دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش قدرت
با عنوان :تخمین پارامترهای شبکه قدرت بر اساس کمیات بهره برداری اندازه گیری شده بهنگام با بهره گرفتن از واحدهای اندازه گیری فازوری جایابی شده به کمک الگوریتم ژنتیک
تخمین پارامترهای شبکه قدرت بر اساس کمیات بهره برداری اندازه گیری شده بهنگام با بهره گرفتن از واحدهای اندازه گیری فازوری جایابی شده به کمک الگوریتم ژنتیک
پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق قدرت
گرایش قدرت
استادراهنما:
محمد رضا آقا محمدی
دیماه 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
برنامه ریزی توسعه شبكه، برنامه ریزی بهره برداری و یافتن راهكارهایی برای بهبود امنیت و عملكرد اقتصادی سیستم قدرت همگی نیازمند انجام مطالعات سیستم میباشند. ضروریترین قدم در انجام این مطالعات، مدلسازی شبكه بوده كه خود نیازمند اطلاعات دفیق از پارامترهای امپدانسی خطوط و ترانسفورماتورها است. این پارامترها میتوانند تحت شرایط کاری و محیطی و یا عمر تجهیزات تغییر نمایند. بنابراین نیازمند تخمین پارامترهای شبکه به صورت بهنگام خواهیم بود. در سالهای اخیر تخمین پارامترهای شبكه به صورت بهنگام براساس اطلاعات كمیات بهرهبرداری، موضوعی است كه با به كارگیری واحدهای اندازه گیری فازوری مورد توجه واقع شده است. در این پایان نامه ، روش پیشنهادی قادر است که با بهره گرفتن از 3 نوبت اندازه گیری از کمیات ولتاژ و جریان در ابتدای دوخط متوالی، پارامترهای آن دو خط و همچنین ولتاژ شین میانی را تخمین بزند. بوسیله این الگوریتم میتوان به طور همزمان به تخمین متغیرهای حالت و پارامترهای امپدانسی شبكه پرداخت. مزیت این روش نسبت به روشهای دیگر این است که به تعداد کمتری از دستگاههای اندازه گیری نیاز دارد. در این پایان نامه ابتدا به معرفی الگوریتم تخمین حالت-پارامتر پرداخته شده و سپس با توجه به الگوریتم ارائه شده به جایابی بهینه واحدهای اندازه گیری فازوری پرداخته خواهد شد. در پایان، جایابی بهینه واحدهای اندازه گیری فازوری و الگوریتم پیشنهادی تخمین حالت-پارامتر بر روی شبکه 39 باسه IEEE به عنوان شبکه آزمون پیاده سازی شدهاست.
واژه‌های کلیدی — تخمین پارامتر؛ تخمین حالت؛ كمیات بهرهبرداری؛ واحدهای اندازه گیری فازوری؛ جایابی بهینه PMU
فهرست
فصل دوم: مروری بر منابع و پیشینه تحقیق 5
2-2- روش تخمین پارامتر با بهره گرفتن از الگوریتم تخمین حالت….. 7
2-2-2- محاسبه خطای پارامتر به روش آنالیز حساسیت 11
2-2-3- محاسبه خطای پارامتر به روش گسترش بردار حالت 15
2-3- روش مستقیم تخمین پارامتر 20
2-3-3- الگوریتم تخمین پارامتر در روش مستقیم 27
2-4- جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازوری. 27
2-4-1- روش توپولوژیكی تحلیل مشاهدهپذیری 29
فصل سوم: الگوریتم ارائه شده برای تخمین پارامتر و جایابی بهینه واحد اندازه‌گیری فازوری…………………………….32
3-2- الگوریتم تخمین حالت- پارامتر 34
3-2-1- بررسی نحوه عملکرد الگوریتم تخمین حالت- پارامتر 35
3-3- جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازوری. 38
3-3-1- توصیف کلی الگوریتم جایابی بهینه واحد اندازه‌گیری فازوری 40
فصل چهارم: نتایج شبیهسازی……… 51
4-2- نتایج بدست آمده برای جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازوری 53
