پایان نامه ارزیابی پایداری گذرای سیستم های قدرت با استفاده از داده های واحد های اندازه گیری فازور

فهرست:

فصل اول: مقدمه

1-1-بیان مسئله. 2

1-2 پیشینه ی تحقیق.. 3

1-2-1 روش های کلاسیک: 4

1- 2 –2 روش های نوین با استفاده از داده های PMU.. 5

1-3 هدف تحقیق.. 8

1-4 اهمیت تحقیق.. 9

1-5 فصل های پایان نامه. 10

فصل دوم : انواع مسائل پایداری

2- انواع مسائل پایداری.. 13

2-1 ملاک های دسته بندی پایداری.. 13

2-2 تعریف پایداری استاتیک و دینامیک... 13

2-2-1 پایداری استاتیکی (ماندگار) 13

2-2-2 پایداری دینامیکی (گذرا) 14

2-3 انواع مسائل پایداری.. 14

2-3-1 پایداری زاویه ای روتور 14

2-3-2 پایداری ولتاژ 16

2-3-3 پایداری فرکانس... 17

فصل سوم: ارزیابی امنیت استاتیک ولتاژ

3-1 بیان مسئله. 21

3-1-1جمع آوری داده های مورد نیاز برای ارزیابی امنیت استاتیک با استفاده از داده های PMU.. 22

3-2 معرفی و آموزش درخت تصمیم گیری : 24

3-2-1 درخت تصمیم گیری: 25

عنوان                                                                                                              صفحه

3-2-2 طراحی و آموزش درخت تصمیم گیری برای ارزیابی امنیت استاتیک ولتاژ 27

3-3 بررسی روش های کاهش حجم داده 28

3-3-1روش های مبتنی بر استخراج ویژگی.. 29

3-3-1روش  Principal Component analysis یا PCA.. 30

الگوریتم  PCA.. 32

3-3-2 روش انتخاب ویژگی با استفاده از آنالیز همبستگی.. 35

3-4 الگوریتم پیشنهادی جهت ارزیابی سریع امنیت ولتاژ در سیستم های قدرت.. 36

3-4-1 فلوچارت الگوریتم ارزیابی امنیت استاتیک با استفاده از داده های دریافتی از PMU ها 40

3-5 جمع بندی.. 41

فصل 4:ارزیابی امنیت دینامیک در شبکه های قدرت

4-بیان مسئله. 43

4-1  جمع آوری داده برای ارزیابی امنیت دینامیک شبکه قدرت.. 43

4-2- معرفی شاخص‌های تصمیم‌گیری.. 43

4-2-1- سیگنال‌های COI. 44

4-2-2- ویژگی‌ها در حوزه زمان. 45

4-2-3- محاسبه سریع WASI در حوزه فرکانس... 47

4-2-4-شاخص Categorical 49

4-3 بردار ماشین های پشتیبان. 50

4-3-1 ساختار بردار ماشین های پشتیبان(SVM). 51

4-3-2 طراحی و آموزش بردار ماشین های پشتیبان برای ارزیابی امنیت دینامیک سیستم. 55

4-4- طراحی و آموزش درخت تصمیم گیری برای ارزیابی امنیت دینامیک سیستم. 56

4-5 جایابی بهینه PMU ها با رویکرد ارزیابی امنیت دینامیک و با استفاده از تکنیک های هوشمند. 56

      4-5-1 معرفی تکنیک گام به جلو برای جایابی PMU در شبکه قدرت.. 57

4-5-2 معرفی تکنیک گام به عقب برای جایابی PMU در شبکه قدرت.. 58

4-6 بررسی روش کاهش حجم داده (PCA) در ارزیابی امنیت دینامیک سیستم قدرت.. 58

عنوان                                                                                                              صفحه

فصل 5: نتایج شبیه سازی

5-1- معرفی شبکه های مورد مطالعه. 61

5-2- معرفی نرم‌افزار شبیه‌ساز DIgSILENT. 62

5-3 مطالعات استاتیک ولتاژ در شبکه قدرت نمونه 39-باسه. 62

5-3-1 طراحی درختان تصمیم گیری محلی برای شبکه 39-باسه. 63

5-3-2 آموز ش درخت تصمیم گیری کلی برای شبکه 39-باسه با استفاده از تکنیک های کاهش بعد. 64

