جايابي عيب و بازيابي به كمك سيستم هاي خبره در شبكه
چكيده:
اغلب روشهاي بازيابي در شبكههاي توزيع انرژي كه تاكنون ارائه شدهاند، بر اين پايه استوارند كه عيب فقط پيدا و از شبكه جدا شده است، ولي عملاً چنين كاري در شبكههاي فاقد سيستمهاي اتوماسيون، قابليت اطمينان شبكه را بهشدت كاهش ميدهد. يكي از مشكلات بهرهبردارهاي شبكههاي توزيع هنگام وقوع عيبيافتن محل ميباشد. بههمين خاطر در اين مقاله بكمك يك سيستم خبره مبتني بر تجربيات بهرهبردارهاي شبكه و با استفـاده از منطق فازي، روشي براي يافتن بهترين پست جهت شروع تست فيدر، بازيابي بارها و جداكردن عيب در حداقل زمان ارائه شده است.
1)مقدمه:
بروز عیب در شبکههای شعاعی باعث از دسترفتن بارها روی فیدر مربوطه میشود. تازمانیکه این عیب پیدا و از شبکه جدا نشده است، بازیابی بارهای شبکه غیرممکن میباشد. بهخاطر انشعابهای زیاد روی فیدرها برای یافتن محل عیب تعداد تستها شدیداً به انتخاب محل اولین تست بستگی دارد، بنابراین هرگاه بتوانیم محل خوبی برای شروع عملیات پیدا کنیم میتوانیم تعداد تستها را کاهش دهیم. از سوی دیگر بدلیل اینکه بحث وقوع عیب یک بحث احتمال است لذا نمیتوان بصورت قطعی روی این مسئله بحث کرد چرا که در اینصورت احتمال دارد زمان بیبرقی بارهای خارج از سرویس افزایش یابد، بنابراین نیازمندیم که دو مسئله بازیابی بار و محل شروع تست را بصورت همزمان در نظر بگیریم. اغلب روشهای بازیابی بار در شبکههای توزیع انرژی که تاکنون ارائه شدهاند، براین پایه استوارند که عیب قبلاً پیدا و از شبکه جدا شده است، ولی عملاً چنین کاری در شبکههای فاقد سیستمهای اتوماسیون، قابلیت اطمینان شبکه را به شدت کاهش میدهد [1],[2]. بههمین خاطر در ادامه بحث بکمک یک سیستم خبره مبتنی بر تجریبات بهرهبردارهای شبکه و با استفـاده از منطق فازی، روشی برای یافتن بهترین پست جهت شروع تست فیدر، بازیابی بارها و جداکردن عیب در حداقل زمان ارائه شده است.
2) انتخاب نقطه شروع:
جهت شروع علیات تست، بهرهبردارها از یک سری قوانین تجربی استفـاده میکنند که خلاصه آنها را میتوان بهصورت زیر بیان نمود:
الف) پستهای با تعداد فیدرهای ورودی و خروجی بیشتر در الویت قرار دارند، زیرا با تست از این محل، بعد از جدا کردن شاخه معیوب میتوان تعداد شاخههای زیادی را از عیب جدا و بار آنها را بازیابی نمود.
ب) در صورتیکه اطلاعاتی از سابقه فیدر نداشته باشیم بهتر است نقطه شروع تست نزدیک به مرکز بار منطقه بیبرق باشد. در این صورت با یک تست میتوانیم در اکثر شرایط نیمی از بارها را با احتمال صددرصد بازیابی نماییم و در ضمن تعداد سوئچینگ کاهش مییابد.
ج) بهرهبردار با استفـاده از تجربه خود میداند چه قسمتهای از شبکه بیشتر معیوب میشود، بهعبارتی نرخ خرابی متوسط قسمتهای مختلف شبکه را میتوان براساس نحوه کار آنها و یا اطلاعات کارخانه بدست آورد. بهتر است تست از نزدیک نقاطی از شبکه که نرخ خرابی بالایی دارند شروع شود.
د) با توجه به بروز برخی عوامل خارجی همچون باد و باران، اضافه جریان، عملیات راهسازی، ... میتوان حدس زد که چه قسمتهای از شبکه احتمالاً خراب شده باشد.