4-2-1- نتایج جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازوری به منظور تخمین حالت سیستم 53
4-2-3- نتایج جایابی بهینه واحدهای اندازه‌گیری فازوری با در نظر گرفتن شینهای تزریق صفر 61
4-3- ارزیابی دقت تخمینگر پارامترهای سیستم …………………………………………………………………………………………66
4-3-1- بررسی تأثیر تعداد نمونه گیری ها بر دقت تخمین 66
4-3-2- بررسی تأثیر فاصله نمونه‌گیری‌ها بر دقت تخمین 68
4-3-3- تخمین پارامترهای یک خط بوسیله ترکیب‌های مختلف 75
فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادها 78
پیوست…………………………………………………………………………………………………………………………84
فصل 1- فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
برنامه ریزی توسعه شبكه، برنامه ریزی بهره برداری و یافتن راهكارهایی برای بهبود امنیت و عملكرد اقتصادی سیستم قدرت همگی نیازمند انجام مطالعات سیستم میباشند. ضروریترین قدم در انجام این مطالعات، مدلسازی شبكه بوده كه خود نیازمند اطلاعات دقیق از پارامترهای امپدانسی خطوط و ترانسفورماتورها است. تخمین پارامترهای شبكه به صورت بهنگام بر اساس اطلاعات كمیات بهره برداری موضوعی است كه با به‌کارگیری واحدهای اندازه گیری فازوری مورد توجه واقع شده است.
تخمین پارامتر[1] روندی است که طی آن یک یا چند پارامتر شبکه که درستی آن ها مشخص نیست، تخمین زده میشوند. مقادیر صحیح پارامترها برای عملکرد امن و اقتصادی سیستم قدرت مورد نیاز است. بیشتر کاربردهای اقتصادی و امنیتی شبکه به مقادیر دقیق پارامترهای شبکه نیاز دارد. این در حالی است که پایگاه داده ها اغلب دارای پارامترهای نادقیق هستند. خطای پارامترها ممکن است به دلایل زیر باشد:
- اطلاعات نادقیقی که سازنده تجهیزات در اختیار مشتری قرار میدهد.
- تغییرات در شبکه که به اطلاع اپراتورهای پایگاه داده نرسیده است.
- عملکرد شبکه در شرایطی متفاوت از فرضیات ایدهآلی که برای محاسبات ریاضی فرض شده است.
- نادقیق بودن دستگاههای اندازه گیری
سازندههای تجهیزات قدرت آزمایشهایی را بر روی تجهیزات خود انجام می دهند. با این آزمایش‌ها پارامترهای مدار معادل تجهیز خود را به دست آورده و در اختیار مشتری قرار می دهند. باید دقت داشت که این پارامترها به دلایل مختلفی دارای خطا میباشند. اگر این پارامترها در پایگاه داده بدون تصحیح ثبت شوند ممکن است در نتایج مطالعات سیستم خطا به وجود آورند. شبکه قدرت دائماً در حال تغییر است. عملکرد رلهها در هنگام خطا و جدا کردن خطوط، خارج کردن تجهیزات قدرت مانند ترانسفورماتورها و خطوط به علت تعمیرات، ورود و خروج واحدهای تولیدی و مصرفی و تغییر در تپ ترانسفورماتورها از جمله تغییراتی است که به دفعات در سیستم قدرت در حال رخ دادن است. در این بین ممکن است برخی از این تغییرات به علل مختلف در پایگاه داده ها ثبت نشود. پس لازم است این تغییرات شناسایی شوند. علاوه بر این موضوع مدلهایی که برای سیستم ارائه می شود شامل معادلات غیرخطی خواهد بود. برای بالا بردن سرعت و سادهسازی محاسبات اغلب خطیسازیهایی در معادلات صورت میگیرد که این باعث کاهش دقت در محاسبات و در نتیجه کاهش دقت پارامترهای تخمین زده خواهد شد؛ بنابراین برای عملکرد صحیح سیستم قدرت، پایگاه داده باید امکان به‌روز کردن پارامترها را به طور پیوسته دارا باشد.