پیش بین ها 65

5-3-3 آموزش درخت تصمیم گیری کلی برای قسمتی از ایران  با استفاده از تکنیک های کاهش حجم داده 68

فصل 5-4 مطالعات دینامیک شبکه 39 باسه نمونه. 72

5-4-1 محاسبه شاخص ها : 72

5-4-2 طراحی و آموزش درخت تصمیم گیری برای ارزیابی امنیت دینامیک در شبکه 39 باسه. 73

5-4-3 طراحی و آموزش بردار ماشین های پشتیبان برای ارزیابی امنیت دینامیک در شبکه 39 باسه. 77

5-5 استفاده از روش کاهش حجم داده (PCA) در ارزیابی امنیت شبکه 39 باسه. 81

5-5-1 استفاده از PCA و DT برای ارزیابی امنیت دینامیک شبکه 39 باسه. 81

5-5-2 استفاده از PCA و SVM برای ارزیابی امنیت دینامیک شبکه 39 باسه. 83

5-5-3 تاثیر PCA در کاهش اثر نویز در داده های دریافتی از PMU ها 84

5-6- جایابی PMU با رویکرد ارزیابی امنیت دینامیک و با استفاده از تکنیک های هوشمند DT و SVM... 85

5-6-1 جایابی PMU با استفاده از تکنیک گام به جلو و درخت تصمیم گیری.. 86

5-6-2 جایابی PMU با استفاده از تکنیک گام به جلو و SVM... 88

5-6-3جایابی PMU با استفاده از تکنیک گام به عقب و SVM... 89

5-6-4جایابی PMU با استفاده از تکنیک گام به عقب و DT. 90

5-7 ارزیابی امنیت دینامیک شبکه واقعی جنوب ایران. 93

5-8- جمع بندی.. 94

عنوان                                                                                                              صفحه

فصل6: نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1 نتیجه گیری.. 96

6-2- پیشنهادات.. 97

فهرست مراجع. 98

منبع:

C. P. Steinmetz, “Power Control and Stability of Electric Generatinhg Stations,”IEEE Trans on Power syst., vol. 5, pp. 1215, dec. 1920.

R. D. Evans and R. C. Bergvall, “Experimental Analysis of Stability and Power Limitations,” IEEE Trans on Power syst.,pp. 39-58, 1924.

R. Wilkins, “Practical Aspects of system stability,” IEEE Trans on Power syst.,pp. 41-50, 1926.

Prabha Kundur, Power System Stability And Control, Neal J.Balu And Mark G.Lauby, Ed. New York: McGraw-Hil, l, 1993.                                    

Y. Mansour, E. Vaahedi, A. Y. Chang, B. R. Corns, B. W. Garett, K. Demaree, T. Athay, and K. Cheung, “B.C. Hydro’s on-line transient stability assessment (TSA)—Model development, analysis, and post-processing,” IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-10, no. 1,pp. 241–253, Feb. 1995.

J. L. Jardim, C. A. da Neto, A. P. A. da Silva, D. M. Falcao, A. C. Z.de Souza, C. L. T. Borges, and G. N. Taranto, “A unified online security assessment system,” in CIGRÉ, Paris, 2000, pp. 38-102.

V. Chadalavada, V. Vittal, G. C. Ejebe, G. D. Irisarri, J. Tong, G.Pieper, and M. McMullen, “An on-line contingency filtering scheme for dynamic security assessment,” IEEE Trans. Power Systems, vol.PWRS-12, no. 1, pp. 153–161, Feb. 1997.

H. D. Chiang, C. S. Wang, and H. Li, “Development of BCU classifiers for on-line dynamic contingency screening of electric power systems,”IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-14, no. 2, pp. 660–666, May 1999.

