| عنوان فارسی مقاله: | استفاده از کلید فشار قوی هوشمند جدید در گرید هوشمند |
| عنوان انگلیسی مقاله: | A Novel Smart High-Voltage Circuit Breaker forSmart Grid Applications |
| دانلود مقاله انگلیسی: | برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید |
| سال انتشار | 2011 |
| تعداد صفحات مقاله انگلیسی | 11 |
| تعداد صفحات ترجمه مقاله | 14 |
| مجله | گرید هوشمند |
| دانشگاه | A&M تگزاس |
| کلمات کلیدی | فرسودگی الکتریکی، کلید فشار قوی گاز، عملیات هوشمند، فرسودگی مکانیکی ، فناوری کنترل فاز، قابلیت اطمینان |
| نشریه IEEE | IEEE |
بخشی از ترجمه:
در این مقاله، مفهوم عملیات هوشمند برای کلید های فشار قوی گاز(دیژنکتور) SF6 را مطرح می کنیم که به منظور افزایش طول عمر مدار شکن ، کنتاکت های متحرک از موقعیتی تا موقعیت مجاور کنترل شده اند. به منظور آنالیز مفهوم عملیات هوشمند، مدلی جدیدی از کلیدهای فشار قوی گاز SF6 توسعه یافته و ویژگیهای متحرک تیپ جدیدکلید فشار قوی بر اساس مدل جدیداً طراحی شده، محاسبه شده است. سپس، فرسودگی الکتریکی و مکانیکی بر طبق ویژگیهای متحرک جدید کلید فشار قوی از لحاظ کمی مورد آنالیز قرار گرفته است. بالاخره، در مورد افزایش طول عمر تیپ چدید کلید فشار قوی گاز SF6 بالا توضیح می دهیم . از آنالیز می توان برای تخمین و برآورد طول عمر باقیمانده کلید فشار قوی بر اساس داده های جمع آوری شده توسط مدول های هوشمند نیز استفاده نمود.
واژگان کلیدی: فرسودگی الکتریکی، کلید فشار قوی گاز ، عملیات هوشمند، فرسودگی مکانیکی ، فناوری کنترل فاز، قابلیت اطمینان.
1. مقدمه
کلیدهای فشار قوی، نقش وسایل الکتریکی حساس برای کنترل و حفاظت از تجهیزات نیرو من جمله خطوط انتقال نیرو برای شبکه های نیرو فشار قوی در طول اختلال و خطا در برق را ایفا می کنند. آنها حتی در طول عملیات ها و امور عادی ، یکی از عناصر مهم برای کاربردهای گرید هوشمند تلقی می گردند: گرید هوشمند علاوه بر حفاظت در برابر خطا و اختلال دربرق، می بایست دائماً جریان اسمی را قطع یا تولید نماید. به طور مثال، سوئیچینگ انتقال بهینه بر اساس آنالیز جریان نیروی بهینه، قادر به کاهش قابل توجه هزینه های تولید می باشد. همچنین نشان داده شده است که سوئیچینگ کوپلر انشعاب و باس ، ابزار کنترل قدرتمندی برای یافتن توپولوژیهای بهینه برای شبکه توانمند محسوب میگردد. به علاوه، نشان می دهد که پیکره بندی مجدد شبکه، اضافه بار خطوط مونیتورشده را کاهش داده یا رفع می نماید. علاوه بر سوئیچینگ انتقال، تحقیقاتی در رابطه با نقش مهم بارهای قابل قطع، در بازارهای برق نامنظم برای اطمینان از امنیت شبکه نیرو و قیمت های بهینه برق انجام شده است. بنابراین، برای اجرای عملیات های عادی (به عبارتی قطع بار) تحت جریان اسمی در شبکه توزیع گرید هوشمند آتی به کلیدهای فشار قوی نیاز می باشد. به منظور تامین نیازهای این برنامه ها، لازم است از تکنولوژی جدیدی برای طولانی کردن عمر(تعداد عملیات ها) کلیدهای فشار قوی برای شبکه های انتقال نیرو جهت اطمینان از اعتبارکار استفاده شود. حتی از زمان کشف گاز در سال 1900، توسعه کلیدهای فشار قوی، پیشرفت قابل توجهی داشته است. امروزه، کلیدهای فشار قوی گاز (GCB) به مسیر و جریان اصلی بازار فشار قوی تبدیل شده و در کلیه برنامه ها با ولتاژهای شبکه نیرو تا کاربرد وسیع و گسترده ای داشته اند. اگرچه اثر گلخانه ای دارد، اما از آن به عنوان عایق و ماده خنک کننده ای برای کلیدهای فشار قوی استفاده شده است، دلیل این امر مقاومت بالای عایق و قابلیت قطع بالای جریان خطای عایق (جریان اتصالی بزمین) می باشد. در حالیکه محیط ها و مواد جایگزین، نظیر خلاء، کاربرد آن را فقط به ولتاژهای 100kV محدود می کنند. هدف ما در اینجا، افزایش قابلیت اطمینان کلید از طریق طولانی کردن عمر آن به شیوه ای است که کلید فشار قوی نیاز به نگهداری کمتری داشته و در شبکه های نیرو مدت زمان طولانی تری خدمت کند. این مسئله حاکی از آن است که در این وضعیت کمتری تولید و در GCB ها به کار برده می شود، این مسئله محرکی برای مزایای زیست محیطی قابل توجه محسوب می گردد. از لحاظ تاریخی، توسعه GCB فشار قوی سه دوره به نامهای مرحله دو فشاری، مرحله تیپ پوفر، و مرحله کلید فشار قوی هیبریدی تجربه کرده است. GCB هیبریدی دارای ساختاری مرکب از تیپ انبساط گرمایی سلف بلاست (خود انفجاری) و GCB پوفر بوده است. در این مقاله از یک کلید فشار قوی جدید به نام GCB نام برده شده است. در سطح معمول، کلید فشار قوی، خود هوشمند نمی باشد. تحقیقات اولیه روی کلیدهای فشار قوی، عمدتاً بر مونیتورینگ پارامترهای گاز ،وضعیت مدار کنترل GCBو … تاکید کرده است. GCB سنتی یک سیگنال باز یا بسته از رله ها دریافت کرده و سپس بر طبق تنظیمات کارخانه عمل می کند که در شرایط مختلف امکان تغییر یا تعدیل آن وجود ندارد. به منظور افزایش طول عمر، توسعه کنترل های هوشمند برروی مکانیسم عملیاتی جهت ارتقاء و بهبود ویژگیهای قطع GCB به منظور تامین نیازهای برنامه های گرید هوشمند برای نقش حساس GCB در عملیات های جریان اسمی را پیشنهاد می کنیم. عملکرد کلیدهای فشار قوی گاز هوشمند از پیشرفت مدارهای دیجیتالی و رگلاتورهای والو هیدرولیکی انعطاف پذیر برای طولانی ساختن طول عمر عملکرد کلیدها با هزینه نسبتاً پائین بهره می گیرد. داده های بدست آمده و آنالیز انجام شده اثربخشی این شیوه را تائید می کنند: طول عمر اعمال عادی و غیر عادی را به طور قابل توجهی می توان افزایش داد، زیرا واحد کنترل هوشمند ما ، فرسودگی الکتریکی و مکانیکی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. از آنالیز همچنین می توان برای پیش بینی طول عمر باقیمانده GCB ها با استفاده از داده های تجربی تولید کننده در مورد کلیدها ازطریق مدول های کنترل هوشمند استفاده نمود. تخمین طول عمر باقیمانده نیز به عنوان ورودی حیاتی برای زمان بندی نگهداری به موقع GCB های هوشمند آتی به کار برده می شود.
