IEEE TRANSACTION ON POWER DELIVERY, Nov. 24 , No. 4 , October

1. IEEE TRANSACTION ON POWER DELIVERY, Nov. 24 , No. 4 , October Probabilistic Evaluation of Optimal Location Surge Arresters on EHV and UHV Networks Due to Switching and Lightning Surges (بررسی احتمال بهینه سازی موقعیت برق گیرها در شبکه های ولتاژ فشار قوی و مافوق قوی در زمان کلیدزنی و موج آذرخش) رضا شریعت نسب عضو IEEE ، بهروز وحیدی عضو ارشد IEEE ، پروفسور حسینیان و آمتانی اساتید IEEE.

2. به نام یزدان پاک درس مربوطه: بررسی احتمال در سیستم های قدرت استاد مربوطه: دکتر ارسلان نحفی تدوین کننده: سعید امینی رودبالی مقطع کارشناسی ارشد مهندسی برق گرایش ماشین های قدرت شماره دانشجویی: 920615903 بهار 93

3. چکیده مقاله:کلیدزنی مهمترین مشخصه برای هماهنگ کردن عایق ها در شبکه های ولتاژ قوی و مافوق قوی است. اما در نواحی کاری کهصاعقه های قوی و مقاومت بالای زمین وجود دارد دیگر برتری ندارد و پایه ریسک شکست عایقی علاوه برکلیدزنی، صاعقه نیز می باشد پس احتمال بی برق شدن خطوط علاوه بر سرعت کلید زنی در سرعت صاعقه نیز میباشد( switching flash over rates :SSFOR ). این مقاله تاثیرات عایقی در برقگیرهای خطوط انتقال را شرح میدهد. TLAS transmission line arresters) )برای دستیابی به برترین طرح حفاظتی شبکه ( کوچکترین ریسک برای شبکه سراسری ) که بوسیله ان هزینه حفاظت مطابق با هزینه عناصر حقیقی حفاظتی بوسیله بهینه سازی موقعیت برق گیرهای خطوط انتقال کاهش می یابد.روش ارائه شده یک روش احتمالی برای محاسبه آذرخش و شبکه عصبی مصنوعی برای تخمین زدن سرعت کلیدزنی صاعقه معرفی می کند. روش بهینه سازی چند ضابطه ای مذکور پایه تولید یک الگوریتم و توسعه دادن موقعیت بهینه برای برقگیرهای خطوط انتقال می باشد.

4. آشنایی با برخی مفاهیم:روش ویبول(weibull): تابع توزیع ویبول روشی میباشد که در جهان در زمینه برق عمومی شده است برای تخمین انرژی برق خصوصا برای نیروگاه های بادی پر کار برد میباشد.مثلا میتوان میزان حداکثر بارش و دبی بارش یک منطقه را از روش ویبول محاسبه کرد.الگوریتم لون برگ مارکارد (LMA): این روش بین الگوریتم گوس و نیوتون درونیابی میکند که برای یافتن یک تابع غیر خطی چند متغیره به کار میرود.نرم افزار EMTP/ATP : نرم افزاری کاربردی در خطوط انتقال برق برای محاسبه و شبیه سازی حالات گذرا در شبکه انتقال هوایی برق که اضافه ولتاز کلید زنی، مطالعات فرو رفتگی ولتاژ و... را میتوان شبیه سازی کرد.

5. شبکه عصبی مصنوعی artificial neural network )): همان طور که از نامش مشخص است از اعصاب برگرفته شده است که مانند تجزیه و تحلیل های مغض بروی ورودی ها تجزیه و تحلیل صورت میگیرد، در این روش ما ورودی هایی داریم که بر روی انها پردازش صورت میدهیم و خروجی رو تحویل میگیریم. همیشه دارای 3 لایه میباشد که لایه ورودی، پیوند و لایه خروجی را شامل میشود. در مواردی به کار میرود که عوامل وابستگی و یا شباهت هایی با یکدیگر داشته باشند.چرخ رولت ((Roulette Wheel ): این روش بر پایه احتمال استوار است در این روش که از یک بازی قمار در جنوب فرانسه برگرفته شده است. در این روش ما به هر متغیرمان یک بخش از چرخ رولت(یک کروموزوم) تعلق میدهیم و بر اساس 3 حالت انتخاب تصادفی، رقابتی و مبتنی بر چرخ رولت آنها را انتخاب میکنیم تا جایی که به نتیجه مطلوب برسیم. چرخ رولت شبکه عصبی مصنوعی

6. :برقگیر های شبکه فشار قویبرقگیر در خطوط هوایی شبکه برق سراسری وظیفه حفاظت از شبکه در برابر اضافه ولتاژ های نا خواسته وارد بر شبکه را بر عهده دارد، که جنس آن از اکسید سیلسیوم بوده و از طریق بدنه دکل و اگر های پایه دکل که به چاه ارت متصل میباشد اضافه ولتاژ ناخواسته را منتقل می کند.

