23752

ELE3 71

دكتري

مهندسي برق - قدرت

فني و مهندسي

1403/03/05

154

رحمت اله هوشمند

آرش كيومرثي

كيفيت توان , كمبود ولتاژ , بيشبود ولتاژ , شبكه‌هاي توزيع , منابع توليد پراكنده

هر تغييري در ولتاژ، جريان و يا فركانس كه شكل موج متغيرهاي الكتريكي شبكه را از حالت استاندارد خود خارج كند، به عنوان پديده‌هاي كيفيت توان به حساب مي‌آيد. كمبود ولتاژ در ميان همه پديده‌هاي كيفيت توان، بيشترين آمار رخداد را به خود اختصاص داده است. مطابق با تعريف استاندارد IEEE 1159، به كاهش مقدار مؤثر ولتاژ در محدوده 10 درصد تا 90 درصد مقدار نامي ولتاژ، كمبود ولتاژ مي‌گويند كه از نيم سيكل فركانس اصلي شبكه تا 1 دقيقه مي‌تواند ادامه داشته باشد. ديگر پديده كيفيت توان كه همزمان با كمبود ولتاژ نامتقارن، در فازهاي سالم رخ مي‌دهد، بيشبود ولتاژ است. به افزايش مقدار مؤثر ولتاژ بيش از 10 درصد مقدار نامي در بازه زماني نيم سيكل تا 1 دقيقه، بيشبود ولتاژ گفته مي‌شود. كمبود ولتاژ داراي منابع مختلفي است كه از جمله آن‌ها مي‌توان به انواع خطاهاي متقارن/نامتقارن گذرا و راه‌اندازي تجهيزاتي همچون ترانسفورماتورها و موتورهاي القايي بزرگ اشاره نمود. به همين ترتيب، بيشبود ولتاژ نيز منابع رخداد مختلفي دارد كه مهمترين آن‌ها خروج بارهاي بزرگ و خطاهاي نامتقارن گذرا است. هدف از اين رساله، تعيين ناحيه رخداد پديده‌هاي كمبود/بيشبود ولتاژ در شبكه‌هاي توزيع با حضور منابع توليد پراكنده است. بدين منظور دو رويكرد اصلي درنظر گرفته شده است. هدف از رويكرد اول، تعيين مكان نسبي منشأ رخداد كمبود/بيشبود ولتاژ نسبت به مكان دستگاه اندازه‌گيري (پايين‌دست/بالادست) با استفاده از داده‌هاي ولتاژ و جريان است. در روش پيشنهادي اول، علامت شاخص شباهت كسينوسي بين بردارهاي جريان مؤلفه مثبت فازهاي خطادار و ولتاژ خط مؤلفه مثبت دو فاز ديگر به عنوان معيار تعيين مكان نسبي منشأ رخداد كمبود/بيشبود ولتاژ در نقطه اندازه‌گيري استفاده مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي براي انواع خطاهاي متقارن/نامتقارن و راه‌اندازي موتور نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي در اين رساله، داراي دقت مناسبي است و مكان نسبي منشأ رخداد انواع كمبود ولتاژ متقارن/نامتقارن را در شبكه‌هاي توزيع به درستي شناسايي مي‌كند. روش پيشنهادي در شرايط تغييرات مقاومت خطا و اضافه شدن نويز و خطاي اندازه‌گيري داراي عملكرد صحيحي است. همچنين، روش پيشنهادي در مقايسه با چند روش قبلي داراي دقت و سرعت بالاتر، و تأثيرپذيري كمتر از نويز و خطاي اندازه‌گيري است. در رويكرد دوم، دو هدف مكانيابي بهينه دستگاه‌هاي اندازه‌گيري براي تشخيص رخداد كمبود/بيشبود ولتاژ و تعيين محدوده تقريبي منشأ آن مورد توجه قرار گرفته است؛ رويكردي كه در ساير مراجع مرتبط، مورد غفلت واقع شده است. بدين منظور، شبكه توزيع با استفاده از ضرايب انتشار كمبود ولتاژ ناحيه‌بندي شده است. با توجه به ضرايب انتشار كمبود ولتاژ، نقطه بهينه نصب دستگاه اندازه‌گيري در هر ناحيه با هدف تشخيص رخداد با حل يك مسئله بهينه‌سازي مشخص مي‌گردد. در انتها و با هدف تعيين ناحيه رخداد كمبود/بيشبود ولتاژ، ناحيه‌بندي شبكه با توجه به مكان نصب دستگاه‌هاي اندازه‌گيري بروزرساني مي‌شود. شبيه‌سازي بر روي شبكه استاندارد 33 شينه IEEE انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه شين‌هاي انتهايي شاخه‌ها به عنوان ضعيف‌ترين شين‌هاي شبكه از نظر ولتاژ، بهترين نقاط براي نصب دستگاه اندازه‌گيري با هدف تشخيص و ناحيه‌بندي رخداد كمبود/بيشبود ولتاژ است. علاوه بر اين، شبيه‌سازي در سناريوهاي مختلف نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي در شرايطي همچون تغيير مقاومت خطا و تغيير مكان، نوع و تعداد منابع توليد پراكنده، پاسخ‌هاي قابل قبول و صحيحي مي‌دهد.