کاربردهای امنیتی شبکه نیازمند اطلاعات دقیقی از شبکه است. همان طور که بیان شد به دلایل مختلف ممکن است مقادیر ثبت‌شده برای پارامترها با خطا همراه باشند. در حفاظت سیستمهای قدرت، الگوریتمهای حفاظتی مختلفی همچون الگوریتم حفاظتی رله دیستانس مستلزم دسترسی به پارامترهای دقیق شبکه برای تنظیم رلهها و در صورت بروز خطا، مکان یابی آن است؛ بنابراین نیازمند دسترسی به پارامترهای دقیق هر خط هستیم.
در بهره برداری از شبکه نیز این امر بسیار مهم است. با اندازه گیری کمیتهای موثر مانند ولتاژها، جریانها و توان خطوط، وضعیت خطوط انتقالی و پارامترهای آن، وضعیت کلیدها، فرکانس، توان تولیدی واحدها، تپ ترانسها و… بررسی می شود. این اطلاعات به نرمافزارهای مختلفی مانند نرمافزار تخمین زننده حالت سیستم ارسال‌شده تا وضعیت کلی سیستم در دسترس باشد. اطلاعات به دست آمده از این فعالیتها بایستی به طور دقیق مورد بررسی قرار گیرد تا نتایج این بررسیها به طور دقیق در اختیار بهرهبردار شبکه قرار گیرد تا بهرهبردار بتواند با سرعت کافی جهت جلوگیری از ایجاد اختلالات بزرگ، اقدامات مورد نیاز را انجام دهد.
دقت تخمین پارامتر به شدت به دقت اندازه گیریها وابسته است. همواره در سیستمهای اندازه‌گیری عواملی همچون نویز و خطا در کالیبره کردن دستگاههای اندازه گیری وجود دارد که این باعث کاهش دقت اندازه گیری و به تبع آن کاهش دقت در تخمین پارامتر خواهد بود ][1][. در گذشته اندازه گیری کمیتهای سیستم قدرت توسط سیستمهای اندازه گیری سنتی صورت میگرفته است. این سیستمها از دقت مناسبی برخوردار نبودند. مشکل دیگر این سیستمها همزمان نبودن عملکرد آن ها بود. در یک زیرسیستم که به صورت مجزا کار می کند، همزمانسازی به معنای گسترده معنا نخواهد داشت؛ چرا که یک سیگنال پالس می تواند تمام اندازه گیریها را همزمان کند؛ اما هنگامیکه کمیتهای اندازه گیری از مناطق مختلف بدست آورده میشوند، نیاز داریم تا با بهره گرفتن از سیستمی مناسب این کمیتها را همزمان کرده و تا جای ممکن دقت اندازه گیری و به تبع آن دقت تخمین را بالا ببریم.
در این پایان‌نامه اصول الگوریتم پیشنهادی برای تخمین پارامترهای شبكه و ولتاژ شینها مبتنی بر دستهبندی خطوط شبكه به بستههای متشكل از دو خط متوالی میباشد. تركیب هر دو خط متوالی و سه شین آن ها تشكیل یک بسته تخمین پارامتر را داده كه واحد اندازه‌گیری فازوری[2] در ابتدای دو خط قرارگرفته و با اندازه گیری ولتاژ و جریان ابتدای خطوط در طی چند نمونه اندازه گیری قادر به تخمین پارامترهای دو خط و ولتاژ شین میان آن ها خواهند بود.
