FNET

الموسوعة الحرة

شبكة مراقبة التردد ( FNET ؛ والمعروفة أيضًا باسم FNET/GridEye أو GridEye) هي نظام لقياس تردد أنظمة الطاقة على نطاق واسع . باستخدام وحدة قياس الطور (PMU) المعروفة باسم مسجل اضطراب التردد (FDR)، تستطيع FNET/GridEye قياس تردد نظام الطاقة وجهده وزاويته بدقة عالية. يمكن استخدام هذه القياسات لدراسة ظواهر مختلفة في أنظمة الطاقة، وقد تلعب دورًا هامًا في تطوير تقنيات الشبكات الذكية المستقبلية . يُشغّل نظام FNET/GridEye حاليًا من قِبل مختبر تكنولوجيا معلومات الطاقة في جامعة تينيسي (UTK) في نوكسفيل، تينيسي، ومختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) في أوك ريدج، تينيسي. [ 1 ]

مواقع FNET FDR اعتبارًا من سبتمبر 2010

تاريخ

وحدة قياس الطور (PMU) أداةٌ مهمة تُستخدم لمراقبة ودراسة أنظمة الطاقة الكهربائية. طُوّرت أولى وحدات قياس الطور في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. تقيس هذه الأجهزة الجهد والتردد وزاوية الطور عند نقاط التوصيل في نظام الطاقة. وباستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، تُوفّر وحدة قياس الطور طابعًا زمنيًا لكل قياس، مما يسمح بمقارنة القياسات المأخوذة من وحدات قياس طور مختلفة بدقة. [ 2 ]

تُركّب وحدة قياس الطور (PMU) عادةً في محطة فرعية كهربائية . قد تكون هذه العملية مكلفة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً، إذ تصل تكلفتها إلى عشرات الآلاف من الدولارات لكل جهاز وتتطلب عدة أشهر من العمل. [ 3 ] وقد حدّت التكلفة العالية لتركيب وحدات قياس الطور من استخدامها في قطاع الطاقة الكهربائية.

في عام 2000، بدأ باحثون بقيادة ييلو ليو، عضو هيئة التدريس في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا ، بتطوير شبكة قياس طورية منخفضة التكلفة، يمكن تركيبها على مستوى توزيع الجهد المنخفض في شبكة الطاقة. [ 4 ] حصل باحثو جامعة فرجينيا للتكنولوجيا على منحة NSF MRI من المؤسسة الوطنية للعلوم لتطوير النظام، الذي عُرف لاحقًا باسم FNET. [ 5 ] طُوّر أول مسجل لاضطرابات التردد في عام 2003 بدعم من هيئة وادي تينيسي (TVA ) وشركة ABB. ودخل نظام FNET حيز التشغيل في عام 2004. [ 4 ]

منذ عام 2010، وبالشراكة مع وزارة الطاقة (DOE)، تم تطوير FNET/GridEye إلى شبكة مراقبة واسعة النطاق تغطي شبكات الطاقة الرئيسية الثلاث في أمريكا الشمالية و16 من أكبر الشبكات حول العالم.

مسجل تشويش التردد

مسجل اضطراب التردد (FDR) هو وحدة قياس طور أحادية الطور متزامنة مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ويتم تركيبها في منافذ كهربائية عادية بجهد 120 فولت. ونظرًا لأن الفولتية المستخدمة أقل بكثير من تلك المستخدمة في وحدة قياس طور ثلاثية الطور، فإن الجهاز رخيص نسبيًا وسهل التركيب.

يعمل جهاز قياس التردد (FDR) عن طريق أخذ عينات سريعة (1440 مرة في الثانية) من نسخة مصغرة لإشارة جهد المخرج باستخدام محول تناظري رقمي . تُعالج هذه العينات بعد ذلك بواسطة معالج إشارة رقمي مدمج ، والذي يحسب زاوية الطور اللحظية لإشارة الجهد لكل عينة. ثم يحسب الجهاز زاوية الجهد والتردد وقيمة الجهد على فترات زمنية قدرها 100 مللي ثانية. يُختم كل قياس بطابع زمني باستخدام المعلومات التي يوفرها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ثم يُرسل إلى خادم FNET/GridEye للمعالجة والتخزين. تتميز قياسات التردد التي يتم الحصول عليها من جهاز FDR بدقة تصل إلى ± 0.0005  هرتز، بينما قد تصل دقة الزاوية إلى 0.02 درجة. [ 4 ]

لا يتطلب جهاز استقبال بيانات الأعطال (FDR) سوى منفذ طاقة ومنفذ إيثرنت ورؤية السماء (لهوائي نظام تحديد المواقع العالمي GPS). وبالتالي، يمكن تركيب أجهزة استقبال بيانات الأعطال في أي مكان تقريبًا، بما في ذلك المحطات الفرعية والمكاتب وحتى المنازل الخاصة.