ه) هریک از شاخههای پست مورد نظر در صورت امکان طوری باشند که حداقل با یا نقطه مانور در ارتباط باشد، اهمیت این شرط در انتخابهای اول زیاد است.
شرط های ذکر شده هر کدام با یک درجه اهمیت مخصوص، اساس نتیجهگیریها میباشند. همچنان که مشاهده میشود ذات این بحثها گفتاری بوده و بهتر است از منطق فازی جهت استنتاجهای خود استفـاده نماییم. بدین منظور سه متغیر فازی که در برگیرنده شرایط بالا هستند را همراه با یک سری پارامترهای دیگر به صورت زیر تعریف میکنیم:
X: میزان نزدیکی پست انتخاب شده به مرکز بارها در نقطه بیبرق.
Y: میزان نزدیکی پست انتخاب شده به منطقهای از شبکه که احتمال خراب بودنش زیاد است.
Z: تعداد شاخههای با ارزش پست.
و آنها را بصورت زیر تعریف میکنیم:
اگر پست انتخاب شده بامرکز بار کمتر از 1 پست فاصله داشته باشد، به مرکز بار خیلی نزدیک هستیم.
اگر پست انتخاب شده با مرکزبار بین 1 تا 5 پست فاصله داشته باشد، به مرکز بار نزدیک هستیم.
اگر پست انتخاب شده با مرکز بار بیشتر از 5 پست فاصله داشته باشد، از مرکز بار دور هستیم.
اگر پست انتخاب شده با نقطه احتمالاً معیوب کمتر از 1 پست فاصله داشته باشد، به عیب خیلی نزدیک هستیم.
اگر پست انتخاب شده با نقطه احتمالاً معیوب بین 1 تا 5 پست فاصله داشته باشد، به عیب نزدیک هستیم.
اگر پست انتخاب شده با نقطه احتمالاً معیوب بیشتر از 5 پست فاصله داشته باشد، از عیب دور هستیم.
اگر تعداد شاخههای پست انتخاب شده بیشتر از 3 شاخه باشد تعداد شاخههای پست زیاد است.
اگر تعداد شاخههای پست انتخاب شده 3 شاخه باشد تعداد شاخههای پست متوسط است.
اگر تعداد شاخههای پست انتخاب شده کمتر از 3 شاخه باشد تعداد شاخههای پست کم است.
بنابراین توابع عضویت این متغیرها را بهصورت شکل (1) در نظر میگیریم.
شکل (1): توابع عضویت متغیرهای فازی در حالت کلی
با مشخص شدن این متغیرها، بکمک تجربیات بهرهبردارها جدول قوانین استنتاج را بصورت زیر تعریف میکنیم (جدول 1) بدین ترتیب با معلوم بودن متغیرهای فازی، بهترین پست جهت شروع تستها را با توجه به تجربیات گذشته میتوان انتخاب نمود.
جدول (1): جدول قوانین استنتاج فازی
1-2) پارامترهای مؤثر بر متغیرها:
همچنان که در تعریف متغیرهای فازی مشاهده گردید، مفاهیمی همچون احتمال خرابی نقاط مختلف شبکه، مرکزبار، در دسترس بودن فیدرمانور استفـاده شده که برای تعیین آنها نیاز به اطلاعاتی از گذشته شبکه میباشد. بدین علت از یک بانک اطلاعاتی استفـاده شده که شامل اطلاعات ساختاری شبکه، آمار خطاهای که درگذشته رخ دادهاند، ظرفیت نامی تجهیزات، شرایط محیطی در گذشته و حال، نرخ خرابی متوسط تجهیزات، احتمال خرابی تجهیزات در شرایط آب وهوای مختلف واهمیت بارها میباشد. بکمک این بانک اطلاعاتی پارامترهای ذکرشده که در ادامه تعریف میشوند را محاسبه میکنیم.
** احتمال خرابی قسمتی از شبکه
به کمک بانک اطلاعاتی و با مشخصکردن وضعیت کنونی آب وهوایی، محیط اطراف و میزان جریان فیدر میتوانیم احتمال خرابی نقاط مختلف را مشخص کنیم. در این نتیجهگیریها نرخ خرابی متوسط و احتمال خرابی نقاط مختلف همزمان در نظر گرفته میشود. مثلاً در شرایط طوفانی احتمال خرابی قسمتهایی از شبکه که بصورت هوایی هستند بیشتر از قسمتهایی که بصورت زیرزمینی هستند، میباشد و در بین این قسمتهای هوایی، نقاطی که نرخ خرابی متوسط سالانه آنها بیشتر است انتخاب خواهند شد.
