در این فصل یک توضیح کلی درباره نرم افزارهای شبیه سازی شبکه به شما داده می شود . نرم افزاری که ارائه

می شود Modelica است که شامل کمپایلر و گرافیک است .کیله شبیه سازی ها از مرجع[1] گرفته شده است.

در اين فصل يك توضيح كلي درباره نرم افزارهاي شبيه سازي شبكه به شما داده مي شود . نرم افزاري كه ارائه مي شود Modelica است

كه شامل كمپايلر و گرافيك است .كيله شبيه سازي ها از مرجع[1] گرفته شده است.

4.1 modelica

Modelica نرم افزاري است براي مدل كردن سيستمهاي مختلط و ناهمگن فيزيكي . مدل با استفاده از معادلات ديفرانسيلي يا عبارات

جبري توضيح داده شده . از نظر شبيه سازي خيلي قوي است. براي شبكه هاي قدرتي كه خيلي شبيه سازي آن مشكل است از اين

نرم افزار استفاده مي شود . در اينجا دمو آن انتخاب شده است چون شبيه سازي مدل كردن بريكرها توسط آن خيلي ساده است

و راحتر است از مطلب يا سيمولنيك . منطق بريكرها خيلي راحت است و در ماشينها حالت مانا به كار مي رود وبا استفاده از يك زبان

شيئ گرا برنامه ريزي آن با مختلط كردن روشهاي و مدلهاي مختلف انجام مي گيرد . در سيستمهاي قدرت شبيه سازي شبكه با ولتاژها

و جريانها فازور ان انجام مي شود:

نقطه هاي اتصال (يك گره در شبكه ) به صورت زير تعريف مي شود .

در سيستمهاي قدرت كه مركز ستاره آنها زمين شده است و در شبكه هايي كه سه فاز متعادل است, خطاهاي سه فاز كمترين

امپدانس اتصال زمين را دارند .و از اثر ترانسفورمانورهاي جريان برروي آن چشم پوشي مي شود .

4.1 مدل رله ها

شكل 15 : رله ديستانس

مدل شبيه سازي رله ها بسيار پيشرفته است .كه شامل مدل سازي اضافه جريان و حفاظت ديستانس و شناسايي نوسانات و امكان اتوماتيك

بستن است .كه هر كدام از آنها به صورت مجزا در زير توضيح داده مي شود .وقتي يك سيگنال قطع از يك سيستم حفاظتي مي رسد پس

از يك زمان تاخيري مي رسد و همچنين زمان لازم براي باز شدن بريكردر نظر گرفته مي شود و اين تاخير رله هاي اضافه جريان نيز در اينجا

مدل سازي شده است.وهمچنين مدلهاي رله هاي حفاظتي اضافه- كاهش ولتاژ موجود است كه در قسمتهاي بعد توضيح داده مي شود .

4.2.1 بريكرها

جريان عبوري از بريكرها را نمي توان بر روي صفر تنظيم كرد. هنگامي كه بريكر ما بايد باز شود منجر به حل يك ماتريس ژاكوپين غير قابل

حل مي شود. بنابراين جريان روي بريكرها در هنگام بسته بودن در مقدار خيلي كمي تنظيم مي شودكه در حدود e-5 ×1 است و اين

آنقدر كم است براي نتيجه شبيه سازي ما مشكلي ايجاد نمي كند .

4.2.2 رله هاي اضافه جريان

رله هاي اضافه جريان معكوس با زمان و زمان ثابت داريم, مشخصات قطع اين رله ها در شبيه سازي به كار مي رود . اين رله ها داراي يك

ورودي جريان است كه امپدانس را اندازه گيري مي كنند و داراي سينگال جهت ياب هستند كه اطلاعاتي درباره جهت عبوري انرژي به ما

مي دهد . جهت عبوري توان از طريق رابطه زير بدست مي آيد :

شكل 16 :تشخيس جهت عبور توان

اگر رابطه بالا بزرگتر از صفر باشد جهت عبوري توان در جهت رله است و نبايد عمل كند در غير اين صورت جهت توان عكس است ورله بايد عمل كند .

