Alireza Ghaedi

Dissertation Title: Fault Location by Using Basic Theory of Power System State Estimation Taking into Account Measurement and Parameter Errors

Abstract: Transmission lines, as one of the important components of modern power systems, are exposed to natural phenomena due to their wide distribution in different geographical areas; So, they are interrupted more than other elements. Accurate and fast fault location estimation is essential in maintaining and repairing lines, restoring the system, and ultimately improving network reliability. Expanding the use of phasor measurement units (PMUs), developing wide-area monitoring systems (WAMSs), and having access to measured synchronized data from different buses of the network have made it possible to estimate the fault location with fewer measurements and higher accuracy. So, three-phase static state estimation was used to minimize the effect of various measurement errors, including inherent errors and errors due to bad data, on the accuracy of fault location estimation using weighted least square (WLS) method and appropriate design of coefficient matrix R. The proposed algorithms could detect parameter errors and simultaneously provide system operators with the corrected values of network parameters by locating the fault. Along with locating the fault, the faulty line parameters were also corrected in addition to other lines. The proposed algorithms were able both to deal with measurement and parameter errors and provide the most accurate estimates to operators without knowing the true extent of maximum errors that could occur in measurements. These algorithms were evaluated by computer simulations on IEEE test networks. In all the cases, in addition to the optimal performance of the proposed algorithms, their ancillary capabilities such as detecting faults, locating faulty lines, determining fault types, and phases involving in the fault were investigated and validated.

عنوان رساله: مکان یابی عیب با لحاظ کردن خطاهای اندازه گیری و پارامتر با استفاده از نظریه ی پایه ای تخمین حالت سیستم های قدرت

چکیده: خطوط انتقال به‌عنوان یکی از اجزای مهمّ سیستم‌های قدرت مدرن به دلیل گستردگی در مناطق جغرافیایی مختلف، در معرض پدیده‌های طبیعی قرار دارند و به‌همین دلیل نیز بیش‌تر از سایر عناصر دچار عیب می‌شوند. تخمین مکان عیب به‌صورت دقیق و سریع اهمّیت اساسی در نگهداری و تعمیرات خطوط، بازگردانی آن به سیستم و در نهایت افزایش قابلیت اطمینان شبکه دارد. با گسترش استفاده از واحد­های اندازه­گیری فازوری (PMU) و ایجاد سیستم‌های پایش ناحیه گسترده (WAMS) و دسترسی به داده­های هم­زمان اندازه‌گیری­شده از نقاط مختلف شبکه این امکان فراهم شده‌است تا با تعداد کم‌تر اندازه‌گیر و دقّت بالاتر بتوان مکان وقوع عیب را تخمین زد. ایده اصلی رساله پیش‌رو این است که الزامات ضروری یک روش مکان‌یابی عیب از جمله توانایی تشخیص انواع عیوب متقارن و نامتقارن، توانایی اجرا بر روی سیستم‌های قدرت نامتقارن، مواجهه با خطاهای اندازه‌گیری و پارامتر را بررسی و از طریق هسته یک سیستم پایش ناحیه گسترده یعنی فرمول‌بندی تخمین حالت محقق نماید. بنابراین در این رساله بر اساس افق‌های آتی در پایش سیستم‌های قدرت، روش‌هایی ناحیه گسترده برای تخمین مکان وقوع عیب پیشنهاد شده است. هدف آن است که برای پیاده‌سازی از سخت‌افزار و قالب موجود در مرکز پایش ناحیه گسترده یعنی فرمول‌بندی سه‌فاز مسئله تخمین حالت استاتیکی استفاده شود. به‌طوری‌که تأثیر انواع خطاهای اندازه‌گیری از جمله خطاهای ذاتی و خطاهای ناشی از داده‌های بد در دقّت تخمین مکان عیب، با استفاده از روش حل حداقل مربعات وزن‌دار، طراحی مناسب ماتریس ضرایب (R) کمینه شود. هم‌چنین الگوریتم‌های پیشنهادی قادر هستند خطاهای پارامتر را تشخیص داده و به‌صورت هم‌زمان با تعیین مکان وقوع عیب، مقادیر اصلاح‌شده پارامترهای شبکه را در اختیار بهره‌برداران سیستم قرار دهد. در الگوریتم پیشنهادی هم‌زمان با تعیین مکان عیب، علاوه بر سایر خطوط پارامترهای خط معیوب نیز اصلاح می‌شود که در نتیجه بالاترین دقّت ممکن در اختیار بهره‌بردار قرار می‌گیرد. الگوریتم پیشنهادی هم دارای قابلیت مواجهه با خطاهای اندازه‌گیری و پارامتر است و هم قادر است با عدم اطلاع از میزان واقعی بیشینه خطاهای قابل وقوع در اندازه‌گیری‌ها، دقیق‌ترین تخمین را در اختیار بهره‌برداران قرار دهد. الگوریتم‌های پیشنهادی در این رساله با شبیه‌سازی‌های کامپیوتری بر روی شبکه‌های آزمون 9، 14، 39 و 118 باس IEEE مورد ارزیابی قرار گرفته است. در تمامی حالت‌های بررسی شده علاوه بر عملکرد بسیار مطلوب الگوریتم‌های پیشنهادی، قابلیت‌های جانبی الگوریتم‌ها از جمله تشخیص وقوع عیب، تعیین ناحیه و خط معیوب، تشخیص نوع عیب و تعیین فاز(های) شرکت‌کننده در عیب مورد بررسی و صحت‌سنجی قرار گرفته است. در این رساله علاوه بر پیشنهاد الگوریتم‌های مکان‌یابی عیب، روشی برای اجرای الگوریتم‌های معرفی‌شده بر روی رایانه‌ها معرفی شده‌است.