전력 시스템의 Phasors와 역할 주파수 규정

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Phasors의 이해

phasor는 고정 주파수에서 sinusoidal 파형의 두 가지 크기와 단계 각도를 인코딩하는 복잡한 번호입니다. 주파수 영역으로 시간 배란 sinusoids를 변환함으로써 엔지니어는 엑기스티브 작업으로 차별 방정식을 대체 할 수 있습니다.

수학 재단

어떤 sinusoidal 양은 다음과 같이 표현될 수 있습니다:

v(t) = Vm]] cos(ωt + φ)]]

여기서 Vm]]는 피크 진폭, ω]는 각 주파수 (rad/s), φ는 단계 각도입니다. 유러의 공식을 사용하여, 이것은 회전 벡터의 실제 부분이됩니다:

v(t) = Re{ V]m]] e]j(ωt + φ)] }]]

phasor는 복잡한 일정으로 정의됩니다 V = V]m]e]jφ]], 종종 극 형태로 작성 ]V = V]m] Δ φ] [FLT:]]] ]]]] ]]]]] ]]]]]]]] ]]]]]]]]] ]]]]]]]]]]]]] ]]]]]]]]]]] ]]]]]]]] :1:1:1:0]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

Phasor 아람

AC 회로 분석시, Kirchhoff의 법과 Ohm의 법은 phasors에 직접 적용. 예를 들어, 저항기의 임피던스 R]은 Z]R = R, 인덕터에 대한 동안 LT]Z]]][FLT]]]]]]]]]

Power System Analysis의 Phasors

Phasors는 힘 체계의 꾸준한 상태와 일시적인 분석을 위해 indispensable 입니다.

Steady-State 힘 교류

로드 플로우 연구에서 각 버스는 전압 파서 (magnitude and angle)을 할당합니다. 전원 주입 및 흐름은 파서 관계를 사용하여 계산됩니다. 결과적으로 전력 흐름 식이 요법은 계획 및 운영 결정에 대한 기초 형성합니다. PSS / E 및 PowerWorld와 같은 소프트웨어 도구는 버스와 지점의 수천을 시뮬레이션하기 위해 phasor 표현에 의존합니다.

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결함 또는 전환 이벤트 중, 시스템의 동적 응답은 전기 기계적 진동을 포함합니다. 발전기 로터 동적을 고려하는 Phasor 모델은 시스템이 동기화 될 것인지 예측하는 데 도움이됩니다. 예를 들어, 동일 영역의 선행은 phasor 다이어그램을 사용하여 안정성 한계를 감안합니다.

전력 시스템의 주파수 규제

주파수 안정성은 신뢰할 수있는 전력 시스템 운영의 코너스톤입니다. 상호 연결 그리드에서 시스템 주파수 (50 또는 60 Hz)는 세대와 부하 사이의 실시간 균형을 반영합니다. 모든 불균형은 주파수 편차를 유발합니다. 과잉 세대는 주파수를 높일 때 과잉 부하가 낮아집니다.

주파수 제어에 대 한 필요

지속된 주파수 편차는 장비, 방아쇠 보호 릴레이를 손상하고, 캐스케이드 아웃 ages로 지도할 수 있습니다. 조정 기준은 좁은 밴드 (예를들면, 많은 격자를 위한 ±0.05 Hz) 안에 유지된다는 것을 요구합니다. 빈도 통제는 그러므로 3개의 층으로 분할됩니다: 1 차, 이차 및 tertiary 응답.

]Primary control는 자동 및 로컬: 발전기에 대한 주관자는 주파수 변화를 체포하기 위해 초 이내에 출력을 조정한다. Secondary control, 종종 자동 생성 제어 (AGC)라고 불리는, 그것의 공칭 값에 빈도를 복원하고 타이 라인 흐름을 유지합니다. Tertiary control] 또는 이차적 용량을 예약 할 수 있습니다.

Phasor 측정 단위 (PMU)

기존의 초고압 제어 및 데이터 수집 (SCADA) 시스템 샘플 데이터 매 2-4 초, 빠른 일시 정지를 캡처하기위한 inadequate. Phasor 측정 단위 (PMU)는 초당 60 개 샘플 (60Hz 시스템 용)의 전압 및 전류 파의 동기화, 고속 측정을 제공합니다.

PMUs 작업

PMU 시간 샘플은 GPS 신호를 사용하여 phasor 측정을 통해 다양한 지리적 영역에서 동기화를 보장합니다. 단위는 분리형 포어 변환 (DFT) 알고리즘을 사용하여 긍정적 인 주파수 파서를 계산합니다. 각 측정에는 크기, 위상 각도, 주파수 및 빈도 (ROCOF)의 비율이 포함됩니다.

Synchrophasor 기술

용어 synchrophasor는 일반적인 시간 참조로 측정된 파서에 나타납니다. IEEE Standard C37.118은 synchrophasor 데이터의 형식과 정확도 요구 사항을 정의합니다. 유틸리티는 다양한 영역 모니터링 시스템 (WAMS)을 만들기 위해 주요 변전소 및 세대 식물의 PMUs를 배치합니다.

주파수 규정에 있는 Phasors의 신청

Phasors는 실시간, 고해상도 데이터를 제공하여 빈도 조절을 향상시켜 빠르고 더 많은 정보를 알 수 있는 제어 작업을 가능하게 합니다.

