポロジーとファサー測定に基づいて動的に更新され、信頼性が向上します。

課題と限界

一方、その利点にもかかわらず、ファサーベースの保護スキームはいくつかの課題に直面しています。

データ品質とレイテンシ

PMUsは、送信、タイムアライメント、および低レイテンシで処理しなければならない膨大な量のデータを生成します。通信遅延やデータ損失は、保護性能を低下させる可能性があります。 IEEE C37.118などの標準は、フォーマットとタイミングの要件を定義しますが、実用的な実装は、パケット損失とジッタに対処する必要があります。ミッションクリティカルなアプリケーションでは、冗長通信経路とローカルバックアップアルゴリズムが使用されます。

一時的な条件下での蛍光体推定

障害時、電圧および電流波形はDCオフセット、調和、およびインターハーモニックを宣言する。標準のファサール推定アルゴリズム(例えば、DFT)は純粋な副鼻腔を仮定し、過渡の間に不正確であることができます。テイラー・フーアーの変形またはカルマンフィルターのような高度なアルゴリズムは、動的ファサーを追跡するために用いられますが、計算された複雑さを高める。

サイバーセキュリティ

PMUネットワークは、攻撃に脆弱なサイバー物理システムです。驚くべきファサー測定は、保護スキームの誤動作を引き起こす可能性があります。暗号化、認証、および安全な通信プロトコルは不可欠です。 NERC Critical Infrastructure Protection(CIP)基準は、これらの懸念の一部に対処しますが、脅威の景観は進化し続けています。

ファーザーベースの保護における将来のトレンド

保護中のファサーのロールは、技術の進歩とともに拡大しています。新興トレンドには、

[PMU統合インテリジェント電子デバイス(IEDs):[]]]保護リレーは、より広い展開を促進し、追加のコストなしで内蔵PMU機能が含まれている。
蛍光体解析の機械学習:[ PMUの記録の大きなデータセットで訓練された神経ネットワークは、従来のリレーが応答する前に、潜在的障害や微小振動を検出することができます。
[Phasorデータコンセントレイター(PDCs):[[]]集中または分散PDCsアライメントとPMUストリームを集計し、リアルタイム制御とポストエベント解析のためのシステム全体ビューを提供します。
[デジタルツインとシミュレーション:[] 蛍光体測定は、電力網のデジタルツインモデルを校正し検証し、予測保護とどのような分析を可能にします。

コンテンツ

ファーザーは、電力システム保護の礎石を維持します。単純な高度の利便性から、PMUネットワークが提供するほぼリアルタイムのバイジランスに安定した状態分析を提供し、ファサーは、保護リレーが正確かつ迅速に欠陥を開示できるようにします。グリッドは、再生可能エネルギー源、分散生成、および増加した電力電子インタフェースにより進化するにつれて、高速で正確で広いエリア保護の必要性は成長します。 PMUインフラに投資し、高度なファサードは、サイバーセキュリティ対策とセキュリティ対策を継続し、サイバーセキュリティシステムを保護します。