در یک شبكه واقعی با تعداد خطوط زیاد، تركیبات متعددی از بستههای دوتایی خطوط وجود دارد لذا انتخاب یک آرایش بهینه برای نصب واحدهای اندازه گیری فازوری مستلزم محاسبات بهینه سازی میباشد. فرایند كلی الگوریتم پیشنهادی برای تخمین پارامترها و حالت سیستم را میتوان به دو مرحله کلی تقسیم بندی نمود. در مرحله اول، با توجه به تمام تركیبات ممكن برای بستههای دوتایی خطوط، بر اساس یک روش بهینه سازی مانند الگوریتم ژنتیک محل نصب واحدهای اندازه گیری فازوری در شبكه جایابی میگردند. اساس بهینه سازی بر حداقلسازی تعداد واحدهای اندازه‌گیری فازوری برای رویتپذیری و تخمین تمام خطوط و ولتاژ شینها میباشد. پس از جایابی بهینه محل واحدهای اندازه گیری فازوری بر روی شینهای شبكه، تركیب بستههای دوتایی خطوط برای تخمین پارامترهای شبكه مشخص شده كه با پیاده سازی الگوریتم تخمین پارامتر-حالت بر روی هر بسته میتوان پارامترهای خطوط و ولتاژ شینها را تخمین زد. برای این منظور باید حداقل 3 نمونه اندازه گیری شده از كمیات ولتاژ و جریان ابتدای خطوط تهیه گردد. از ویژگیهای این الگوریتم میتوان به کاهش زیاد تعداد دستگاههای اندازه گیری و عملكرد مستقل تخمینگر پیشنهادی برای هر بسته دوتایی از خطوط شبكه اشاره کرد. در پایان برای بررسی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، شبکه 39 شینه IEEE انتخاب شده است. در این شبکه ابتدا جایابی بهینه دستگاههای اندازه گیری انجام شده و سپس به بررسی عملکرد الگوریتم تخمین-پارامتر پرداخته خواهد شد.
فصل 2- فصل دوم
مروری بر منابع و پیشینه تحقیق
2-1- مقدمه
از ابتدای پدید آمدن و گسترش شبکه قدرت همواره به دنبال مدل کردن آن بودهایم. همواره برای مطالعه، برنامه ریزی، بالا بردن امنیت سیستم، توزیع اقتصادی بار به منظور کاهش هزینه تولید و تلفات و … نیازمند مدلی برای سیستم هستیم. این مدل شامل پارامترهای سری و موازی خطوط، مدل ترانسفورماتورها، ژنراتورها، جبرانسازها و دیگر المانهای استفاده‌شده در سیستم قدرت است. مدل سیستم می تواند بسیار پیچیده و شامل معادلات غیرخطی باشد و یا ساده‌شده و به صورت خطی مدل شود؛ بنابراین مدلهای گوناگون با دقتهای مختلفی را میتوان برای سیستم در نظر گرفت. از جمله پارامترهایی که در مدل سیستم بسیار مهم هستند پارامترهای خطوط هستند. پارامترهای خطوط شامل مقاومت و راکتانس سری خطوط و سوسپتانس موازی آن ها در راه اندازی نرمافزارهای آنالیز سیستم قدرت نقش مهمی دارند. دقت پارامترهای خطوط نقشی اساسی در تعیین دقت خروجیهای این نرمافزارها دارد.
الگوریتمهای مختلفی برای محاسبه پارامترهای خطوط انتقال در گذشته ارائه‌شده است. روشهای کلاسیک و تئوری که در[[ii]] ارائه‌شده‌اند از فاکتورهایی مانند پارامترهای هندسی هادیها، نوع هادی و در نظر گرفتن شرایط محیطی برای تخمین پارامتر استفاده می کنند. ممکن است مقادیر حقیقی این فاکتورها با مقادیر به کار گرفته‌شده در معادلات تفاوت داشته باشد. از طرف دیگر در محاسبات، سادهسازیهایی در ابعاد هندسی هادیها و روابط مغناطیسی آن صورت میگیرد که این خود باعث کاهش دقت تخمین پارامترها می شود. در این روشها امکان تخمین پارامترهای توالی مثبت و منفی و صفر با ساختارهای هندسی و هادیهایی با جنسهای مختلف به راحتی امکان‌پذیر است.