실시간 주파수 모니터링

PMUs는 높은 정확도를 가진 빈도와 ROCOF를 보고합니다. 체계 통신수는 일상적인 짐 변화와 심한 방해 사이 구별하는 것 같이 빈도 excursions를 관찰할 수 있습니다. 조기 탐지는 필요한 경우에 예비선수의 더 빠른 배치를 허용합니다.

와이드 아레아 모니터링 시스템 (WAMS)

WAMS는 수십 년에서 수백 개의 PMUs의 데이터로 작업자가 단계 각도와 주파수 그리스의 전체보기를 제공합니다. 복도의 위상 각도 차이에서 급격한 증가는 불멸의 불안정성을 나타냅니다. WAMS는 또한 계획 연구에서 사용되는 모델 검증을 돕습니다.

향상된 자동 발생 제어

AGC는 SCADA 측정과 영역 제어 오류 (ACE)를 사용하여 순 인터체인지 및 주파수 바이스로 계산됩니다. PMU 데이터로 AGC는 실시간 위상 각도 정보를 통합하여 생성의 정확한 할당을 더 정확하게 파악할 수 있습니다. 일부 고급 계획은 phasor 기반 주파수 편차 신호를 사용하여 간섭 완화를 빠르게 댐핑합니다.

예를 들어, phasor 기반 보완 제어 루프]는 회전자 각도 차이를 측정하는 응답으로 발전기 출력을 조절할 수 있습니다. 이 기법은 ]wide-area 댐핑 제어]로 알려진 여러 개의 그리드에서 성공적으로 시연되었으며 북미 서부 인터커넥션을 포함한 여러 개의 그리드에서 성공적으로 시연되었습니다.

포스트 이벤트 분석

시퀀스 후, 아카이브 PMU 데이터는 엔지니어가 세부 사항에서 이벤트를 재생할 수 있습니다. phasor 기록은 주파수 편차, 라인 여행의 시퀀스, 발전기 응답의 시작을 피할 수 있습니다. 이 포렌식 분석은 제어 설정 및 운영 절차 개선을 돕습니다.

Phasor 기반 주파수 규정의 이점 및 도전

핵심 이점

  • 실험된 상황 인식: 연산자는 전체 상호 연결에 걸쳐 주파수 및 위상 각도 동적을 볼 수 있습니다.
  • Faster detection:] 초당 30-60 샘플의 PMU 데이터는 주파수 동종의 하위 두 번째 식별을 가능하게 합니다.
  • 더 나은 조정: phasors를 사용하여 넓은 지역 제어는 여러 제어 영역을 댐핑 할 수 있습니다.
  • Enhanced model validation:] Phasor Measurement는 안정성 연구에서 사용되는 동적 모델에 대한 지상 진실을 제공합니다.
  • 재생 통합 지원: 풍력 및 태양광 농장은 관성에 대한 PMU 신호를 사용하여 주파수 규제에 참여할 수 있습니다.

기술 도전

  • Data latency: PMUs와 Control Center 간의 통신 지연은 제대로 보상되지 않는 경우 폐쇄 루프 제어의 효과를 평가할 수 있습니다.
  • Cybersecurity: Synchrophasor 네트워크는 잠재적인 대상입니다; 암호화 및 인증은 견고해야 합니다.
  • 데이터 볼륨:높은 비율 PMU 스트림은 상당한 저장 및 처리 인프라를 필요로 합니다.
  • Standardization: 다른 납품업자에게서 PMUs 사이 상호 운용성 아직도 IEEE C37.118 및 IEC 61850에 엄격한 수락을 요구합니다.

미래 지향

전력 시스템은 인버터 기반 자원과 분산 세대의 높은 침투와 진화, phasor 기술은 주파수 규제에 더 많은 중심이 될 것입니다. 이머징 추세는 다음과 같습니다 :

  • Distributed PMUs: 배포 지류에 설치된 낮은 비용 PMUs는 가장자리 수준 가시성을 제공합니다.
  • Machine Learning: AI 알고리즘은 동시 주파수 이벤트를 예측하고 예방 조치를 권합니다.
  • Virtual 관성 제어: 배터리 에너지 저장 시스템 및 그리드 형성 인버터는 비동기 기계 관성에 대한 비동기 측정을 사용하여 저 관성 그리드에서 주파수를 안정화 돕습니다.
  • Multi-time-scale coordination: 최적의 자원 할당을 위한 느린 AGC 루프와 PMU 기반 급속한 제어를 결합합니다.

관련 기사

Phasors는 시간도주 복잡성에서 AC 전원 시스템의 분석 및 제어를 관리할 수 있는 복잡한 알프스브로 변환합니다. 높은 속도 PMU 측정 및 넓은 영역 모니터링으로 사용 가능한 주파수 조절에 대한 응용 프로그램은 현대 그리드를 안정적으로 유지하기 위해 필요한 정밀성을 제공합니다. 이러한 문제는 데이터 지연 및 사이버 보안에 남아 있지만, 지속적인 발전은 신뢰할 수 있고 탄력있는 전력 시스템의 코너스톤으로 phasors의 역할을 강화하는 것입니다. 자세한 내용은 [LTLTLT] [FEE] [FEE] [FEE]] [FEE] [FEE]] [FEE]] [FEE]] [FEE]] [F]] [F]]] [FEE]] [F]] [FEE]] [F]] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]]]]] [F] [F]]] [F] [F]]