Voltage sag , Voltage swell , Power Quality , Distribution systems , Distributed generations

Location of measuring equipment to determine the area of voltage sag/swell in distribution networks with distributed generation resources

مهندسي برق

Today, electrical energy has become a pervasive necessity worldwide, and its usage is increasing day by day. The performance of many everyday devices used by modern humans is dependent on electrical energy. Besides efficiency, electrical networks must meet other criteria to provide subscribers with a satisfactory quality of electrical energy. Any change in voltage, current, or frequency that deviates the waveform of electrical network variables from their standard state and contradicts the usual performance of electrical equipment is considered as power quality phenomena. With the noticeable increase in the use of power electronic equipment, various power quality phenomena are observed in power systems that can cause significant damage to network equipment and loads. Therefore, one of the most important responsibilities of electrical network operators is to deliver electrical energy with suitable quality to subscribers. Voltage sag has the highest occurrence rate among all power quality phenomena. According to statistics, over 80% of complaints related to power quality problems are due to voltage sag. According to the IEEE 1159 standard definition, a reduction in the effective voltage to within 90% to 10% of the rated voltage for a duration from half of the main frequency cycle to 1 minute is considered voltage sag. Another power quality phenomenon that occurs in healthy phases alongside asymmetrical voltage sag is voltage swell. An increase in the effective voltage beyond 10% of the rated value within the time range of half a cycle to 1 minute is called voltage swell. Voltage sag has various sources, including various transient symmetrical/asymmetrical faults and the starting of equipment such as transformers and large induction motors. Similarly, voltage swell also has various sources, with the most important ones being the disconnection of large loads and transient asymmetrical faults. The aim of this dissertation is to determine the occurrence responsibility of voltage sag/swell phenomena in distribution networks with the presence of distributed generation sources. For this purpose, two main approaches have been considered. The aim of the first approach is to determine the relative location of the origin of voltage sag/swell events in relation to the measurement device’s location (downstream/upstream) using voltage and current data. Simulation results show that the proposed method in this dissertation has sufficient accuracy to correctly identify the relative location of the origin of various symmetrical/asymmetrical voltage sag events in distribution networks. The proposed method performs well under conditions of changes in line resistance and the addition of noise and measurement error. Additionally, the proposed method has higher accuracy and speed, and is less affected by noise and measurement error compared to several previous methods. In the second approach, two objectives for optimal placement of measurement devices have been considered for detecting voltage sag/swell events and determining their approximate origin range; an approach that has been overlooked in other related studies. For this purpose, network segmentation using voltage sag propagation coefficients has been used. The results show that the proposed method simultaneously achieves the mentioned goals.

5