سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

تشخیص و تمایز خطاهای داخلی، خطاهای خارجی و جریان هجومی در ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده از شبیه ساز دیجیتال زمان حقیقی و روش های هوشمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
امروزه جهت حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت در مقابل انواع خطاها و پیشامدها از رله دیفرانسیل استفاده می­گردد. با وجود پیشرفت­های صورت گرفته در تکنولوژی ساخت رله­ها، همچنان تشخیص و تمایز پیشامدهای مختلف از مهمترین چالش­هایی است که مهندسان حفاظت با آن روبرو هستند. در این مقاله، روش ترکیبی هوشمند جهت تشخیص و کلاسه­بندی خطاهای الکتریکی داخلی، خطاهای خارجی در هنگام اشباع ترانسفورماتورهای جریان و جریان هجومی در ترانسفورماتورها پیشنهاد شده است. ابتدا، جریان­ خطاهای داخلی، خارجی و جریان هجومی ترانسفورماتورهای قدرت توسط شبیه­ساز دیجیتال زمان حقیقی(RTDS) و بسته نرم افزاری آن (RSCAD) شبیه­سازی می­گردد. سپس، سیگنال­های نمونه­برداری شده در پیشامدهای مختلف جهت تشخیص و تمایز  به نرم­افزار MATLAB انتقال داده می­شود. در این مرحله، با استفاده از روش­ طبقه­بندی بیزین که اطلاعات داده­های آموزشی را مستقیماً مورد ارزیابی قرار می‌دهد، خطاهای خارجی از سایر شرایط عملکردی ترانسفورماتور تفکیک می­شود. سپس، سایر  پیشامدها از قبیل جریان هجومی و خطاهای الکتریکی داخلی توسط روش­های درخت تصمیم­گیری و ماشین بردار پشتیبان از یکدیگر متمایز خواهند شد. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که روش حفاظت ترکیبی هوشمند پیشنهادی قابلیت تشخیص و کلاسه­بندی پیشامدهای مختلف در ترانسفورماتورها را در حالت زمان حقیقی با دقت مناسبی دارد که از نوآوری اصلی این مقاله با سایر تحقیقات منتشر شده می­باشد.
کلیدواژه‌ها

