FNET (Сеть мониторинга частоты; также известная как FNET / GridEye, GridEye) - это система измерения частоты в энергосистеме большой площади . Используя блок измерения вектора (PMU), известный как регистратор частотных возмущений (FDR), FNET / GridEye может очень точно измерять частоту, напряжение и угол энергосистемы. Эти измерения затем могут быть использованы для изучения различных явлений в энергосистеме и могут сыграть важную роль в развитии будущих технологий интеллектуальных сетей . Система FNET / GridEye в настоящее время эксплуатируется лабораторией энергетических информационных технологий Университета Теннесси (UTK) в Ноксвилле, штат Теннесси, и Национальной лабораторией Ок-Ридж (ORNL) в Ок-Ридже, штат Теннесси.[1]
История
Единица измерения вектора - важный инструмент, который используется для мониторинга и изучения электроэнергетических систем. Первые PMU были разработаны в Технологическом институте Вирджинии в конце 1980-х годов. Эти устройства измеряют напряжение, частоту и фазовый угол на шинах энергосистемы. Используя глобальную систему позиционирования , PMU может предоставить временную метку для каждого измерения. Это позволяет точно сравнивать измерения, полученные от разных PMU. [2]
PMU обычно устанавливается на электрической подстанции . Этот процесс может быть довольно дорогим и трудоемким, стоить десятки тысяч долларов за устройство и потребовать нескольких месяцев усилий. [3] Высокая стоимость установки PMU ограничивает их использование в электроэнергетике.
В 2000 году исследователи во главе с преподавателем Технологического института Вирджинии Илу Лю начали разработку недорогой сети векторных измерений, которую можно было бы установить на низковольтном распределительном уровне энергосистемы. [4] Исследователи из Технологического института Вирджинии получили грант NSF MRI от Национального научного фонда на разработку системы, которая стала известна как FNET. [5] Первый регистратор частотных возмущений был разработан в 2003 году при поддержке TVA (Tennessee Valley Authority) и ABB. Система FNET была запущена в 2004 году. [4]
С 2010 года в сотрудничестве с Министерством энергетики (DOE) FNET / GridEye была преобразована в глобальную сеть мониторинга сети, охватывающую три основные энергосистемы Северной Америки и 16 крупнейших сетей по всему миру.
Регистратор частотных возмущений
Регистратор частотных возмущений, или FDR, представляет собой однофазный PMU с синхронизацией по GPS, который устанавливается на обычных розетках на 120 В. Поскольку задействованные напряжения намного ниже, чем у типичного трехфазного PMU, устройство относительно недорогое и простое в установке.
FDR работает путем быстрой выборки (1440 раз в секунду) уменьшенной версии сигнала напряжения розетки с помощью аналого-цифрового преобразователя . Затем эти выборки обрабатываются встроенным цифровым процессором сигналов , который вычисляет мгновенный фазовый угол сигнала напряжения для каждой выборки. Затем устройство вычисляет угол напряжения, частоту и величину напряжения с интервалами 100 мс. Каждое измерение имеет отметку времени с использованием информации, предоставленной системой GPS, а затем передается на сервер FNET / GridEye для обработки и хранения. Измерения частоты, полученные с помощью FDR, имеют точность в пределах ± 0,0005 Гц, а угловая точность может достигать 0,02 градуса. [4]
Для FDR требуется только розетка, порт Ethernet и вид неба (для антенны GPS). Таким образом, FDR можно устанавливать практически где угодно, включая подстанции, офисы и даже частные дома.
Архитектура системы
В настоящее время FNET / GridEye собирает данные с более чем 300 FDR, большинство из которых установлено в энергосистеме Северной Америки. Около 70 таких энергоблоков расположены в 30 других крупнейших сетях мира.
FDR передают свои измерения через Интернет на концентраторы векторных данных (PDC), расположенные в Национальной лаборатории Университета Теннесси и Ок-Ридж. Эти PDC собирают более 4 ГБ векторных данных в день. PDC также пересылают данные на сервер приложений, который выполняет анализ данных в режиме, близком к реальному времени. Примеры аналитических приложений приведены ниже.
Приложения
На платформе FNET / GridEye было разработано множество приложений. Некоторые работают в режиме, близком к реальному времени, а другие используются для автономного анализа.
Обнаружение и местонахождение событий
Внезапное добавление или удаление больших объемов нагрузки или генерации в энергосистеме приводит к изменениям частоты. Например, отключение генератора вызывает снижение частоты, тогда как сброс нагрузки приводит к увеличению частоты. Изменение частоты пропорционально размеру отключенного генератора или величине сброса нагрузки. Эти изменения распространяются как в пространстве, так и во времени по всей сетке. Поскольку географическое положение каждого FDR известно, как и время каждого измерения, можно оценить как размер, так и местоположение этих событий. [6]
Визуализация
Данные FDR можно использовать для «воспроизведения» событий энергосистемы с помощью интуитивно понятной анимации. Для этой цели можно использовать данные как по частоте, так и по углу.