1-زمان ثابت

اگر مقدار جريان بيشتر از مقدار تنظيم شده براي رله باشد تايمر ما شروع به كار مي كند . اگر زمان تايمر ما به زمان تنظيم شده براي قطع برسد

سينگال قطع به خروجي داده مي شود و مي توان از قسمت قدرت رله براي باز كردن مدار استفاده كرد . زمان رله, زمان ثابت بيشتر از زمان

تنظيم شده ماكزيمم زمان ذونها در رله ديستانس است براي جلوگيري از تداخل با امپدانس اندازه گيري شده .

2-زمان معكوس

اصول كلي آن قبلا توضيح داده شده و زمان قطع آن متفاوت است . زمان آن بسته به جريان است و هر چه جريان ما بيشتر باشد زمان قطع سريعتر است .

اگر جريان I خيلي بزرگتر از I> باشد رله زماني عمل مي كند كه رابطه زير برقرار باشد.

شكل 17 : نمودار رله زمان معكوس نرمال

جدول 4 : متغير هاي اضافه جريان

اگر رله زمان-معكوس اضافه جريان براي مدت كوتاهي به كار انداخته شود و بعد از آن سينگال تايمر آن قطع شود مثلا به دلايلي ديگر احتياج به

عمل كرد اين رله نباشد, زمان تايمر رله بر روي صفر تنظيم نمي شود بلكه به صورت خيلي آهسته به سوي صفر برميگردد.علت آن اين است

كه عمل كردهاي قبلي سيستم بايد در آن ذخيره شود.عمل كرد اضافه جريان طوري ساخته شده است كه يك حفاظت پشتبان است و هنگامي

كه ديستانس ها عمل مي كند نبايد هيچ واكنشي دهد .

4.2.3 حفاظت ديستانس :

 شكل 18 : نمودار رله ديستانس

عمل كرد و خصوصيات حفاظت ديستانس همانطور كه در شكل 18 مي بينيد برنامه نويسي شده است اين مدلها بر اساس رله هاي 511

*2.3 شركت ABB است .

نقاط R1- R3 وx1-x3 براي ناحيه هاي 1 تا 3 تنظيم شده است . زمان تنظيم شده براي ناحيه يك 0.1 ثانيه وبراي ناحيه دو0.4. ثانيه و

براي ناحيه سه0.8 ثانيه است . هنگامي كه امپدانس وارد ناحيه 3 مي شود تايمر رله روشن مي شود هنگامي كه امپدانس براي مدت

زيادي در يكي از ذونها باقي ماند زمان آن با زمان قطع رله برابر مي شود و رله ديستانس سيگنال قطع را true مي كند . امپدانس طبق روابط زير محاسبه مي شود :

شرايط قطع به صورت زير اعمال مي شود:

1- اضافه جريان (1و4(In يا كاهش ولتاژ (0و7 (x Unو

2- تشخيص نا حيه

در اين نوع حفاظت سنجش افت ولتاژ نياز است. زيرا بعضي مواقع يك جريان نشتي خيلي كمي وجود دارد و مقدار جريان خطا به

مقدار تنظيم شده بر روي رله نمي رسد تا رله قطع كند . بنابراين از ولتاژ براي مشخص كردن اينكه چه موقع خطا در سيستم اتفاق

افتاده است استفاده مي شود

شكل 19 : منطق عملكرد رله ديستانس

در شكل 19 ما منطق عمل كرد يك حفاظت ديستانس را مي بينيم .همانطور كه ملاحظه مي كنيد. ناحيه 2 فقط موقعي خطا را تشخيص مي دهد

كه ناحيه 3 قبلا آن را تشخيص داده باشد .