** مرکز بار در ناحیه بیبرق
جهت تعیین مرکز بار سه نکته در نظر گرفته شده است: توان نامی پستها، اهمیت بارهای پست، توان فعلی بارهای پست. بهمنظور بازیابی سریعتر بارهای با اهمیت زیاد لازم است که تست از نزدیکی این پستها شروع شود. جهت این کار میتوان چنین فرض کرد که مرکز بار به این پستها نزدیکتر است. بههمین دلیل ضریبی وابسته به میزان اهمیت بار را درنظر میگیریم. و باضرب این ضریب در توان بار پست میتوان مسئله اهمیت بار را در نیتجهگیریها وارد نمود. توجه باید کرد که بهخاطر عدم نیاز بهراههای پیچیده به همین راه حل ساده اکتفاء شده است ولی تعیین اثر واقعی اهمیت بار بحث پیچیدهای است. مسئله دیگر تعیین میزان بار واقعی پستها میباشد، برای این کار از یک روش فازی استفـاده شده است که بهطور کامل در مقاله آقای Y.Y.Hsu توضیح داده شده است [4]. لازم بذکر است که میزان کل بار قطع شده با تقریب خوبی از طریق پست فوق توزیع معلوم میشود. بدینترتیب مرکز بارها در منطقه بیبرق روی فیدر را میتوان مشخص کرد این مرکز بار روی یکی از پستهای منطقه قرار خواهد داشت.
** در دسترس بودن فیدر مانور
در بحث بازیابی بار وجود کلید مانور جهت انجام مانور کافی نیست، بلکه فیدر مانور باید توانایی تامینبار را نیز داشته باشد. برای تعیین توانایی فیدر مانور در تغذیه بارهای بیبرق، باید جریان نامی فیدر وجریان فعلی آن مشخص شود، میتوان جریان نامی را از طریق بانک اطلاعاتی و جریان فعلی آنرا از طریق پست فوق توزیع، بدست آورد. بنابراین میزان ظرفیت آزاد فیدر محاسبه میشود. اگر این ظرفیت خیلی پایین باشد از آن فیدر استفـاده نخواهد شد و فیدر در دسترس نمیباشد.
3) بازیابی بارها:
بعداز انتخاب بهترین پست برای شروع تست و انجام تستها، مسیر عیب مشخص و توسط سیکسیونر مربوطه از شبکه جدا میشود. عملیات بازیابی بار(مانور) در منطقه سالم براساس هدفهایی همچون بازیابی حداکثر بار در حداقل زمان، شبکه انجام میگیرد. تاکنون روشهای هوشمند زیادی برای بازیابی بار در شبکه ایزوله شده از عیب ارائه شده است و میتوان اغلب آنها را با کمی تغییر بکار برد. روشی که در اینجا استفـاده شده، روش اتصال گره میباشد [5]. با انجام مانور شبکه جدیدی بدست میآید که حجم بارهای بیبرق در آن کاهش یافته است، باتکرار مراحل انتخاب پست، تست، جداسازی شاخه معیوب و انجام مانور میتوان به مرحلهای رسید که عیب کاملاً از شبکه جدا و تمام بارهای قابل بازیابی، بازیابی شده باشند. عملیات ذکرشده بالا بصورت فلوچارت شکل (2) خلاصه شده است. گاهاً بعد از اتمام عملیات بازیابی و جایابی عیب، با تغییراتی جزیی در ساختار جدید شبکه، آن را بصورت بهینه تبدیل میکنند. این تغییر ساختار اغلب بدون ایجاد بیبرقی انجام میگیرد.
4) شبکه نمونه:
فیدر نمونه محمودیه از شبکه شمالشرق تهران شامل بیست پست و پنج نقطه مانور انتخاب شده است. دیاگرام تک خطی فیدر بصورت شکل(3) میباشد فیدر مزبور همان شبکه نمونه ارائه شده در مرجع [5] میباشد.
اطلاعات موجود بعد از وقوع عیب عبارتند از:
میزان بار قطع شده 100آمپر، هوا طوفانی، بار شبکه در حالت نرمال، نرخ خرابی کابلها
و خطوط هوایی و سایر تجهیزات بدون خطا فرض شدهاند.