[1] Dashti, H., Davarpanah, M., Sanaye-Pasand, M., Lesani, H., "Discriminating transformer large
inrush currents from fault currents", Int. J. Electr. Power Energy Syst, Vol. 75, pp. 74–82, 2016.
[2] Sharp, R.L., Glassburn, W.E., "A Transformer Differential relay with second harmonic restraint",
IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 77, No. 3, pp. 913-918, 1985.
[3] Bernabeu, E., "Single-Phase Transformer Harmonics Produced during Geomagnetic Disturbances:
Theory, Modeling, and Monitoring", IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 30, No. 3, pp. 1323-1330,
2015.
[4] Zhang, H., Liu, P., Malik, O.P., "A new scheme for Inrush Identification in Transformer
Protection", Electric Power Systems Research, Vol. 63, pp. 81-86, 2002.
[5] Moravej, Z., Vishwakarma, D.N., Singh, S.P., "Digital Filtering Algorithm for Differential
Relaying of Power Transformers: an over view", Electric Machine and Power Systems, Vol. 28,
No. 6, pp. 485-500, 2000.
[6] Hamedani, M.A., Hamedani Golshan, M.E., Saghaian-nejad, M., Saha, A., Samet, H., "A new
method for recognizing Internal Faults from Inrush Current Conditions in Digital Differential
Protection of Power Transformers", Electric Power Systems Research, Vol. 71, No. 1, pp. 61–71,
2004.
[7] S. Bagheri, Z. Moravej, and G. B. Gharehpetian, “Classification and Discrimination among
Winding Mechanical Defects, Internal and External Electrical Faults and Inrush Current of
Transformer,” IEEE Trans. Ind. Informat., Vol. 14, No. 2, pp. 484–493, Feb. 2018.
[8] Ghanizadeh, A.J., Gharehpetian, G.B., "ANN and Cross-correlation based Features for
Discrimination between Electrical and Mechanical Defects and their Localization in Transformer
Winding", IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul, Vol. 21, No. 5, pp. 2374-2382, 2014.
[9] Moravej, Z., "Evolving Neural Nets for Protection and Condition Monitoring of Power
Transformer", Electric Power Component & System, Vol. 33, No. 1, pp. 1229-123, 2005.
[10] S. Afrasiabi, M. Afrasiabi, B. Parang, M. Mohammadi, “Integration of Accelerated Deep Neural
Network Into Power Transformer Differential Protection,” IEEE Trans. Ind. Informat., Vol. 16,
No. 2, pp. 865-876, 2020.
[11] Z. Li, Z. Jiao, A. He, “Knowledge-based convolutional neural networks for transformer protection,”
CSEE Journal of Power and Energy Systems, Vol. 7, No. 2, pp. 270-278, 2021.
[12] Barbosa, D., Coury, D.V., Oleskovicz, M., "New approach for power transformer protection based
on intelligent hybrid systems", IET Gener. Transm. Distrib, Vol. 6, No. 10, pp. 1009-1018, 2012.
[13] J. Meng and D. Jingyi, "Research on Magnetizing Inrush Current and Fault Identification of
Transformer Based on VMD-SVM," 2020 IEEE Int. Conf. on Inf. Tech. Big Data and Artificial
Intell. (ICIBA), 2020, vol. 1, IEEE, pp. 172-178.
[14] Loganathan, N., Pavithra, A., "Distinguishing the Various Faults in transformer and Its Protection
Using Support Vector Machine", International Journal of Advanced Research in Electrical, Vol.
4, No. 2, pp. 568-573, 2015.
[15] Kumar Bera, P., Isik, C., “A Data Mining Based Protection and Classification of Transients for
Two-Core Symmetric Phase Angle Regulators,” IEEE Access, Vol. 9, pp.72937-72948, 2021.
[16] Yazdani-Asrami, M., Taghipour-Gorjikolaie, M., Razavi, S.M., Gholamian, S.A., “A novel
intelligent protection system for power transformers considering possible electrical faults, inrush
current, CT saturation and over-excitation,” Electrical Power and Energy Systems", Vol. 64, pp.
1129–1140, 2015.
[17] Chen, J., Chu, E., Li, Y., et al.: “Faulty Feeder Identification and Fault Area Localization in Resonant
Grounding System Based on Wavelet Packet and Bayesian Classifier,” Journal of Modern Power
Systems and Clean Energy, Vol, 8, No. 4, pp. 760-767, 2020.
[18] Mota, H.O., Vasconcelos, F.H., de Castro, C.L., "A Comparison of Cycle Spinning Versus
Stationary Wavelet Transform for the Extraction of Features of Partial Discharge Signals", IEEE
Trans. Dielectr. Electr. Insul, Vol. 23, No. 2, pp. 1106-1118, 2016.
[19] R. P. Medeiros and F. B. Costa, “A Wavelet-Based Transformer Differential Protection with
Differential Current Transformer Saturation and Cross-Country Fault Detection,” IEEE Trans.
Power Deliv., vol. 33, no. 2, pp. 789–799, Apr. 2018.
[20] Moravej, Z., Abdoos, A.A., Sanaye-Pasand, M., "Power transformer protection scheme based on
time-frequency analysis", Int. Trans. Electr. Energy Syst, Vol. 23, No. 4, pp. 473–493, 2013.
[21] A. Behvandi, S. G. Seifossadat, and A. Sa, “A new method for discrimination of internal fault from
other transient states in power transformer using Clarke’s transform and modified hyperbolic Stransform,”
Electr. Power Syst. Res., vol. 178, pp. 1-12, 2020.
[22] Murugan, S.K., Simon, S.P., Nayak, P.S.R., Sundareswaran, K., Padhy, N.P., "Power transformer
protection using chirplet transform", IET Gener. Transm. Distrib, Vol. 10, No. 10, pp. 2520-2530,
2016.
[23] Ashrafian, A., Vahidi, B., Mirsalim, M., "Time–time-transform application to fault diagnosis of
power transformers", IET Gener. Transm. Distrib, Vol. 8, No. 6, pp. 1156-1167, 2014.
[24] Purry, K.B., Chou, H.M., "Real-Time Rapid Embedded Power System Control Prototyping
Simulation Test-Bed Using LabVIEW and RTDS", Practical Applications and Solutions Using
LabVIEW™ Software, pp. 83-108, 2011. Available: http://www.intechopen.com.
[25] Sharma, A., Srivastava, S.C., Chakrabarti, S., "Testing and Validation of Power System Dynamic
State Estimators Using Real Time Digital Simulator (RTDS)", IEEE Trans. Power Syst, Vol. 31,
No, 3, pp. 2338-2347, 2016.
دوره 8، شماره 1 - شماره پیاپی 13
فروردین 1400
صفحه 111-132

  • تاریخ دریافت 21 تیر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 21 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1400