7. SURGE ARRESTERSHigh voltage

8. صاعقه و سیم محافظ:صاعقه بدلیل اختلاف ولتاژ موجود در ابر های باردار موجود در اتمسفر بوجود می آید که از عوامل مخرب طبیعت و خطوط شبکه برق محسوب میشود.درتمام خطوط انتقال برق از جمله خطوط فشار قوی از سیم 7 number 8 بر روی نوک دکل با مغز فیبر نوری(OPGW) به منظور ارتباط بین ایستگاه ها استفاده میشود تا صاعقه با خطوط انتقال برقدار برخورد نکند.

9. مقدمهدرجه عایقی در شبکه های قدرت پایه تصمیم گیری برنامه ریزی منحنی بیک اضافه ولتاژهای گذرا می باشد. عموما با افزایش عملگرهای ولتاژ همانند اضافه ولتاژ کلیدزنی در اثر صاعقه درجه بندی عایق ها ی شبکه تعیین می شود. اما سرعت کلیدزنی صاعقه در نواحی با فعالیت پایین صاعقه ممکن است در نظر گرفته نشود و برای نواحی با فعالیت صاعقه بالا، احتمال بسته شدن مکرر کلید به دلیل صاعقه وجود دارد. بنابراین یک توافق بین سرعت کلیدزنی صاعقه و درجه بی برق کردن صاعقه ( LFOR: Lightening Flashover Rates) در شبکه به وجود می آید که این فرضیه طوفان قطع برق نامیده می شود (SFOR : Storm cutage rate) با این همه در نواحی با مقاومت بالای زمین اضافه ولتاژ صاعقه می تواند بیشترین فشار را ایجاد کند. که ممکن است به شکست عایقی منجر شود. صاعقه می تواند در شبکه های ولتاژ به شدت قوی، ریسک شکست را تعیین کرد.این مقاله شبیه سازی روش چندضابطه ای بهینه برای موقعیت برقگیرهای خطوط انتقال در شبکه را ارائه می کند. بر طبق محاسبات آماری وابسته به ریسک صاعقه و یک مدل متفاوت برای استفاده در شبکه عصبی مصنوعی برای تخمین زدن سرعت کلیدزنی صاعقه درون خطوط شبکه ساخته شده است. سپس الگوریتم پایه بهینه سازی معرفی شده و به کاهش ریسک شکست شبکه به دلایل کلیدزنی و صاعقه پرداخته است. ( معین کردن بهترین موقعیت برای برقگیرهای خطوط انتقال).

10. تشریح شکست صاعقه:سرعت کلیدزنی صاعقه مربوط به ریسک شکست را می توان با شبیه سازی مونت کارلو محاسبه کرد. این روش عبارت است از: تولید اعداد تصادفی از پارامترهای تصادفی موجود در صاعقه و خطوط هوایی طبیعی تصادفی، که در پارامترهای آماری استفاده می شود. خطوط انتقال معمولا توسط سیم محافظ زمین حفاظت می شوند اما سیم محافظ نمی تواند به طور کامل از شکست و درجه صاعقه جلوگیری کند. سرعت بی برق شدن شبکه از فرمول زیر محاسبه میشود: که مجموع کل سرعت بی برقی شبکه، طول بخشی از شبکه n امبه همراه تعدادی مقاومت های میانگین و سرعت بی برقی شدن برای n بخش از خط است.

11. تخمین ریسک کلیدزنی:احتمال موارد اضافه ولتاژ کلیدزنی وابسته است به شکل موج لحظه ای کلید ارتباط الکتریکی مدار ، بنابراین آمار کلیدزنی الکترومغناطیسی تغییر گذرا می کند و برای ترسیم ان از برنامه (EMTP/ATP) میتوان استفاده کرد. پس از بدست آوردن صحت موارد توزیع اضافه ولتاژ پیش آمده، پس از محاسبه موارد توزیع اضافه ولتاژ، سرعت کلیدزنی صاعقه برای خطوط هوایی معین می شود.که تخمین ریسک کلید زنی از فرمول: ،همان SSFORموجود در خط است و N تعداد خطوط شبکه میباشند. شکل2. ( Different Function CDF (Comulative موارد متفاوت تجمع انرژی

