FNET - FNET

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.

Image
Расположение FNET FDR по состоянию на сентябрь 2010 г.

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.

PMU обычно устанавливается на электрической подстанции . Этот процесс может быть довольно дорогим и трудоемким, стоить десятки тысяч долларов на одно устройство и потребовать нескольких месяцев усилий. Высокая стоимость установки PMU ограничивает их использование в электроэнергетике.

В 2000 году исследователи во главе с преподавателем Технологического института штата Вирджиния Илу Лю начали разработку недорогой сети векторных измерений, которую можно было бы установить на низковольтном уровне распределения электроэнергии. Исследователи из Технологического института Вирджинии получили грант NSF MRI от Национального научного фонда на разработку системы, которая стала известна как FNET. Первый регистратор частотных возмущений был разработан в 2003 году при поддержке TVA (Tennessee Valley Authority) и ABB. Система FNET была запущена в 2004 году.

С 2010 года в сотрудничестве с Министерством энергетики (DOE) FNET / GridEye была преобразована в глобальную сеть мониторинга энергосистемы, 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.

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.

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.

Модальный анализ межзональных колебаний

Как только колебание обнаружено, система может выполнять модальный анализ, используя метод многоканального матричного карандаша . Этот анализ выявляет доминирующие режимы колебаний и показывает, какие части энергосистемы имеют тенденцию колебаться вместе. Недавние исследования показали, что некоторые методы частотно-временного анализа полезны для анализа многоканального режима, например, методы многомерной эмпирической декомпозиции мод.

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 уведомление клиентов.

Обнаружение вне сети / разделения

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, а также переход от изолированного режима обратно к сетевому режиму.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Веб-сайт FNET
  2. ^ 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.
  3. ^ «Сводка ответов NASPI на анкету по установке и обслуживанию PMU» . Архивировано из оригинала на 2011-07-27 . Проверено 29 мая 2010 .
  4. ^ a b c Чжянь 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.
  5. ^ Информация о премии NSF
  6. ^ 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
  7. ^ 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.
  8. ^ 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 разложения по эмпирическим модам» . Исследование электроэнергетических систем . 134 : 158–166. DOI : 10.1016 / j.epsr.2016.01.012 .
  9. ^ 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.
  10. ^ 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.
  11. ^ 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.
  12. ^ 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