دانلود پاورپوینت آشنایی با سیستم های اندازه گیری فازوری یا PMU در شبکه قدرت

سیستم‌های اندازه‌گیری فازوری که به‌طور گسترده با نام PMU (Phasor Measurement Unit) شناخته می‌شوند، یکی از پیشرفته‌ترین و حیاتی‌ترین ابزارهای فناورانه در شبکه‌های قدرت مدرن هستند که وظیفه اصلی آن‌ها اندازه‌گیری دقیق و لحظه‌ای ولتاژ و جریان در نقاط مختلف شبکه است. برخلاف تجهیزات اندازه‌گیری سنتی که داده‌ها را با نرخ پایین‌تری جمع‌آوری می‌کنند، یک PMU می‌تواند با استفاده از سیگنال‌های زمانی دقیقِ حاصل از سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS)، داده‌های فازوری را با دقت زمانی بسیار بالا (میکروثانیه) هم‌زمان‌سازی کند؛ این قابلیت هم‌زمان‌سازی دقیق به اپراتورهای شبکه این امکان را می‌دهد که تصویری پانوراما و کاملاً هماهنگ از وضعیت شبکه در یک لحظه واحد داشته باشند و بتوانند تغییراتِ گذرای شبکه را که در سیستم‌های سنتی پنهان می‌ماند، به‌وضوح مشاهده و تحلیل کنند، چرا که بدون وجود این سطح از دقت در هم‌زمان‌سازی فازورها، تشخیص رفتار دینامیکیِ گسترده در شبکه قدرت عملاً غیرممکن است.

مقدمات عملکردی و ساختار درونی این واحدها بر پایه تبدیل فوریه گسسته (DFT) و الگوریتم‌های پردازش سیگنال استوار است که سیگنال‌های آنالوگِ موج‌شکلِ ولتاژ و جریان را دریافت کرده و آن‌ها را به بردارهای فازوری (شامل دامنه و زاویه) تبدیل می‌کنند؛ در واقع، قلب تپنده یک PMU، واحد هم‌زمان‌سازی زمانی یا همان GPS است که برچسب زمانی (Time-stamping) فوق‌العاده دقیقی را به هر نمونه داده الصاق می‌کند و این امر تضمین‌کننده آن است که داده‌های ارسالی از ایستگاه‌های مختلف، همگی دارای یک مبنای زمانی یکسان باشند. این واحدها معمولاً در پست‌های فشار قوی نصب می‌شوند و داده‌های خام را پس از فیلتر کردن و تبدیل به فازور، با نرخ بسیار بالایی (مثلاً ۳۰ تا ۶۰ نمونه در ثانیه) به یک سیستم متمرکز به نام «جمع‌کننده فازور» یا PDC ارسال می‌کنند؛ برخلاف سیستم‌های اسکادای سنتی (SCADA) که به‌صورت دوره‌ای و کند وضعیت شبکه را مانیتور می‌کنند، PMUها به‌صورت پیوسته و با سرعتی که قابلیت ثبت حوادث گذرا (Transient) را دارد، عمل می‌کنند و همین تفاوت بنیادین در نرخ داده‌برداری و هم‌زمان‌سازی، آن‌ها را به ستون فقراتِ سیستم‌های مانیتورینگ گسترده (WAMS) تبدیل کرده است تا مهندسان بتوانند پایداری شبکه را در شرایط بحرانی تحلیل نمایند.

در بحث کلیات کاربردی، اهمیت حضور این فناوری زمانی دوچندان می‌شود که با چالش‌هایی نظیر نوسانات توان، ناپایداری‌های ولتاژی و رویدادهای گذرا در شبکه‌های بزرگ به‌هم‌پیوسته مواجه هستیم؛ تجهیزات PMU با ارائه دیدی جامع، به اپراتورها این اجازه را می‌دهند که نه‌تنها از وضعیت کنونی شبکه آگاه شوند، بلکه به پدیده‌ای به نام «تخمین حالت دینامیکی» (Dynamic State Estimation) دست یابند که در گذشته یک رؤیا بود. به‌طور کلی، عملکرد این واحدها باعث می‌شود که شناسایی نوسانات کم‌فرکانس در خطوط انتقال، تشخیصِ زودهنگام شرایطی که می‌تواند منجر به فروپاشی شبکه (Blackout) شود، و همچنین اعتبارسنجی مدل‌های ریاضیِ شبکه قدرت با دقت بسیار بالاتری انجام گردد؛ علاوه بر این، در محیط‌های مدرن که تولیدات پراکنده و انرژی‌های تجدیدپذیرِ غیرقابل‌پیش‌بینی (مانند خورشیدی و بادی) حضور پررنگی دارند، PMUها ابزاری ضروری برای حفظ پایداری سیستم در برابر تغییرات سریعِ تولید و بار محسوب می‌شوند، چرا که این منابع انرژیِ متغیر، پروفیل ولتاژ شبکه را به شکلی پویا تغییر می‌دهند که سیستم‌های نظارتی قدیمی قادر به رهگیری و پاسخگویی به آن نیستند، بنابراین استفاده از این فازورها در شبکه توزیع نیز در حال گسترش است.

به‌عنوان جمع‌بندی مباحث زیرساختی، باید به این نکته اشاره کرد که پیاده‌سازی موفقیت‌آمیزِ شبکه مبتنی بر PMU مستلزم ایجاد زیرساخت‌های مخابراتی قدرتمند و پهن‌باند است تا حجم عظیم داده‌های ارسالی از ایستگاه‌ها بدون تأخیر (Latency) به مراکز کنترل برسد؛ استاندارد جهانی IEEE C37.118 به‌عنوان چارچوب اصلی برای تبادل داده‌های فازوری تعیین شده است تا تمامیِ سازندگانِ تجهیزات PMU، زبان مشترکی برای تولید، بسته‌بندی و مخابره اطلاعات داشته باشند و هماهنگی بینِ سخت‌افزارهای تولیدکنندگان مختلف برقرار گردد. با این حال، استفاده از این داده‌ها تنها به مانیتورینگ ساده محدود نمی‌شود و زمینه‌های تحقیقاتیِ نوظهوری نظیرِ «کنترلِ مبتنی بر فازور» (WAC) را ایجاد کرده است که در آن، داده‌های دریافتی نه برای تحلیل، بلکه مستقیماً برای صدور فرمان‌های کنترلی خودکار به تجهیزاتی مانند راکتورها، خازن‌ها و سیستم‌های انتقال انعطاف‌پذیر (FACTS) استفاده می‌شوند تا شبکه بتواند در کسری از ثانیه نسبت به خطاها واکنش نشان دهد؛ در نهایت، حرکت به‌سوی شبکه‌های هوشمند (Smart Grids) بدون بهره‌گیری از هوشمندیِ حاصل از سیستم‌های اندازه‌گیری فازوری عملاً ناقص است و این تکنولوژی، در واقع تبدیل‌کننده شبکه قدرتِ ایستا و سنتی به یک شبکه هوشمند، تطبیق‌پذیر و مقاوم در برابر اختلالات است.