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FNET (Rete di monitoraggio della frequenza; alias FNET/GridEye, GridEye) è un sistema di misurazione della frequenza di un sistema di alimentazione ad ampia area . Utilizzando un tipo di unità di misurazione del fasore (PMU) noto come registratore di disturbo di frequenza (FDR), FNET/GridEye è in grado di misurare la frequenza, la tensione e l'angolo del sistema di alimentazione in modo molto accurato. Queste misurazioni possono quindi essere utilizzate per studiare vari fenomeni del sistema energetico e possono svolgere un ruolo importante nello sviluppo delle future tecnologie delle reti intelligenti . Il sistema FNET/GridEye è attualmente gestito dal Power Information Technology Laboratory presso l' Università del Tennessee (UTK) a Knoxville, Tennessee, e dall'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) a Oak Ridge, Tennessee.

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Posizioni FNET FDR a partire da settembre 2010

Storia

Un'unità di misura del fasore è uno strumento importante che viene utilizzato per monitorare e studiare i sistemi di alimentazione elettrica. I primi PMU sono stati sviluppati alla Virginia Tech alla fine degli anni '80. Questi dispositivi misurano la tensione, la frequenza e l'angolo di fase sui bus all'interno del sistema di alimentazione. Utilizzando il Global Positioning System , una PMU può fornire un timestamp per ogni misurazione. Ciò consente di confrontare accuratamente le misurazioni prese da diverse PMU.

Una PMU è tipicamente installata in una sottostazione elettrica . Questo processo può essere piuttosto costoso e dispendioso in termini di tempo, con un costo di decine di migliaia di dollari per dispositivo e diversi mesi di impegno. L'alto costo di installazione delle PMU ha limitato il loro utilizzo nel settore dell'energia elettrica.

Nel 2000, i ricercatori guidati dal membro della facoltà della Virginia Tech Yilu Liu hanno iniziato lo sviluppo di una rete di misurazione dei fasori a basso costo che potrebbe essere installata al livello di distribuzione a bassa tensione della rete elettrica. I ricercatori della Virginia Tech hanno ricevuto una sovvenzione per la risonanza magnetica NSF dalla National Science Foundation per sviluppare il sistema, che è diventato noto come FNET. Il primo registratore di disturbi di frequenza è stato sviluppato nel 2003 con il supporto di TVA (Tennessee Valley Authority) e ABB. Il sistema FNET è andato online nel 2004.

Dal 2010, in collaborazione con il Dipartimento dell'Energia (DOE), FNET/GridEye è stato sviluppato in una rete di monitoraggio della rete ad ampia area che copre le tre principali reti elettriche nordamericane e 16 delle più grandi reti del mondo.

Registratore di disturbi di frequenza

Il registratore di disturbi di frequenza, o FDR, è un PMU monofase sincronizzato con GPS che viene installato su normali prese da 120 V. Poiché le tensioni in gioco sono molto inferiori a quelle di una tipica PMU trifase, il dispositivo è relativamente economico e semplice da installare.

L'FDR funziona campionando rapidamente (1.440 volte al secondo) una versione ridotta del segnale di tensione della presa utilizzando un convertitore analogico-digitale . Questi campioni vengono quindi elaborati tramite un processore di segnale digitale integrato , che calcola l'angolo di fase istantaneo del segnale di tensione per ciascun campione. Il dispositivo calcola quindi l'angolo di tensione, la frequenza e l'ampiezza della tensione a intervalli di 100 ms. Ogni misurazione è contrassegnata dall'ora utilizzando le informazioni fornite dal sistema GPS e quindi trasmessa al server FNET/GridEye per l'elaborazione e l'archiviazione. Le misurazioni di frequenza ottenute dall'FDR sono accurate entro ± 0,0005 Hz e la precisione dell'angolo potrebbe raggiungere 0,02 gradi.