12. شبکه عصبی مصنوعی:شبکه عصبی مصنوعی اولین ابزار در شبیه سازی بهینه در یک متا مدل است. متا مدل یک مدل برای توصیف رابطه بین ورودی ها و خروجی ها برای مجموع موارد می باشد.در این مقاله متامدل چند لایه ای برای درک معماری شبکه ارایه میشود (MLP: Multi Layer Perceptron) (شکل 3). در شبکه عصبی چند لایه MLP مشکلات بوسیله راه حل معقول حل می شوند. ورودی های پیشنهاد شده شبکه عصبی مصنوعی منظور شده با شماره های سلولی (تک تکی) برابر در گره های گیرنده درون شبکه. هر سلول می تواند مشخصه یک گره گیرنده بر حسب منحنی صفر و یک یا موجود بودن و نبودن برق گیرهای خطوط انتقال در گره باشد. منحنی پیک خروجی شبکه عصبی مصنوعی برای اضافه ولتاژ کلیدزنی و ریسک شکست برای برقگیرهای خطوط انتقال است. پایه آموزش عملکردش در الگوریتم لون برگ(Levenberg Marquardt)گزارش می شود. شکل3. معماری پایه MLP

13. طریقه عملکرد بهینه سازی:بوسیله تولید الگوریتم که پایه شبیه سازی میباشد و تعیین چند گره مشخص صورت میگیرد. شکل4. دیاگرام بلوکی الگوریتم پیشنهادی

14. مراحل انجام بهینه سازی:مرحله 1) تقسیم کردن شبکه به n ناحیه به همراه مشخصات مشابه برای هر ناحیه، مشخص کردن نسبی معیارهای اقتصادی.مرحله 2) ساخت متا مدل که در شبکه عصبی مصنوعی و در معیارهای اضافه ولتاژ کلیدزنی بدست آمده در موقعیت های مختلف برق گیرهای شبکه انتقال کاربرد دارد.مرحله 3) بهره هر گره در نقطه به هم فشردگی اش را در موارد توزیع اضافه ولتاژ بدست آورده شده در شبیه سازی مونت کارلو مشخص می کنیم و محاسبه ریسک احتمال سرعت کلیدزنی صاعقه را تعیین می کنیم. مرحله 4) دسته برقگیرها و طرز عملکرد بهینه سازی بر طبق کمترین و انرژی جذب شده برای برقگیرهای شبکه انتقال (مشخص شدن موقعیت های بهینه برای برقگیرها)مرحله 5) اگر با احتیاجاتی مواجه شدیم، می ایستیم و به دیگر اعداد برقگیرها مراجعه کرده و سپس به مرحله4 رجوع می کنیم.

15. دیاگرام تک خطی 30گره از مناطق جنوب شرق ایران شکل5. بررسی موارد: a) پیکربندی گره های سیستم شبکه محلی b) نوع پیکربندی خط

16. بررسی برق کلیدزنی:اضافه ولتاژ کلیدزنی، پایه یک متا مدل در شبکه عصبی مصنوعی توسعه داده شده می باشد.در این مقاله خطوط هوایی به چندین قسمت تقسیم می شوند. پس نمودارهایی برای ولتاژ گام به گام خطوط رسم شده اند بر طبق این فرضیه، همه برج ها پس از گره اضافه ولتاژ در گره دارند. اگر نمودار ولتاژ هموار فرض شود سرعت کلیدزنی صاعقه خیلی زیادتر از فرض گام به گام می باشد. شکل 10 منحنی در شبکه بدون برقگیر را نشان می دهد که همان نمودار ولتاژ گام به گام می­باشد، که در 100 مرتبه عملکرد کلیدزنی 3.44 مرتبه بی برقی رخ می دهد.

17. روش پیشنهادی در بهینه سازی موقعیت پنج دسته از برقگیرهای خطوط انتقال با هدف کوچک کردن تغییرات و بهترین موقعیت برای برقگیرهای خطوط انتقال در گره های 1,5,7,14,15 به کار بسته شده است. کوچکترین منحنی ها برای SORدر 5.288 بوجود می آیند (برای سرعت کلیدزنی صاعقه در 4.802 صاعقه در 100kmسال)

18. نتیجهاین مقاله روشی برای بهبود برنامه حفاظتی در شبکه هایی با ولتاژ خیلی قوی و ولتاژ فوق العاده قوی در برابر اضافه ولتاژهای بیش از ولتاژ کار شبکه استفاده شده در برقگیرهای خطوط انتقال ارائه داده است.روش پیشنهادی به دلایل شکست عایقی در زمان صاعقه و کلیدزنی و جذب انرژی در برقگیرهای خطوط انتقال در وضعیت جوی رسیدگی می کند.این روش بر اساس ساخت متا مدل در شبکه عصبی مصنوعی صورت گرفته است.روش بهینه سازی پیشنهادی انعطاف پذیر نسبت به طرح حفاظتی انتخابی برای سودمندی بیشتر، این روش به یک سری اصول جدید برای تقسیم برنامه های حفاظتی در شبکه های موجود و اختیارات متناوب مرسوم برای حفاظت عمومی شبکه، به علاوه نصبیات بر روی برقگیرهای خطوط انتقال اشاره دارد.