روش دیگری در ][iii][ ارائه شده است که در آن یکی از ترمینالها را اتصال کوتاه کرده و یا آن را در حالت مدار باز قرار می دهند و با بهره گرفتن از جریان خط و ولتاژ سر دیگر ترمینال به محاسبه پارامترها می پردازد؛ اما باید دقت داشت که این‌چنین اندازه گیریهایی برای خطوط مشکل و در برخی حالات غیرممکن است.
روشهای ذکرشده، روشهای تخمین پارامتر بودند اما به صورت آنلاین قابل‌استفاده نیستند. برای بدست آوردن مقادیر دقیقتری از پارامترهای خط، روشهای تخمین آنلاین در تخمین پارامتر خطوط بسیار مناسبتر خواهد بود. اینگونه تکنیکهای تخمین، بوسیله ترکیبی از اندازه گیریهای ولتاژ، جریان و توان، به تخمین پارامتر میپردازند. در اینگونه روشها به صورت آنلاین کمیتهای مورد نیاز شبکه از شینها و خطوط استحصال شده و به نرمافزارهای مرتبط منتقل میشوند. این نرمافزارها با توجه به الگوریتم برنامه‌ریزی‌شده به تخمین پارامترها میپردازند.
الگوریتمهایی که به صورت آنلاین به محاسبه پارامترها میپردازند را میتوان به دو گروه اصلی تقسیم کرد.
- الگوریتمهایی که به صورت مستقیم و با اندازه گیری کمیتهای بهره برداری شبکه به محاسبه پارامترها میپردازند.
- الگوریتمهایی که به کمک الگوریتم تخمین حالت به تخمین پارامتر میپردازند.
| روش غیر مستقیم (با بهره گرفتن از الگوریتم تخمین حالت)
|
| روش مستقیم |
| الگوریتم تخمین پارامتر |
| روش آنالیز حساسیت |
| روش گسترش بردار حالت |
| حل به روش معادله معمولی |
| حل به روش فیلتر کالمن |
شکل 2‑1: دستهبندی روشهای تخمین پارامتر
در ادامه به بررسی این دو روش پرداخته خواهد شد.
2-2- روش تخمین پارامتر با بهره گرفتن از الگوریتم تخمین حالت
همان طور که قبلاً بیان شد به علل مختلف نیازمند دسترسی به مقادیر دقیق و آنلاین پارامترهای سیستم قدرت هستیم؛ اما باید دقت داشت که اساس پیدایش الگوریتمهای تخمین پارامتر چیز دیگری بود. در سال 1970 مقالهای راجع به تخمین حالت سیستم منتشر شد. در این مقاله الگوریتمی برای تخمین حالت سیستم قدرت ارائه گردید. در این الگوریتم تخمین حالت فرض بر این بود که مقادیر صحیح پارامترهای شبکه را در اختیار داریم تا به نتایج صحیحی از تخمین حالت دست یابیم؛ اما واقعیت امر چیز دیگری است. پارامترهای نادقیق در این الگوریتم موجب پایین آمدن دقت تخمین حالت خواهند شد. پس از انتشار این مقاله، الگوریتمهای زیادی ارائه شد که هدف آن ها پیدا کردن خطای پارامترها و تصحیح آن ها برای بالا بردن دقت الگوریتم تخمین حالت بود. در این روند تکاملی الگوریتم تخمین حالت بود که اولین بار روشی برای تخمین پارامتر پیدا شد [[iv]].