بخشی از مقاله انگلیسی
I. INTRODUCTION CIRCUIT breakers have been playing a critical electrical apparatus role to control and protect power equipments including power transmission lines for high-voltage power systems during faults. It has become even more essential for smart grid applications even during normal operations: the smart grid needs to break or make rated current more frequently besides the function of fault protection. For examples, optimal transmission switching is able to cut the generation costs greatly based on optimal power flow analysis [1]. It is also shown that branch and bus coupler switching [2] is a powerful control option to find optimum robust network topologies. In addition, [3] shows that network reconfiguration can alleviate or remove the potential overload of a monitored line. In addition to transmission switching, researches on the important role of interruptible loads [4], [5] in deregulated electricity markets to ensure both power system security and optimum electricity prices also have been demonstrated; hence, circuit breakers will be required to perform more normal operations (i.e., load shedding) under rated current in the distribution network of future smart grid. To meet the demands for these smart grid applications, it is pertinent to develop new technology to lengthen life cycles (the number of operations) of high-voltage breakers for transmission systems for more reliable operations. Ever since SF gas was discovered in the 1900s, the development of high-voltage circuit breakers has made considerable progress. Nowadays, SF gas circuit breakers (GCBs) have become the mainstream of the high-voltage market, and have been widely used in all applications involving power system voltages in the range of 72.5 kV to 800 kV [6]. Although SF has greenhouse effect, it is exclusively used as an insulation and quenching medium for high-voltage circuit breakers because of its high insulation strength and high interruption capability of fault current at present; while alternative medium, such as vacuum, limits its use only to voltages up to 100 kV [7]. Our objective here is to enhance breaker reliability by lengthening its lifetime in such a way that the breaker will need less maintenance and serve longer time in power systems. The implication is that less SF need to be produced and used for GCBs, which will induce considerable environmental benefits. Historically, the development of high-voltage SF GCB has experienced three periods, namely, the two-pressure [8] stage, the puffer type stage, and the hybrid type circuit breaker stage. A hybrid type GCB has the mixed structure of self-blast thermal expansion type and puffer type GCB.A novel GCB named intelligent circuit breaker is proposed in this paper. Conventionally, circuit breaker is considered unintelligent on its own. Former researches of circuit breakers focused mainly on monitoring the SF gas parameters [9], the control circuit status [10] of GCB, etc. Traditional GCB receives an open-or-close signal from relays, and then operates simply according to its factory setting, which cannot be modified or adjusted for different situations. To increase life cycles, we propose to develop intelligent controls on the operating mechanism to improve the basic interrupting characteristic of GCBs to meet the demands of smart grid applications for GCBs’ critical role for frequent rated current operations. The proposed intelligent operation of high-voltage gas circuit breakers take advantage of the advancement of digital circuits and flexible hydraulic valve regulators to lengthen the operation life cycles of breakers with relatively low extra cost. Our data and analysis confirm the effectiveness of our approach: the life cycles of both faulted and normal operations can be increased substantially since our intelligent control unit will reduce both electrical and mechanical wears substantially. Our analysis can also be used to predict the remaining lifetime of GCBs using the manufacturer’s empirical data of the breakers through our smart control modules. The remaining life cycle estimate can also serve as a vital input to the future just-in-time maintenance scheduling of intelligent GCBs.
| عنوان فارسی مقاله: | استفاده از کلید فشار قوی هوشمند جدید در گرید هوشمند |
| عنوان انگلیسی مقاله: | A Novel Smart High-Voltage Circuit Breaker forSmart Grid Applications |