FNET - FNET

FNET (Frequency monitoring Network; alias FNET / GridEye, GridEye) is a wide-area frekvence napájecího systému měřící systém. Pomocí typu jednotka fázorového měření (PMU) známý jako zapisovač kmitočtových poruch (FDR), je FNET / GridEye schopen velmi přesně měřit frekvenci, napětí a úhel energetického systému. Tato měření lze poté použít ke studiu různých jevů energetické soustavy a mohou hrát důležitou roli při vývoji budoucnosti inteligentní mřížka technologie. Systém FNET / GridEye v současné době provozuje Laboratoř energetické informační technologie na University of Tennessee (UTK) v Knoxville, Tennessee a USA Národní laboratoř v Oak Ridge (ORNL) v Oak Ridge, Tennessee.[1]

Umístění FDR FDR k září 2010

Dějiny

Fázorová měřicí jednotka je důležitý nástroj, který se používá ke sledování a studiu elektrických energetických systémů. První PMU byly vyvinuty na Virginia Tech na konci 80. let. Tato zařízení měří napětí, frekvenci a fázový úhel na sběrnicích v energetickém systému. Využitím Globální Polohovací Systém, PMU může poskytnout časové razítko pro každé měření. To umožňuje přesné porovnání měření provedených z různých PMU.[2]

PMU se obvykle instaluje na elektrická rozvodna. Tento proces může být docela drahý a časově náročný, stojí desítky tisíc dolarů na zařízení a vyžaduje několik měsíců úsilí.[3] Vysoké náklady na instalaci PMU omezily jejich použití v odvětví elektrické energie.

V roce 2000 vědci vedeni členem fakulty Virginia Tech Yilu Liu zahájil vývoj nízkonákladové phasorové měřicí sítě, která by mohla být instalována na nízkonapěťové distribuční úrovni energetické sítě.[4] Výzkumní pracovníci společnosti Virginia Tech obdrželi grant NSF MRI od Národní vědecká nadace vyvinout systém, který se stal známým jako FNET.[5] První zapisovač kmitočtových poruch byl vyvinut v roce 2003 s podporou TVA (Tennessee Valley Authority) a ABB. Systém FNET byl online v roce 2004.[4]

Od roku 2010 ve spolupráci s Ministerstvo energetiky (DOE), FNET / GridEye byla vyvinuta do rozsáhlé monitorovací sítě rozvodné sítě, která pokrývá tři hlavní severoamerické energetické sítě a 16 největších sítí po celém světě.

Zapisovač kmitočtových poruch

Frekvenční rušič nebo FDR je jednofázový PMU synchronizovaný s GPS, který je instalován na běžných 120 V zásuvkách. Vzhledem k tomu, že použité napětí je mnohem nižší než napětí typického třífázového PMU, je zařízení relativně levné a snadno se instaluje.

FDR pracuje tak, že rychle vzorkuje (1440krát za sekundu) zmenšenou verzi napěťového signálu zásuvky pomocí analogově-digitální převodník. Tyto vzorky jsou poté zpracovány pomocí palubního počítače procesor digitálního signálu, který vypočítává okamžitý fázový úhel napěťového signálu pro každý vzorek. Zařízení poté vypočítává úhel napětí, frekvenci a velikost napětí v intervalech 100 ms. Každé měření je označeno časem pomocí informací poskytnutých systémem GPS a poté odesláno na server FNET / GridEye ke zpracování a uložení. Frekvenční měření získaná z FDR jsou přesná s přesností ± 0,0005 Hz a přesnost úhlu by mohla dosáhnout 0,02 stupně.[4]

FDR vyžaduje pouze zásuvku, ethernetový port a výhled na oblohu (pro anténu GPS). FDR lze tedy instalovat prakticky kdekoli, včetně rozvoden, kanceláří a dokonce i soukromých rezidencí.

Architektura systému

V současné době FNET / GridEye shromažďuje data z více než 300 FDR, z nichž většina je instalována v severoamerické energetické síti. Asi 70 z těchto jednotek se nachází ve 30 z dalších největších sítí po celém světě.

FDR přenášejí svá měření přes internet do fázorových datových koncentrátorů (PDC) umístěných na University of Tennessee a Oak Ridge National Lab. Tyto PDC shromažďují více než 4 GB fázorových dat denně. PDC také předávají data na aplikační server, který provádí analýzu dat téměř v reálném čase. Níže jsou uvedeny příklady analytických aplikací.

Aplikace

Pomocí platformy FNET / GridEye byla vyvinuta řada aplikací. Některé fungují téměř v reálném čase, jiné se používají pro offline analýzu.

Detekce a umístění události

Náhlé přidání nebo odebrání velkého množství zátěže nebo generování v energetickém systému vede ke změnám frekvence. Například vypnutí generátoru způsobí pokles frekvence, zatímco snižování zátěže má za následek zvýšení frekvence. Změna frekvence je úměrná velikosti aktivovaného generátoru nebo velikosti uvolněné zátěže. Tyto změny se šíří v prostoru i čase v celé mřížce. Protože je známa geografická poloha každého FDR, stejně jako čas každého měření, je možné odhadnout velikost i umístění těchto událostí.[6]

Vizualizace

Data FDR lze použít k „přehrávání“ událostí energetického systému pomocí intuitivních animací. K tomuto účelu lze použít údaje o frekvenci i úhlu.

