الگوريتم جامعي براي مكان يابي خطا در خطوط انتقال دو مداره و چند پايانه اي (بيش از سه پايانه) مبتني بر داده هاي PMU

A Comprehensive PMU-Based Fault Location Algorithm for Double Circuit and Multi-Terminal Transmission Lines

در اين مقاله الگوريتم جامعي براي مكان يابي خطا در خطوط دو مداره و چند پايانه اي، مبتني بر داده هاي فازوري PMUها و مدل گسترده خط ارائه شده است. معادلات ديفرانسيل خطوط سه فاز دو مداره بدليل تزويج متقابل بين فازها به هم وابسته بوده و در اين حالت حل آنها مشكل است. براي تفكيك معادلات و محاسبه پارامترها و مولفه هاي مودال پايانه هاي خط، در خطوط جابجاشده از تبديل كلارك و در خطوط جابجانشده از ماتريس هاي تبديل حاصله از تئوري بردارهاي ويژه- مقادير ويژه استفاده شده است. كميت هاي نقاط انشعاب با استفاده از فازورهاي پايانه ها و معادلات حاكم بر مدل گسترده خط محاسبه و بر اساس مقايسه مقادير ولتاژ تخميني، بخش خطادار تعيين شده است. با توجه به وابستگي معادلات ديفرانسيل خط به زمان و مكان، براي تعيين مكان خطا از چهار روش استفاده شده است. در روش هاي اول و دوم رابطه اي بدست آمده كه در زمان وقوع خطا، مكان خطا را نشان مي دهد. در روش هاي سوم و چهارم شاخص هايي مبتني بر فازور ولتاژ يا جريان تعريف شده (اختلاف ولتاژها و مجموع جريان ها) كه با توجه به تغييرات آنها در طول خط (نقطه مينيمم يا ماكزيمم)، مكان خطا مشخص شده است. سيستم هاي نمونه يك خط دو مداره سه پايانه اي و يك خط دو مداره پنج پايانه اي از شبكه انتقال ايران است كه در نرم افزار EMTP شبيه سازي شده و داده هاي حاصله در نرم افزار MATLAB مطابق با الگوريتم پيشنهادي جهت تعيين مكان دقيق خطا پردازش گرديده است. تمام عوامل تاثيرگذار ازجمله وجود منبع در انشعابات، اختلاف فاز و تفاوت امپدانس منابع، تزويج متقابل، عدم جابجايي خط، بار نامتقارن، انواع خطا، خطاهاي بين دو مدار، وقوع دو خطاي همزمان و پيشامد عدم دسترسي به داده هاي يك PMU در نظر گرفته شده است. بر اساس نتايج شبيه سازي الگوريتم پيشنهادي براي تعيين بخش خطادار و مكان خطا كارآمد بوده و حداكثر اشتباه آن كمتر از 1% (و براي خطاهاي همزمان و خطاهاي بين دو مدار كمتر از 3%) است. در نهايت مقاله حاضر با مراجع مقايسه شده و وجوه تمايز و نوآوري هاي آن بيان شده است.

A new PMU-based fault detection/location algorithm for multi-terminal transmission lines is proposed in this paper، which works on the basis of synchronized voltage and current phasors received from PMUs installed in various terminals. The Clark transform (for transposed transmission lines)، Eigen-values and eigenvectors theory (for un-transposed ones) are used to decouple 3-phase differential equations and to calculate the line parameters، by applying aerial modes (including α and β) to this issue. Distributed-parameters frequency-dependent transmission line model (J-Marti) is used to implement and simulate this algorithm. The proposed algorithm consists of three main steps، as: 1) Fault detection، 2) Faulty section identification and 3) Fault location determination. The fault detection is done using an index based on differential equations response. The faulty section is identified by comparing the calculated teed point voltages. Multi-Terminal Transmission Line (MTTL) is reduced to a simple two-terminal faulty line and the fault location is determined by four methods، by considering differential equation response dependency to time and distance. In the first and second methods، two indices are used، which their values are equal to the fault location during faulty condition. In the third and fourth methods، two new indices are defined based on the voltage and current phasors (∆V and ∑I)، which the fault location is monitored by using these indices variations. The value of ∆V is minimized in the faulty point، while ∑I is maximized at that point. To evaluate the proposed algorithm، extensive simulations are performed on a transposed three-terminal double circuit line and an un-transposed five-terminal double circuit line (a section of Iran power transmission grid)، while the maximum error of less than 1% (and less than 3% for specific conditions) is achieved. The MTTL cases are simulated in EMTP software and the obtained data are processed in MATLAB software. All effective factors including power sources with different phase angles and various impedances، zero sequence mutual coupling، un-transposed construction، unbalanced loads are regarded to simulate phase to phase، phase to ground، cross-country and simultaneous faults. Also (n-1) PMU contingency is considered in these studies. Finally، the results and the proper indices are introduced by regarding a series of simulations and comparisons.