Un FDR richiede solo una presa di corrente, una porta Ethernet e una vista del cielo (per l'antenna GPS). Pertanto, gli FDR possono essere installati praticamente ovunque, comprese sottostazioni, uffici e persino residenze private.

Architettura di sistema

Attualmente, FNET/GridEye raccoglie dati da oltre 300 FDR, la maggior parte dei quali sono installati nella rete elettrica nordamericana. Circa 70 di queste unità si trovano in 30 delle altre reti più grandi del mondo.

Gli FDR trasmettono le loro misurazioni su Internet a phasor data concentrators (PDC) situati presso l'Università del Tennessee e l'Oak Ridge National Lab. Questi PDC raccolgono più di 4 GB di dati phasor al giorno. I PDC inoltre inoltrano i dati a un server delle applicazioni che esegue un'analisi dei dati quasi in tempo reale. Di seguito sono riportati esempi di applicazioni di analisi.

Applicazioni

Una varietà di applicazioni sono state sviluppate utilizzando la piattaforma FNET/GridEye. Alcuni funzionano quasi in tempo reale, mentre altri vengono utilizzati per l'analisi offline.

Rilevamento e posizione degli eventi

L'aggiunta o la rimozione improvvisa di grandi quantità di carico o generazione in un sistema di alimentazione porta a variazioni di frequenza. Ad esempio, l'intervento di un generatore provoca una diminuzione della frequenza, mentre l'eliminazione del carico provoca un aumento della frequenza. La variazione di frequenza è proporzionale alla taglia del generatore intervenuto o alla quantità di distacco del carico. Questi cambiamenti si propagano sia nello spazio che nel tempo attraverso la griglia. Poiché la posizione geografica di ogni FDR è nota, così come l'ora di ciascuna misurazione, è possibile stimare sia l'entità che l'ubicazione di questi eventi.

Visualizzazione

I dati FDR possono essere utilizzati per "riprodurre" gli eventi del sistema di alimentazione attraverso animazioni intuitive. A questo scopo possono essere utilizzati sia i dati di frequenza che di angolo.

Rilevamento dell'oscillazione

Le oscillazioni del sistema di alimentazione possono verificarsi a causa di guasti del generatore, perdita di carico o guasti, sebbene alcune non abbiano una causa evidente. Tali oscillazioni di solito non sono dannose, purché siano smorzate rapidamente e sufficientemente. FNET/GridEye utilizza sia l'angolo di fase che i dati di frequenza per rilevare le oscillazioni e fornire avvisi in tempo reale.

Analisi modale dell'oscillazione inter-area

Una volta rilevata un'oscillazione, il sistema può eseguire l'analisi modale utilizzando la tecnica della matita a matrice multicanale . Questa analisi rivela le modalità di oscillazione dominanti e mostra quali parti della rete elettrica tendono ad oscillare insieme. Studi recenti hanno mostrato che alcuni metodi di analisi tempo-frequenza sono utili per l'analisi della modalità multicanale, come i metodi di decomposizione della modalità empirica multivariata.

Rilevamento del viaggio in linea

L'interruzione della linea è uno dei disturbi generali nel sistema di alimentazione. L'interruzione delle linee di trasmissione influisce sulla stabilità della frequenza e della tensione del sistema. Utilizzando i dati di misurazione nel sistema FNET, gli eventi di sgancio della linea possono essere rilevati in modo corretto ed efficiente. Il progetto attuale si concentra principalmente sulla progettazione di un adattatore di viaggio di linea professionale per realizzare il rilevamento di viaggio di linea online e fornire notifiche di avviso automatico per i clienti.

Rilevamento fuori rete/isolazione

Sulla base dei dati di misura acquisiti dai FDR schierate nelle reti elettriche del Nord America, un islanding metodo di rilevamento è proposto e attuato. Questo metodo monitora i carichi elettrici critici e rileva la transizione di questi carichi da un'operazione in rete a un'operazione in isola e anche la transizione da un'operazione in isola a un'operazione in rete.

Guarda anche

Riferimenti

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