Detekce oscilací

K oscilacím energetického systému může dojít v důsledku vypnutí generátoru, odlehčení zátěže nebo poruch, i když některé nemají zjevnou příčinu. Takové oscilace obvykle nejsou škodlivé, pokud jsou rychle a dostatečně tlumeny. FNET / GridEye používá data fázového úhlu i frekvence k detekci oscilací a poskytování výstrah v reálném čase.[7]

Meziplošná oscilační modální analýza

Jakmile je detekována oscilace, může systém provádět modální analýzu pomocí vícekanálového signálu maticová tužka technika. Tato analýza odhaluje dominantní režimy kmitání a ukazuje, které části energetické sítě mají tendenci společně kmitat.[7] Nedávné studie ukázaly, že některé metody časově-frekvenční analýzy jsou užitečné pro analýzu ve vícekanálovém režimu, jako jsou metody vícerozměrného empirického rozkladu.[8][9]

Detekce online poruchy

Vypnutí linky je jednou z obecných poruch v energetickém systému. Výpadek přenosových linek ovlivňuje frekvenční a napěťovou stabilitu systému. Využitím naměřených dat v systému FNET lze správně a efektivně detekovat události vypnutí linky. Současný projekt se primárně zaměřuje na design profesionálního adaptéru pro line-trip, aby bylo možné realizovat online detekci line-line výletu a poskytovat klientům automatické výstražné upozornění.[10]

Detekce mimo mřížku / ostrování

Na základě naměřených dat získaných FDR rozmístěnými v severoamerických energetických sítích, an ostrovan je navržena a implementována detekční metoda. Tato metoda sleduje kritické elektrické zátěže a detekuje přechod těchto zátěží z provozu v síti na provoz s ostrůvkem[11] a také přechod od ostrůvku zpět k provozu na síti.[12]

Viz také

Reference

  1. ^ Web FNET
  2. ^ Phadke, A.G .; Thorp, J. S., „Historie a aplikace fázorových měření“ Konference a výstava energetických systémů, 2006. PSCE '06. 2006 IEEE PES, roč., Č., Str. 311 335, 29. října 2006 - listopad 1. 2006.
  3. ^ „Souhrn odpovědí NASPI na dotazník o instalaci a údržbě PMU“. Archivovány od originál dne 2011-07-27. Citováno 2010-05-29.
  4. ^ A b C Zhian Zhong; Chunchun Xu; Billian, B.J .; Li Zhang; Tsai, S.-J.S .; Conners, R.W .; Centeno, V.A .; Phadke, A.G .; Yilu Liu; „Implementace sítě pro monitorování frekvence energetického systému (FNET),“ Energetické systémy, transakce IEEE zapnuty20, č. 4, s. 1914-1921, listopad 2005.
  5. ^ Informace o ceně NSF
  6. ^ Gardner, R.M .; Wang, J. K.; Yilu Liu, „Analýza polohy energetického systému pomocí velkoplošných měření,“ Valná hromada společnosti Power Engineering Society, 2006. IEEE, sv., Č., S. 7 s., 0-0 0
  7. ^ A b Y. Zhang, P. Markham, et al., „Architektura a aplikace Wide-Area Frequency Monitoring Network (FNET)“ IEEE Trans. na Smart Grid, sv. 1, č. 2, září 2010, s. 159-167.
  8. ^ Ty, Shutang; Guo, Jiahui; Kou, Gefei; Liu, Yong; Liu, Yilu (1. května 2016). „Identifikace oscilačního režimu na základě velkoplošných měření okolí pomocí vícerozměrného empirického rozkladu“. Výzkum systémů elektrické energie. 134: 158–166. doi:10.1016 / j.epsr.2016.01.012.
  9. ^ Ty, Shutang; Guo, Jiahui; Wenxuan Yao; Siqi Wang; Liu, Yong; Liu, Yilu (2016). "Identifikace oscilačního režimu vyzvánění dolů pomocí vícerozměrného rozkladu empirického režimu". Valná hromada IEEE pro energetiku a energetiku 2016 (PESGM). s. 1–5. doi:10.1109 / PESGM.2016.7742032. ISBN  978-1-5090-4168-8.
  10. ^ D. Zhou; Y. Liu; J. Dong, „Frekvenční detekce vypínání linky v reálném čase a vývoj spouštění alarmu“, 2014 IEEE PES General Meeting, pp.1-5, 27-31 July 2014
  11. ^ Z. Lin, T. Xia, Y. Ye, Y. Zhang, L. Chen, Y. Liu, K. Tomsovic, T. Bilke a F. Wen, „Aplikace systémů měření na velké ploše pro detekci ostrovního napájení hromadné energie systémy, „IEEE Trans. o energetických systémech, roč. 28, č. 2, s. 2006-2015, květen. 2013.
  12. ^ J. Guo, Y. Zhang, MA Young, MJ Till, A. Dimitrovski, Y. Liu a P. Williging, „Návrh a implementace nástroje pro detekci operací mimo síť v reálném čase z pohledu měření na velké ploše“ , IEEE Trans. Smart Grid, sv. 6, č. 4, s. 2080-2087, 2015.

externí odkazy