ADAPTIVE FAULT LOCATION IN POWER SYSTEM NETWORKS BASED ON SYNCHRONIZED PHASOR MEASUREMENTS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF PhDThesis-198920460.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

تعتبر وحدات قياس الأطوار المتزامن للكميات الكهربية (Phasor Measurement Units) المعتمدة على النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS) من أهم أدوات القياس التي ستشكل مستقبل أنظمة الطاقة الكهربائية. وتتميز هذه الوحدات بقدرتها الفريدة على قياس أطوار الجهد والتيار بشكل متزامن في الزمن الحقيقي لمواقع متباعدة في شبكات الكهرباء. وشهد تصنيع هذه الوحدات تطورا ملموسا في السنوات القليلة الماضية مما أتاح استخدامها في تطبيقات كثيرة وواعدة ومنها استخدامها في تحديد مواقع الأعطال. وعلى الرغم من أن وحدات القياس هذه لها القدرة على احداث ثورة في طريقة المراقبة والتحكم بانظمة الطاقة الكهربائية الا أن تركيبها في الشبكات يجب أن يدرس ويقنن من حيث المكان والعدد لاعتبارات اقتصادية. تبحث هذه الرسالة مشكلة ايجاد الوضع الامثل لوحدات قياس الاطوار المتزامن في الشبكات الكهربائية وتعرض صياغة جديدة لهذه المشكلة لا تأخذ بعين الاعتبار الوحدات الجديدة المراد تركيبها فقط وانما تشمل أيضا الوحدات القائمة التي ربما تبقى في مكانها أو تنقل لمكان اخر في الشبكة تبعا للحل الأمثل. كما تأخذ هذه الصياغة بعض القيود والمحددات العملية بعين الاعتبار كالقدرة على ملاحظة حالة النظام بشكل كامل والمواقع التي يجب تركيب وحدات قياس بها أو تلك التي ينبغي تحاشي تركيب الوحدات بها لاعتبارات مختلفة. كما تعرض الرسالة حل المشكلة المذكورة آنفا باستخدام خوارزم يحاكي طريقة التطور التفاضلي (Differential Evolution) تم برمجته باستخدام لغة (MATLAB) بحيث يمكن ملاحظة حالة النظام باستخدام أقل عدد من هذه الوحدات مع تحقيق جميع القيود والمحددات العملية. ولتأكيد جودة الحل تم مقارنة حلول هذه الطريقة مع الحلول المنشورة التي تم الحصول عليها باستخدام طرق اخرى لانظمة قياسية مختلفة. وادراكا لاهمية موضوع تحديد مواقع الأعطال في شبكات الكهرباء بشكل دقيق وسريع اشتملت هذه الرسالة كذلك على اقتراح خوارزميات تقوم بتحديد مواقع الاعطال بشكل تكيفي بالاعتماد فقط على قياسات الجهد والتيار المأخوذة من وحدات قياس الأطوار المتزامن حيث تقوم هذه الخوارزميات بحساب البارامترات المطلوبة في الزمن الحقيقي دون الحاجة لان يتم تزويد هذه البارامترات من قبل شركات الكهرباء اذ لا يتم عندئذ أخذ حالة التشغيل الفعلية للنظام بنظر الاعتبار. ويمكن تطبيق هذه الخوارزميات على خطوط لها نهايتان أو ثلاث نهايات طرفية وكذلك الخطوط المزودة بمعوضات القدرة المفاعلة المربوطة على التسلسل. ولتقييم اعتمادية الخوارزميات المقترحة تم دراسة تأثير عدد من العوامل كمكان العطل ونوعه ومقاومته ووقت بداية حدوثه وأحمال ما قبل العطل ونسبة تعويض القدرة المفاعلة على دقة الحل المتحصل عليه. تم برمجة هذه الخوارزميات باستخدام لغة (MATLAB) وتمثيل الشبكات باستخدام برنامج (PSCAD/EMTDC) كما تم تطبيق محدد الاعطال المقترح باستخدام محاكي في الزمن الحقيقي. طبقت جميع الخوارزميات المقترحة على شبكة نظام كهربائي حقيقي ومن خلال النتائج التي تم الحصول عليها يمكن الاستنتاج أن هذه الخوارزميات تمتاز باعتماديتها ودقتها العالية سواء في ايجاد الوضع الأمثل لوحدات القياس المتزامن أو في تحديد مواقع الأعطال.

English Abstract

The phasor measurement unit (PMU), using synchronization signals from the satellite global positioning system, is considered to be a key measuring device in the future of power systems. A PMU is characterized with its unique ability to provide synchronized phasor measurements of voltages and currents from widely separated locations in an electric power network. PMUs have recently evolved into mature tools and can now be deployed in a variety of power system applications including the field of fault location. Although PMUs have the potential to revolutionize the way electric power systems are monitored and controlled, their installation shall be optimized due to cost factor. This thesis addresses the two main issues in any PMU initiative, namely PMU placement and intended system application. A new formulation for the optimal PMU placement (OPP) problem is proposed considering not only the new PMUs to be installed but also the existing ones to be retained or relocated. This formulation takes into account various practical constraints and limitations such as achievement of full network observability, the list of system buses at which PMUs must be installed and the list of system buses at which PMU installation shall be avoided. An optimization technique based on differential evolution algorithm (DEA) is proposed and coded in MATLAB for solving OPP problem. To benchmark the proposed DEA, its optimal solutions are compared to the published solutions obtained using other optimization techniques for different IEEE test systems. Realizing the importance of accurate and swift fault location on a power network, this thesis also proposes new PMU-based adaptive fault location algorithms for two-terminal-, three-terminal- and series-compensted transmission networks. To improve the fault location accuracy, the proposed algorithms utilize only PMU synchronized measurements and do not require any data to be provided by the electric utility. In these algorithms, the transmission line parameters and Thevenin’s equivalent of the system at designated terminals are determined online to reflect the actual operating conditions of the system. Fault-location accuracy evaluation of the proposed algorithms is performed considering various factors such as fault position, fault type, fault resistance, fault inception angle, pre-fault loading and line compensation degree. The proposed algorithms have been simulated using both PSCAD/EMTDC and MATLAB and practically implemented using RTDS simulator. A real-life system is used to test the proposed algorithms for OPP problem and PMU-based adaptive fault location. Simulation results revealed that the developed algorithms produce reliable and high-quality solutions.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohammad A.
Committee Members:	Elamin, Ibrahim M. and Abdurrahim, A. H. and Al-Hamouz, Zakariya M. and Deriche, Mohamed
Depositing User:	AL-MUHAMMA HASAN (g198920460)
Date Deposited:	05 Feb 2013 10:11
Last Modified:	01 Nov 2019 15:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138853