فناوری و روش جدید برای مانیتورینگ وضعیت سیستم های قدرت

یکی از راه حل های آینده برای مانیتورینگ زمان حقیقی شبکه های قدرت، سیستم PMU (Phasor Measurement Units)  می باشد که با کمک سیستم GPS سیگنال های زمانی بسیار دقیقی از اطلاعات شبکه های قدرت را جمع آوری و استفاده می نماید. گیرنده ماهواره ای GPS اطلاعات دقیقی از وضعیت ولتاژ سه فاز پست ها و جریان خطوط، ترانسفورماتورها و بارها را جمع آوری و در اختیار PMU قرار می دهد. براساس این اطلاعات، مؤلفه مثبت ولتاژ و جریان ها در لحظه زمانی اندازه گیری بطور دقیق در مقیاس میکروثانیه محاسبه شده و بدینوسیله زاویه فاز آن ها استخراج می گردد.

GPS

سیستمی است که از 24 ماهواره واقع در 6 مدار تشکیل شده که حدودا" در فاصله 16000 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. موقعیت صفحه هر یک از مدارها و موقعیت ماهواره ها در مدارها بگونه ای است که در هر لحظه و در هر نقطه از سطح زمین، چهار ماهواره در دید می باشند و اغلب بیشتر از 6 ماهواره قابل رویت است. مکانیزم و عملکرد سیستم GPS بدین گونه است که به هریک از سیگنال های اندازه گیری شده یک سیگنال زمان منتسب و همراه می گرداند. فرمت دقیق انتساب زمان براساس استاندارد IEEE 1344 تعریف می شود.
اطلاعات فازوری مؤلفه مثبت کلیه پست هایی که به سیستم PMU مجهز می باشند همگی در یک سایت مرکزی مناسب جمع آوری شده و برای کاربردهای حفاظتی و کنترلی استفاده می گردند. درحقیقت جمع آوری و پردازش این اندازه گیری های سنکرون مبنای یک فناوری جدید و نسبتا" قوی را برای مانیتورینگ، حفاظت و کنترل شبکه های قدرت فراهم می آورد.

نحوه ارسال و مخابره اندازه گیری های زمانی سنکرون از کمیات شبکه به بخش متمرکزساز اطلاعات بسیار اساسی و حیاتی می باشد. فناوری های مختلفی مانند سیستم باسیم، سیستم شبکه رادیوئی، میکروویو، تلفن های عمومی، تلفن های همراه، سیستم دیجیتال بی سیم و ترکیبی از این فناوری ها برای ارسال و مخابره اطلاعات اندازه گیری شده استفاده می گردد. فرمت فایل های اطلاعات خروجی که توسط PMU ایجاد می شوند، براساس استاندارد شماره IEEE , 1344 تعریف شده اند. استاندارد کمک می نماید تا مطمئن شویم که کاربرهای آینده که می خواهند از کمیات فازوری اندازه گیری شده بطور سنکرون استفاده نمایند قادر خواهند بود که به اطلاعات فازوری تهیه شده توسط PMU سازندگان مختلف دسترسی پیدا نمایند.

PMU

یا فناوری اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری شبکه های قدرت فناوری نسبتا" جدیدی می باشد و بهمین دلیل گروه های تحقیقاتی زیادی در سطح دنیا درباره کاربردهای آن بشرح زیر فعالیت می نمایند.
تخمین و نمایش دقیق حالت سیستم قدرت در فواصل زمانی معین امکان پذیر بوده که بدین ترتیب می توان پدیده های دینامیکی سیستم را از یک محل مرکزی مشاهده نموده و عملیات کنترلی مناسب را اعمال نمود. سیستم اندازه گیری سنکرون فازوری، فناوری کاملا" جدیدی را برای تخمین حالت کل سیستم قدرت فراهم آورده است. با استفاده از فناوری جدید اکثر تأخیرهای ذاتی که در روش های تخمین حالت موجود وجود دارند از بین رفته و شرکت های برق قادر به تحلیل دینامیکی و استاتیکی حوادث شبکه در زمان حقیقی خواهند بود.
بهبود توانائی تحلیل وضعیت سیستم پس از وقوع خطا، چرا که موقعیت های لحظه ای دقیقی از رفتار سیستم را می توان از طریق GPS فراهم نمود. بعنوان مثال وضعیت کلیدها، توان عبوری در خطوط مهم، دامنه ولتاژ شین های بحرانی، توان خروجی ژنراتورهای مهم و... همگی استفاده می شوند تا براساس آن ها استراتژی کنترل و بهره برداری شبکه در مواقعی بحرانی، استخراج شود. حفاظت پیشرفته بر اساس اندازه گیری سنکرون کمیات فازوری امکان پذیر خواهد بود. بعنوان مثال سیستم سنتی حفاظت خط مبتنی بر اندازه گیری کمیات دریک طرف خط برای تشخیص خطا می باشد و برای خطوط بحرانی با سنکرون نمودن اندازه گیری های دو طرف خط توسط روش های غیرمستقیم یک سیستم حفاظتی دیفرانسیل برای تشخیص خطا بوجود می آورند که از مطمئن ترین نوع حفاظت می باشد. درحالیکه در آینده سیستم PMU قادرخواهد بود که سیستم حفاظت دیفرانسیل را بسادگی ایجاد نماید و بدین وسیله میزان خسارات وارده به سیستم قدرت بواسطه وقوع خطاها را کاهش دهد.
یک نمونه از کاربرد اندازه گیری فازوری کمیات برای اهداف حفاظتی در رله های تطبیقی out of step می باشد. با استفاده از اندازه گیری زاویه فاز نقاط مهم شبکه در زمان حقیقی و به کمک مفهوم پایداری گذرا می توان رله های out of step بهبود یافته ای طراحی نمود. آزمایش های میدانی چنین رله هایی در شبکه های فلوریدا – جورجیا اجرا شده و نتایج امیدوار کننده ای را نشان داده است. همچنین مشابه چنین طرحی نیز در شرکت برق فرانسه (EDF) در دست اجرا می باشد.
کنترل های پیشرفته براساس فیدبک راه دور امکانپذیر بوده که عملکرد سیستم را بهبود خواهد بخشید.