بنية النظام

تجمع شبكة FNET/GridEye حاليًا بيانات من أكثر من 300 جهاز استقبال بيانات الفيضانات، معظمها مثبت في شبكة الكهرباء في أمريكا الشمالية. ويوجد حوالي 70 وحدة من هذه الوحدات في 30 من أكبر شبكات الكهرباء الأخرى حول العالم.

تقوم أجهزة قياس الطور (FDRs) بنقل قياساتها عبر الإنترنت إلى مُجمِّعات بيانات الطور (PDCs) الموجودة في جامعة تينيسي ومختبر أوك ريدج الوطني. تجمع هذه المُجمِّعات أكثر من 4 جيجابايت من بيانات الطور يوميًا. كما تُرسل المُجمِّعات البيانات إلى خادم تطبيقات يُجري تحليلًا شبه فوري لها. ترد أدناه أمثلة على تطبيقات التحليل.

التطبيقات

تم تطوير مجموعة متنوعة من التطبيقات باستخدام منصة FNET/GridEye. بعضها يعمل في الوقت الفعلي تقريبًا، بينما يُستخدم البعض الآخر للتحليل دون اتصال بالإنترنت.

اكتشاف الأحداث وتحديد موقعها

تؤدي إضافة أو إزالة كميات كبيرة من الأحمال أو التوليد بشكل مفاجئ في نظام الطاقة إلى تغييرات في التردد. فعلى سبيل المثال، يتسبب تعطل مولد كهربائي في انخفاض التردد، بينما يؤدي تخفيف الأحمال إلى زيادة التردد. ويتناسب التغير في التردد طرديًا مع حجم المولد المتعطل أو مقدار الحمل المخفف. وتنتشر هذه التغييرات مكانيًا وزمنيًا في جميع أنحاء الشبكة. وبما أن الموقع الجغرافي لكل نقطة استجابة للتردد معروف، وكذلك وقت كل قياس، فمن الممكن تقدير حجم هذه الأحداث وموقعها. [ 6 ]

التصور

يمكن استخدام بيانات مسجل بيانات التردد لإعادة عرض أحداث نظام الطاقة من خلال رسوم متحركة سهلة الفهم. ويمكن استخدام بيانات التردد والزاوية لهذا الغرض.

كشف التذبذب

قد تحدث تذبذبات في نظام الطاقة نتيجةً لانقطاع التيار الكهربائي عن المولدات، أو تخفيف الأحمال، أو الأعطال، مع أن بعضها لا يكون له سبب واضح. وعادةً ما تكون هذه التذبذبات غير ضارة، شريطة أن يتم تخميدها بسرعة وبشكل كافٍ. يستخدم نظام FNET/GridEye بيانات زاوية الطور والتردد للكشف عن التذبذبات وتوفير تنبيهات فورية. [ 7 ]

تحليل أنماط التذبذب بين المناطق

بمجرد اكتشاف التذبذب، يمكن للنظام إجراء تحليل نمطي باستخدام تقنية المصفوفة متعددة القنوات . يكشف هذا التحليل عن أنماط التذبذب السائدة، ويُبين أي أجزاء شبكة الطاقة تميل إلى التذبذب معًا. [ 7 ] وقد أظهرت دراسات حديثة أن بعض طرق تحليل التردد الزمني مفيدة لتحليل الأنماط متعددة القنوات، مثل طرق تحليل الأنماط التجريبية متعددة المتغيرات. [ 8 ] [ 9 ]

الكشف عن الرحلات عبر الإنترنت

يُعدّ انقطاع خطوط النقل أحد الاضطرابات الشائعة في نظام الطاقة الكهربائية. ويؤثر انقطاع خطوط النقل على استقرار التردد والجهد في النظام. وباستخدام بيانات القياس في نظام FNET، يُمكن رصد حالات انقطاع خطوط النقل بدقة وكفاءة. ويركز هذا المشروع بشكل أساسي على تصميم مُهايئ احترافي لانقطاع خطوط النقل، بهدف الكشف الفوري عن انقطاع خطوط النقل، وتوفير تنبيهات تلقائية للعملاء. [ 10 ]