Обнаружение колебаний
Колебания энергосистемы могут возникать в результате отключений генератора, отключения нагрузки или неисправностей, хотя некоторые из них не имеют очевидной причины. Такие колебания обычно не вредны, если они быстро и достаточно затухают. FNET / GridEye использует данные о фазовом угле и частоте для обнаружения колебаний и предоставления предупреждений в реальном времени. [7]
Анализ модальных колебаний между зонами
Как только колебание обнаружено, система может выполнять модальный анализ, используя метод многоканального матричного карандаша . Этот анализ выявляет преобладающие режимы колебаний и показывает, какие части энергосистемы имеют тенденцию колебаться вместе. [7] Недавние исследования показали, что некоторые методы частотно-временного анализа полезны для анализа многоканального режима, например, методы многомерной эмпирической декомпозиции мод. [8] [9]
Он-лайн обнаружение поездки
Отключение линии - одно из общих нарушений в энергосистеме. Отключение линий передачи влияет на стабильность частоты и напряжения в системе. Используя данные измерений в системе FNET, события отключения линии могут быть правильно и эффективно обнаружены. Текущий проект в первую очередь направлен на разработку профессионального адаптера линейного отключения, чтобы реализовать обнаружение линейного отключения в режиме онлайн и обеспечить автоматическое оповещение клиентов. [10]
Обнаружение автономного / автономного режима
На основании данных измерений , полученных с помощью FDRs развернутого в электрических сетях Северной Америки, секционирование методы обнаружения предложены и реализованы. Этот метод контролирует критические электрические нагрузки и обнаруживает переход этих нагрузок от сетевого режима к изолированному режиму [11], а также переход от изолированного режима обратно к сетевому режиму. [12]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Веб-сайт FNET
- ^ Phadke, AG; Торп, JS, «История и применение БЛАСТЕРА измерений,» Конференц - системы питания и экспозиция, 2006 . PSCE '06. 2006 IEEE PES, vol., No., Pp. 331-335, 29 октября 2006 г. - ноябрь. 1 2006.
- ^ «Сводка ответов NASPI на анкету по установке и обслуживанию PMU» . Архивировано из оригинала на 2011-07-27 . Проверено 29 мая 2010 .
- ^ a b c Чжан Чжун; Чуньчунь Сюй; Биллиан, Би Джей; Ли Чжан; Tsai, S.-JS; Коннерс, RW; Сентено, Вирджиния; Phadke, AG; Илу Лю; , "Реализация сети мониторинга частоты энергосистемы (FNET)", Power Systems, IEEE Transactions on , том 20, №4, стр. 1914-1921, ноябрь 2005 г.
- ^ Информация о премии NSF
- ^ Гарднер, RM; Ван, JK; Yilu Лю, «Анализ местоположения Энергосистемы событийиспользованием измерений широкого охвата,» Power Engineering Society Общее собрание, 2006 . IEEE, том, №, стр. 7 с., 0–0 0
- ^ a b Я. Чжан, П. Маркхэм и др ., "Архитектура и приложения глобальной сети мониторинга частоты (FNET)", IEEE Trans. по Smart Grid , т. 1, вып. 2, сентябрь 2010 г., стр. 159–167.
- ^ Ты, Шутанг; Го, Цзяхуэй; Коу, Гэфэй; Лю, Юн; Лю, Илу (1 мая 2016 г.). «Идентификация режима колебаний на основе измерений окружающей среды на обширной территории с использованием многомерного эмпирического разложения по модам» . Исследование электроэнергетических систем . 134 : 158–166. DOI : 10.1016 / j.epsr.2016.01.012 .
- ^ Ты, Шутанг; Го, Цзяхуэй; Вэньсюань Яо; Siqi Wang; Лю, Юн; Лю, Илу (2016). «Идентификация режима кольцевых колебаний с использованием многомерного разложения по эмпирическим модам». 2016 IEEE питание и общее собрание общества энергетики (PESGM) . С. 1–5. DOI : 10.1109 / PESGM.2016.7742032 . ISBN 978-1-5090-4168-8.
- ^ Д. Чжоу; Ю. Лю; Дж. Донг, «Обнаружение отключения линии в реальном времени на основе частоты и разработка срабатывания сигнализации», Общее собрание IEEE PES, 2014 г., стр. 1-5, 27-31 июля 2014 г.
- ^ З. Линь, Т. Ся, Й. Е, Я. Чжан, Л. Чен, Ю. Лю, К. Томсович, Т. Бильке и Ф. Вэнь, "Применение систем измерения большой площади для изолированного обнаружения массивов энергосистемы, IEEE Trans. по энергетическим системам, т. 28, вып. 2, стр. 2006-2015, май. 2013.
- ^ Дж. Го, Ю. Чжан, М. А. Янг, М. Дж. Тилль, А. Димитровски, Ю. Лю и П. Виллигинг, «Разработка и реализация инструмента обнаружения операций вне сети в режиме реального времени с точки зрения измерений на большой площади. ”, IEEE Trans. Smart Grid, том 6, номер 4, стр. 2080-2087, 2015.
Внешние ссылки
- Веб-сайт FNET
- Североамериканская инициатива по синхрофазорам (NASPI)