پس از سال 1970 و انتشار این مقاله، کمتر مقالهای به طور جداگانه به تخمین پارامتر پرداخته است. روشهای تخمین پارامتر اکثراً در کنار روش تخمین حالت آورده شده است و به تعبیر دیگر در این روش، تخمین پارامتر روشی است که اساس آن تخمین حالت سیستم است. در این روش مقادیر اولیهای برای پارامترها در نظر گرفته می شود. سپس با انجام تخمین حالت به پیدا کردن مقادیر دقیق پارامترها نادقیق پرداخته می شود. روشهایی که در تعیین خطای پارامتر در الگوریتم تخمین حالت ارائه‌شده اند را میتوان به صورت زیر دستهبندی کرد ][v][:
- روشی بر اساس آنالیز حساسیت باقیماندهها
- روشی بر اساس گسترش بردار حالت
همان طور که از نام‌گذاری این دو روش پیداست در روش اول مقادیری را به عنوان مقادیر اولیه پارامترها در نظر گرفته و الگوریتم تخمین حالت را به پایان میرسانیم. سپس با پیدا کردن رابطهای میان خطای پارامترها و باقیمانده الگوریتم به مقادیر صحیح پارامترها دست مییابیم؛ اما در روش دوم مقادیر اولیهای را به بردار حالت الگوریتم تخمین حالت اضافه کرده و به طور همزمان به تخمین حالت و تخمین پارامتر میپردازیم.
در روش اول، معادله تخمین حالت به دو معادله مجزا بر حسب متغیرهای حالت و پارامترهای شبکه تبدیل می شود. در این روش ابتدا تخمین حالت پرداخته و سپس به سراغ بروز کردن پارامترها میرویم. در اینجا مرحله اول تخمین به اتمام رسیده است. این مرحله را آن‌قدر تکرار میکنیم تا پارامترها و متغیرهای حالت مسئله به مقدار نهایی همگرا شوند. این راه به محاسبات و زمان زیادی نیازمند است؛ بنابراین بهتر است در هنگام به‌روزرسانی کردن متغیرها از روش دیگری استفاده کنیم. در [9] روشی برای به‌روزرسانی کردن پارامترها بر اساس آنالیز بردار باقیمانده ارائه‌شده است. در این روش از رابطهای میان باقیمانده و خطای پارامترها استفاده می شود. در هر مرحله پس از تخمین حالت با بهره گرفتن از باقیماندهها، خطای پارامترها محاسبه‌شده و به این طریق پارامترها به‌روزرسانی می شود. این روش به زمان حل کوتاهتری نیاز دارد.
[1]– Parameter Estimation (PE)
[2] Phasor Measurement Unit (PMU)
[[1]] W Liu, W.-H.E.; Wu, F.F.; Shau-Ming Lun, “Estimation of parameter errors from measurement residuals in state estimation [power systems],” Power Systems, IEEE Transactions on , vol.7, no.1, pp.81,89, Feb 1992 doi: 10.1109/59.141690
[[ii]] J. Grainger and W. Stevenson, Power System Analysis. New York: McGraw-Hill, 1994
[[iii]] S Kurokawa, S.; Pissolato, J.; Tavares, M.C.; Portela, C.M.; Prado, A.J., “A new procedure to derive transmission-line parameters: applications and restrictions,” Power Delivery, IEEE Transactions on , vol.21, no.1, pp.492,498, Jan. 2006
[[iv]] Borda, C.; Olarte, A.; Diaz, H., “PMU-based line and transformer parameter estimation,” Power Systems Conference and Exposition, 2009. PSCE ’09. IEEE/PES , vol., no., pp.1,8, 15-18 March 2009
[[v]] Zarco, P.; Gomez-Exposito, A., “Power system parameter estimation: a survey,” Power Systems, IEEE Transactions on , vol.15, no.1, pp.216,222, Feb 2000
تعداد صفحه :123
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : parsavahedi.t@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
*
14,700 تومانافزودن به سبد خرید