الكشف عن المناطق النائية/الجزر

استنادًا إلى بيانات القياس التي تم الحصول عليها بواسطة أجهزة كشف الأعطال الموزعة في شبكات الطاقة في أمريكا الشمالية، تم اقتراح وتطبيق طريقة لكشف حالات العزل . تراقب هذه الطريقة الأحمال الكهربائية الحرجة وتكشف انتقال هذه الأحمال من التشغيل المتصل بالشبكة إلى التشغيل المعزول [ 11 ] ، وكذلك الانتقال من التشغيل المعزول إلى التشغيل المتصل بالشبكة مرة أخرى [ 12 ] .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ موقع FNET الإلكتروني
  2. ↑ فادكي، أ.ج.؛ ثورب، ج.س.، "تاريخ وتطبيقات قياسات الطور"، مؤتمر ومعرض أنظمة الطاقة، 2006. PSCE '06. IEEE PES 2006، المجلد، العدد، الصفحات 331-335، 29 أكتوبر 2006 - 1 نوفمبر 2006.
  3. ↑ "ملخص ردود NASPI على استبيان حول تركيب وصيانة وحدات قياس الطور" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-07-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-05-2010 .
  4. 1 2 3 Zhian Zhong; Chunchun Xu; Billian, BJ; Li Zhang; Tsai, S.-JS; Conners, RW; Centeno, VA; Phadke, AG; Yilu Liu; "تنفيذ شبكة مراقبة تردد نظام الطاقة (FNET)"، أنظمة الطاقة، معاملات IEEE ، المجلد 20، العدد 4، الصفحات 1914-1921، نوفمبر 2005.
  5. ↑ معلومات عن جائزة مؤسسة العلوم الوطنية
  6. ↑ غاردنر، آر إم؛ وانغ، جيه كيه؛ ييلو ليو، "تحليل موقع أحداث نظام الطاقة باستخدام قياسات واسعة النطاق"، الاجتماع العام لجمعية هندسة الطاقة، 2006. IEEE، المجلد، العدد، الصفحات 7، 0-0 0
  7. 1 2 Y. Zhang, P. Markham, et al ., "Wide-Area Frequency Monitoring Network (FNET) Architecture and Applications," IEEE Trans. on Smart Grid , vol. 1, no. 2, Sept. 2010, pp. 159-167.
  8. ↑ يو، شوتانغ؛ غو، جياهوي؛ كو، جيفي؛ ليو، يونغ؛ ليو، ييلو (1 مايو 2016). "تحديد نمط التذبذب بناءً على قياسات محيطية واسعة النطاق باستخدام تحليل التحلل التجريبي متعدد المتغيرات للأنماط" . بحوث أنظمة الطاقة الكهربائية . 134 : 158-166 . doi : 10.1016/j.epsr.2016.01.012 .
  9. ↑ أنت، شوتانج؛ قوه، جياهوي؛ وينشوان ياو؛ سيكي وانغ؛ ليو، يونغ؛ ليو، ييلو (2016). “تحديد وضع التذبذب الدائري باستخدام تحلل الوضع التجريبي متعدد المتغيرات”. الاجتماع العام لجمعية الطاقة والطاقة IEEE لعام 2016 (PESGM) . الصفحات من 1 إلى 5. دوى : 10.1109/PESGM.2016.7742032 . رقم ISBN  978-1-5090-4168-8. S2CID 42808692 . 
  10. ↑ د. تشو؛ ي. ليو؛ ج. دونغ، "الكشف عن انقطاع الخط في الوقت الحقيقي وتطوير نظام تشغيل الإنذار بناءً على التردد"، الاجتماع العام لجمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات IEEE PES لعام 2014، الصفحات 1-5، 27-31 يوليو 2014
  11. ↑ Z. Lin, T. Xia, Y. Ye, Y. Zhang, L. Chen, Y. Liu, K. Tomsovic, T. Bilke, and F. Wen, “تطبيق أنظمة القياس واسعة النطاق للكشف عن عزل أنظمة الطاقة الكبيرة,” IEEE Trans. on Power Systems, vol. 28, no. 2, pp. 2006-2015, May. 2013.
  12. ↑ J. Guo, Y. Zhang, MA Young, MJ Till, A. Dimitrovski, Y. Liu, and P. Williging, “Design and Implementation of a Real-Time Off-Grid Operation Detection Tool from a Wide-Area Measurements Perspective”, IEEE Trans. Smart Grid, vol.6, no.4, pp. 2080-2087, 2015.