4.2.4تشخيص دهنده نوسان

شكل 20 : منطق تشخيص نوسان

مشخصات و نحوه تشخيص نوسان قبلا در شكل فصل قبل 8 نشان داده شد . اگر نوسان خارج از ذون 3 باشد همه ذونها از يك قطع ناخواسته

محافظت مي شوند . سيگنال نشان دهنده نوسان تا جايي فعال مي ماند كه نوسان داخل ذون 3 باشد .هنگامي كه نوسان وارد ناحيه تشخيص

نوسان شد تايمر روشن و هنگامي كه ازآن خارج شد reset مي شود ولي اگر نوسان وارد ناحيه ذون 3 شد وكم شدن امپدانس ادامه داشت

زمان تايمر ثابت مي شود و زمان اندازه گرفته شده را با مقدار ثبت شده درآن مقايسه مي شود. مقدار تنظيم شده براي اولين نوسان msec 45 وبراي

نوسانات بعدي msec15 است.

Auto reclosing 4.2.5 (رله هاي اتوماتيك قطع و وصل كردن)

80% خطاهاي خط انتقال هنگامي كه خط از مدار خارج مي شود از بين مي رود و اينگونه خطا ها به صورت گذرا هستند مثل صاعقه و درختان

و شبيه اينها, هنگامي كه خط از مدار خارج شود اين خطا نيز رفع مي شود و بعد ازآن دوباره مي توانيم خط را وصل كنيم و به همين دليل ما از

ريكلوزها استفاده مي كنيم .اين كليدها پس از باز شدن زماني را صبر مي كنند به عنوان مثال msee 600 و سپس كليد دوباره بسته مي شود.

اگر اين كار با موفقيت انجام شد خط به حالت عمل كرد عادي خود بر مي گردد و خطا رفع شده است و اگر اين عمل موفقيت آميز نبود رله دوباره

فرمان قطع به بريكر مي دهد و آن را باز مي كند و خط از مدار خارج مي شود تا مشكل خطا رفع شود و رله را به صورت دستي خاموش مي كنند .

بستن ريكلوزها بيش از سه بار بسيار خطرناك است و بايد در يك محدوده مجاز انجام شود و اين فرض وجود دارد كه بيش از دو بار ممكن است

موفقيت آميز باشد يا ممكن است خسارتي به تجهيزات ما وارد كند و عمر آن را كم شود .

 شكل 21 : منطق عملكرد Autoreclosing

ريكلوزها ما فقط موقعي كار مي كنند كه خطاي تشخيص داده شده در قسمت حفاظت اصلي ما رخ داده و درناحيه اول بوده و ناشي از اضافه

جريان نباشد. در حالتهايي كه خطاي اتفاق افتاده شد خيلي پيچيده و خيلي بزرگ باشد از عمل كرد ريكلوزها جلوگيري مي شود.در واقع

ريكلوزرها قسمتي از رله است و كليد جدا گانه نيستند.در اينجا اين نوع عملكرد رله شبيه سازي مي شود . هنگامي كه بريكر باز مي شود

و تايمر شروع به كار مي كند بعد از يك پريود زماني ms600 بريكر دوباره بسته مي شود . اگر خطا باز هم وجود داشته باشد رله دوباره عمل

مي كند و بريكر را باز مي كند در غير اين صورت بريكر بسته مي ماند و رله به كار خود ادامه مي دهد.

4.2.6 رله هاي اضافه-كاهش ولتاژ

مدل آنها خيلي ساده است و تاخيري زماني آنها تنظيم مي شود. محدوده حفاظت ولتاژ آن بالاتر از pu1/1 وكمتراز pu 0.9 است و درآن

رله عمل ميكند به علاوه انها داراي منطق ريكلوزر هم هستند.

4.3 مدلهاي شبكه

4.3.1 مدل خط

شكل 22 : مدل خط

مدل خط در شكل 22 نشان داده شده كه داراي مدل PLINK است شماي كلي آن در شكل 23 نشان داده شده.دو رله جهتيR1وR2 در شكل

بالاشبيه سازي شده كه فقط در جهتي كه تنظيم شده اند عمل مي كنند . اين دو رله توسط يك كانال ارتباطي به هم متصل شده اند

اگر يكي از رله ها بريكر را باز كند بريكر طرف ديگر با يك تاخير ms20 باز مي شود جون هنگام خطا خط بايد از مدار خارج شود .

 شكل 23 :مدل خط((PiLink

خط انتقال با معادلات زير شبيه سازي مي شوند (1 گره سمت چپ و2 گره سمت راست است).