اهمیت بار پست 6 بالا بوده و ضریب اهمیت 3 فرض شده است. بهخاطر عدم وجود اطلاعات کافی در مورد بار پستها، بار پستها را مساوی فرض کردهایم (هرکدام 5 آمپر). میزان بار قابل تأمین فیدرهای مانور و ضرایب اطمینان دسترسی به فیدر و بار قابل انتقال فیدر مانور در آرایشهای مختلف از شبکه قابل محاسبه است. در جدول (2) میزان بار قابل تأمین فیدرهای مانور نشان داده شده است. بدینترتیب جدول ارزش پستها باتوجه به جداول(1) و منطق فازی قابل محاسبه میباشد (جدول (3)). بهدلیل کم بودن ارزش سایر پستها آنها را حذف کردهایم.
جدول (2): بار قابل تأمین فیدرهای مانور
جدول (3): ارزش انتخاب پستها
بنابراین پست 6 را انتخاب میکنیم، با انجام تست مشخص خواهد شد که عیب روی شاخه مرتبط با پست 7 میباشد. با بازکردن سیکسیونر مربوطه قسمت معیوب جدا میشود، قسمت بدون عیب را با درنظرگرفتن اهداف و محدودیتها، بازیابی مینماییم. بدیهی است بهترین نقطه مانور همان پست 63 کیلوولت میباشد. شبکه معیوب جدید بصورت شکل (4) خواهد بود.
شکل (2): فلوچارت عملیات جایابی عیب و بازیابابی بار
شکل (3): دیاگرام تک خطی فیدر محمودیه
شکل (4): دیاگرام تکخطی فیدر بعد از اولین تست
و ارزش پستها در این حالت بصورت جدول (4) میباشد.
جدول (4): ارزش انتخاب پستها
بنابراین پست 7 را انتخاب میکنیم، با انجام دوباره تست مشخص خواهد شد که عیب روی شاخه مرتبط با پست 9 میباشد. با بازکردن سیکسیونر مربوطه قسمت معیوب جدا میشود، بارهای قسمت بدون عیب را با درنظرگرفتن اهداف و محدودیتها بازیابی مینماییم. بدیهیاست که تنها بکمک سیکسیونر پست 6 و از طریق فیدر محمودیه میتوانیم مانور انجام دهیم. در شبکه بیبرق باقی مانده دو پست موجود در شرایط یکسانی قرار دارند، ولی مشخص است که با یک تست از پست 9 میتوان محل دقیق عیب را مشخص کرد. با انتخاب این پست و انجام تست فاصله دو پست 7 و 9 را از مدار خارج و شبکه باقیمانده را با توجه به جریان قابل انتقال فیدر F5 (جدول 5) میتوانیم بازیابی نمایم.
جدول (5): بار قابل انتقال فیدرهای مانور
بدینترتیب اگر مدت زمان هرتست و سوئچینگ را بطور متوسط 25 دقیقه فرض کنیم، زمان بازیابی بارها بصورت زیر خواهدشد:
80% از بارها در مدت 25 دقیقه
90% از بارها در مدت 50 دقیقه
100% از بارها در مدت 75 دقیقه
تعداد کلیدزنیهای زیر بار (باولتاژ) مجموعاً 3 عدد میباشد. نتایج پخشبار بعداز هر مانور نشان میدهد که محدودیتهای الکتریکی درشبکه مراعات شده است. بدلیل ساده بودن عملیات نیازی به تغییر ساختار شبکه حاصل نداریم.
5) نتیجهگیری و پیشنهادات:
با بکارگیری روش همزمان جایابی عیب و بازیابی بار در شبکههای توزیع فاقد سیستمهای اتوماسیون میتوان زمان بازیابی بارها را بطورقابل توجهی کاهش داد. استفـاده از یک منطق قوی و اصلاح شده درباره انتخاب اولین پست برای شروع تست میتواند زمان یافتن محل عیب و درنتیجه اتمام بیبرقی را کاهش و قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهد. منطق بکاررفته در این مقاله یک روش اولیه و ساده است که میتوان با اضافهکردن برخی پارامترهای دیگر، سرعت و کارایی آن را افزایش داد.
مراجع: