FNET- FNET

FNET (Frequency Monitoring NETwork; ook bekend als FNET/GridEye, GridEye) is een frequentiemeetsysteem voor een groot gebied van stroomsystemen . Met behulp van een type phasor-meeteenheid (PMU), bekend als een frequentiestoringsrecorder (FDR), kan FNET/GridEye de frequentie, spanning en hoek van het voedingssysteem zeer nauwkeurig meten. Deze metingen kunnen vervolgens worden gebruikt om verschillende fenomenen in het elektriciteitssysteem te bestuderen en kunnen een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van toekomstige smart grid- technologieën. Het FNET/GridEye-systeem wordt momenteel beheerd door het Power Information Technology Laboratory van de University of Tennessee (UTK) in Knoxville, Tennessee en het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Oak Ridge, Tennessee.

Image
FNET FDR-locaties vanaf september 2010

Geschiedenis

Een phasor-meeteenheid is een belangrijk hulpmiddel dat wordt gebruikt om elektrische energiesystemen te bewaken en te bestuderen. De eerste PMU's werden eind jaren tachtig ontwikkeld bij Virginia Tech . Deze apparaten meten de spanning, frequentie en fasehoek bij bussen binnen het voedingssysteem. Door gebruik te maken van het Global Positioning System kan een PMU voor elke meting een tijdstempel geven. Hierdoor kunnen metingen van verschillende PMU's nauwkeurig worden vergeleken.

Een PMU wordt meestal geïnstalleerd op een elektrisch onderstation . Dit proces kan behoorlijk duur en tijdrovend zijn, tienduizenden dollars per apparaat kosten en enkele maanden inspanning vergen. De hoge kosten van het installeren van PMU's hebben hun gebruik in de elektriciteitsindustrie beperkt.

In 2000 begonnen onderzoekers onder leiding van Virginia Tech-faculteitslid Yilu Liu met de ontwikkeling van een goedkoop fasormeetnetwerk dat kan worden geïnstalleerd op het laagspanningsdistributieniveau van het elektriciteitsnet. Onderzoekers van Virginia Tech ontvingen een NSF MRI-beurs van de National Science Foundation om het systeem te ontwikkelen, dat bekend werd als FNET. De eerste frequentiestoringsrecorder werd in 2003 ontwikkeld met steun van TVA (Tennessee Valley Authority) en ABB. Het FNET-systeem ging in 2004 online.

Sinds 2010 is FNET/GridEye , in samenwerking met het Department of Energy (DOE), ontwikkeld tot een wide-area netwerkbewakingsnetwerk dat de drie grote Noord-Amerikaanse elektriciteitsnetten en 16 van de grootste netten ter wereld bestrijkt.

Frequentie storingsrecorder

De frequentiestoringsrecorder, of FDR, is een GPS-gesynchroniseerde enkelfasige PMU die wordt geïnstalleerd op gewone 120 V-stopcontacten. Omdat de betrokken spanningen veel lager zijn dan die van een typische driefasige PMU, is het apparaat relatief goedkoop en eenvoudig te installeren.

De FDR werkt door snel (1440 keer per seconde) een verkleinde versie van het spanningssignaal van het stopcontact te samplen met behulp van een analoog-naar-digitaalomzetter . Deze monsters worden vervolgens verwerkt via een ingebouwde digitale signaalprocessor , die de momentane fasehoek van het spanningssignaal voor elk monster berekent. Het apparaat berekent vervolgens de spanningshoek, frequentie en spanningsgrootte met intervallen van 100 ms. Elke meting wordt voorzien van een tijdstempel met behulp van de informatie die wordt geleverd door het GPS-systeem en wordt vervolgens verzonden naar de FNET/GridEye-server voor verwerking en opslag. De frequentiemetingen verkregen van de FDR zijn nauwkeurig tot binnen ± 0,0005 Hz en de hoeknauwkeurigheid kan 0,02 graden bereiken.

Een FDR vereist alleen een stopcontact, Ethernet-poort en uitzicht op de lucht (voor de GPS-antenne). FDR's kunnen dus vrijwel overal worden geïnstalleerd, inclusief onderstations, kantoren en zelfs privéwoningen.

Systeem Architectuur

Momenteel verzamelt FNET/GridEye gegevens van meer dan 300 FDR's, waarvan de meeste zijn geïnstalleerd in het Noord-Amerikaanse elektriciteitsnet. Ongeveer 70 van deze eenheden bevinden zich in 30 van de andere grootste netwerken ter wereld.

De FDR's verzenden hun metingen via internet naar phasor data concentrators (PDC's) van de University of Tennessee en Oak Ridge National Lab. Deze PDC's verzamelen meer dan 4 GB aan phasordata per dag. De PDC's sturen ook gegevens door naar een applicatieserver die de gegevens bijna realtime analyseert. Voorbeelden van de analysetoepassingen worden hieronder gegeven.

Toepassingen

Er zijn verschillende toepassingen ontwikkeld met behulp van het FNET/GridEye-platform. Sommige werken in bijna realtime, terwijl andere worden gebruikt voor offline analyse.

Gebeurtenisdetectie en locatie

De plotselinge toevoeging of verwijdering van grote hoeveelheden belasting of opwekking in een energiesysteem leidt tot frequentieveranderingen. Een generatortrip veroorzaakt bijvoorbeeld een afname van de frequentie, terwijl belastingafschakeling resulteert in een toename van de frequentie. De verandering in frequentie is evenredig met de grootte van de afgeschakelde generator of de hoeveelheid afgeschakelde belasting. Deze veranderingen planten zich in zowel ruimte als tijd door het raster voort. Aangezien de geografische locatie van elke FDR bekend is, evenals het tijdstip van elke meting, is het mogelijk om zowel de omvang als de locatie van deze gebeurtenissen te schatten.

visualisatie

De FDR-gegevens kunnen worden gebruikt om energiesysteemgebeurtenissen opnieuw af te spelen door middel van intuïtieve animaties. Hiervoor kunnen zowel frequentie- als hoekgegevens worden gebruikt.

Oscillatiedetectie

Schommelingen in het voedingssysteem kunnen optreden als gevolg van generatortrips, belastingafschakeling of fouten, hoewel sommige geen duidelijke oorzaak hebben. Dergelijke trillingen zijn meestal niet schadelijk, mits ze snel en voldoende worden gedempt. FNET/GridEye gebruikt zowel de fasehoek- als frequentiegegevens om oscillaties te detecteren en realtime waarschuwingen te geven.

Modale analyse van oscillatie tussen gebieden

Zodra een oscillatie is gedetecteerd, kan het systeem modale analyse uitvoeren met behulp van de meerkanaals matrixpotloodtechniek . Deze analyse onthult de dominante oscillatiemodi en laat zien welke delen van het elektriciteitsnet de neiging hebben om samen te oscilleren. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat sommige tijd-frequentieanalysemethoden nuttig zijn voor multi-channel modusanalyse, zoals multivariate empirische modusontledingsmethoden.

Online tripdetectie

Lijntrip is een van de algemene storingen in het elektriciteitssysteem. De uitval van transmissielijnen beïnvloedt de frequentie- en spanningsstabiliteit van het systeem. Door gebruik te maken van de meetgegevens in het FNET-systeem kunnen de lijntripgebeurtenissen correct en efficiënt worden gedetecteerd. Het huidige project richt zich voornamelijk op het ontwerp van een professionele lijnreisadapter om de online lijnreisdetectie te realiseren en om de klanten automatisch te waarschuwen.

Off-grid/eilanddetectie

Op basis van de meetgegevens verkregen door de FDRs ingezet in de Noord-Amerikaanse elektriciteitsnet, een eilandbedrijf wordt detectiemethode voorgesteld en uitgevoerd. Deze methode bewaakt de kritische elektrische belastingen en detecteert de overgang van deze belastingen van een on-grid-bedrijf naar een eilandbedrijf en ook de overgang van eilandbedrijf naar on-grid-bedrijf.

Zie ook

Referenties

  1. ^ FNET-website
  2. ^ Phadke, AG; Thorp, JS, "Geschiedenis en toepassingen van Phasor-metingen", Power Systems Conference and Exposition, 2006 . PSCE '06. 2006 IEEE PES, vol., nr., pp.331-335, 29 oktober 2006-nov. 1 2006.
  3. ^ "NASPI-reacties Samenvatting op de vragenlijst over PMU-installatie en -onderhoud" . Gearchiveerd van het origineel op 27-07-2011 . Opgehaald op 29-05-2010 .
  4. ^ a b c Zhian Zhong; Chunchun Xu; Billian, BJ; Li Zhang; Tsai, S.-JS; Conners, RW; Centeno, Virginia; Phadke, AG; Yilu Liu; , "Power system frequency monitoring network (FNET) implementatie", Power Systems, IEEE Transactions on , vol.20, no.4, pp. 1914-1921, november 2005.
  5. ^ NSF Award-informatie
  6. ^ Gardner, RM; Wang, JK; Yilu Liu, "Gebeurtenislocatie-analyse van het elektriciteitssysteem met behulp van metingen over een groot gebied", Algemene vergadering van de Power Engineering Society, 2006 . IEEE , vol., nr., pp.7 pp., 0-0 0
  7. ^ a B Y. Zhang, P. Markham, et al ., "Wide-Area Frequency Monitoring Network (FNET) Architectuur en toepassingen," IEEE Trans. op Smart Grid , vol. 1, nr. 2, sept. 2010, blz. 159-167.
  8. ^ Jij, Shutang; Guo, Jiahui; Kou, Gefei; Liu, Yong; Liu, Yilu (1 mei 2016). "Identificatie van de oscillatiemodus op basis van omgevingsmetingen over een groot gebied met behulp van multivariate empirische modusdecompositie" . Onderzoek naar elektrische energiesystemen . 134 : 158-166. doi : 10.1016/j.epsr.2016.01.012 .
  9. ^ Jij, Shutang; Guo, Jiahui; Wenxuan Yao; Siqi Wang; Liu, Yong; Liu, Yilu (2016). "Ring-down oscillatiemodus identificatie met behulp van multivariate Empirical Mode Decomposition". 2016 IEEE Power and Energy Society Algemene Vergadering (PESGM) . blz. 1-5. doi : 10.1109/PESGM.2016.7742032 . ISBN 978-1-5090-4168-8.
  10. ^ D. Zhou; Y. Liu; J. Dong, "Op frequentie gebaseerde real-time detectie van lijntrips en ontwikkeling van alarmtriggers", 2014 IEEE PES General Meeting, pp.1-5, 27-31 juli 2014
  11. ^ Z. Lin, T. Xia, Y. Ye, Y. Zhang, L. Chen, Y. Liu, K. Tomsovic, T. Bilke en F. Wen, "Toepassing van wide area meetsystemen voor eilanddetectie van bulk energiesystemen", IEEE Trans. op Power Systems, vol. 28, nee. 2, blz. 2006-2015, mei. 2013.
  12. ^ J. Guo, Y. Zhang, MA Young, MJ Till, A. Dimitrovski, Y. Liu en P. Williging, “Ontwerp en implementatie van een real-time off-grid operatiedetectietool vanuit een wide-area metingen perspectief ”, IEEE Trans. Smart Grid, vol.6, nr.4, blz. 2080-2087, 2015.

Externe links