هنگام بروز خطا دياگرام تك خط استفاده مي شود و در هر جاي خط كه خطايي اتفاق افتد شبيه سازي مي شود . اگر جريان خطا خيلي كم باشد

(جريان بريكر بر روي صفر تنظيم نمي شود). فرض مي شود خطا رفع شده . با اندازه گيري مدت زمان خطا مي توان نوع خطا را مشخص كرد. مبناي

پريونيت كردن شبكه توان MVA 100 است . براي ژنراتورها نيز مي توان بيس ديگري انتخاب كرد(mvA1000). ولتاژ 1 پريونيت ولتاژمعمول شبكه است

ولي براي جريان اينطور نيست مثلا ممكن 20 پريونيت يا بيشتر باشد, كه خيلي زياد است و ما بايد اساسي براي مقايسه جريانها پيدا كنيم چون

جريان رله ها بر اساس جريان اندازه گرفته شده و جريان بيس دروني مقايسه مي شوند . بنابراين براي محاسبه جريانهاي خط هاي مختلف مبنا

را (SIL ) سرج امپدانس قرار مي دهيم.

براي اندازه گيري امپدانس طول خط كه بر حسب پريونيت مي باشد, بايد قسمت حقيقي آن درنظر گرفته شود محاسبه شود.سپس

مقاومت آن بر تقسيم مي شود تا يك مقدار منطقي براي خطوط انتقال فشار قوي بدست آيد . ماكزيمم باري كه خط مي تواند

تغذيه كند بسته به طول خط دارد .خط هاي كوتاه بار بيشتري را نسبت به خط هاي طويل مي توانند تغذيه كنند, چون پايداري ولتاژو ماكزيمم

باري كه تغذيه توسط طول خط محدود مي شود. در منحني [24] رابطه بين طول خط و بار خط نشان داده شده و اين نمودار براي مدل كردن

خطوط انتقال به كار مي رود. اين نمودار كوپلينگهاي دو طرفه خطوط فاز را در نظر نمي گيرد .

سيستم nordic 32 كه در صفحه بعدي آمده مطالعات حالت گذرا و پايداري ولتاژ بر روي آ« انجام مي شود.اين سيستم شامل بارهاي مركزي

و ژنراتورهاي بزرگ است كه در شمال سوئد است و بخش مركزي آن شامل قسمتي از سوئد و بخش خارجي كه آن شامل فلاند است.

اين سيستم داراي 32 گره و 29 ژنراتوردر سطح ولتاژKV 400,220و130 است.دوخطا در اين شبكه برسي شده.خطاي اول در باس4045 وخطاي

بعدي در ناحيه اطراف باس 4042 .

شكل 24 : خطهاي تيره نشلن دهنده kv400 وخطهاي باريك كم رنگ نشان دهنده خطوط kv 220 وkv 130 مي باشد.

در اين شكل تعداد زيادي ژنراتور در شمال وقسمتهاي بالا استو بارهاي زيادي در جنوب وقسمتها پائين وجود دارد.بنابراين مدل جالبي براي برسي

خطاهاي خط انتقال است.يك مدل ازمايشي در قسمت بعدي, شكل 26 آورده شده تنها تفاوت ان با مدلهاي قبلي اين كه در اين مدل از حفاظت در

مقابل كاهش ولتاژ (UFLS ) استفاده شده.

4.4 شبيه سازي سيستم PSGuard

 شكل 26 : مدل ازمايشي

در دو نقطه سيستم, خطا بررسي شده تا رابطه بين سيستم PSGuardوسيستمهاي اندازه گيري محلي برسي شودبراي تست سيستم از Modelicaكمك

گرفته شده.همه شبيه سازي ها در محيط اين نرم افزار انجام شده .وروديها وارد Modelica شده وخروجي ان پس از تحليل وارد بلوك سيمولينك مي شود.

نتيجه شبيه سازي به صورت كاربردي در Simulink آمده است.در اين تحليل از الگوريتم پيشگوئي فركانسي استفاده شده. براي آزمايش سيستم حفاظتي

خطا در خط N10-N11 شبيه سازي شده.