M. A. Pai, Energy Function Analysis for Power System Stability. Boston, MA:Kluwer, 1989.

 Y.Xue, L.Wehenkel, R.Belhomme, P.Rousseaux, M.Pavella, Eeuxibie, B.heilbronn, and J.F.Lesigne, “Extended Equal Area Criterion,” IEEE Trans.Power Syst, vol. 7, no. 3, pp. 1012-1022, Aug 1992.

D.Ruiz Vega and M.Pavella, “A comprehensive approach to transient stability control.I.Near optimal Preventive control,” IEEE Trans.Power Syst, vol. 18, no. 4, pp. 1446-1453, Nov 2003.

V. Brandwajn, A. B. R. Kumar, A. Ipakchi, A. Bose, and S. D. Kuo,“Severity indices for contingency screening in dynamic security assessment,” IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-12, no. 3, pp. 1136–1142, Aug. 1997.

 Y. Mansour, E. Vaahedi, M. A. El-Sharkawi, A. Y. Chang, B. R. Corns, and J. Tamby, “Large scale security screening and ranking using neural networks,” IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-12, no. 2, pp.954–960, May 1997.

 F. Aboytes and R. Ramirez, “Transient stability assessment in longitudinal power systems using artificial neural network,” IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-11, no. 4, pp. 2003–2010, Nov.  1996.

G. C. Ejebe, C. Jing, J. G. Waight, V. Vittal, G. Pieper, F. Jamshidian, D. Sobajic, and P. Hirsch, “On-line dynamic security assessment: Transient energy based screening and monitoring for stability limits,” in 1997 IEEE/PES Summer Meeting, Berlin, Germany.

M. La Scala, G. Lorusso, R. Sbrizzai, and M. Trovato, “A qualitative approach to transient stability analysis,” IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-11, no. 4, pp. 1996–2002, Nov. 1996.

M.Pavella, D.Ernst, and D.Ruiz-Vega, Transient Stability Of Power Systems. Boston, MA:Kluwer, 2000.

A.G.Phadke, “Synchronized phasor measurements in power systems,” IEEE comput.Appl.Power, vol. 6, no. 2,  pp. 10-15, Apr.1993.

C.W Liu, Sh.-Sh. Tsay , Y.J. Wang , M.C. Su, “Neuro-fuzzy approach to real-time transient stability prediction based on synchronized phasor measurements,” Electric Power Systems Research, pp. 123–127, Jun. 1998.

 I. Kamwa, J. Béland, G. Trudel, R. Grondin, C. Lafond, and D.McNabb, “Wide-area monitoring and control at Hydro-Québec: “Past,present and future,” in Proc. IEEE/Power Eng. Soc. General Meeting, Panel Session PMU Prospective Applications, Montreal, QC,Canada, Jun. 18–22, 2006.

 A. G. Phadke and J. S. Thorp, Synchronized Phasor Measurements and Their Applications. New York: Springer, 2008.

 I. Kamwa, R. Grondin, and L. Loud, “Time-varying contingency screening for dynamic security assessment using intelligent-systems techniques,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 16, no. 3, pp. 526–536, Aug. 2001.

 I. Kamwa and R. Grondin, “PMU configuration for system dynamic performance measurement in large, multiarea power systems,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 17, no. 2, pp. 385–394, May 2002.

 J. Bertsch, C. Carnal, D. Karlson, J. McDaniel, and V. Khoi, “Wide area protection and power system utilization,” Proc. IEEE, vol. 93, no.5, pp. 997–1003, May 2005.

 X. Xiaorong, X. Yaozhong, X. Jinyu, W. Jingtao, and H. Yingdao, “WAMS applications in Chinese power systems,” IEEE Power Energy Mag., vol. 4, no. 1, pp. 54–63, Jan.-Feb. 2006.

 J. Y. Cai, H. Zhenyu, J. Hauer, and K. Martin, “Current status and experience of WAMS implementation in north America,” in Proc. IEEE/ Power Eng. Soc. Transmission Distribution Conf. Exhib.: Asia Pacific, 2005, 2005, pp. 1–7.

 A.R. Khatib, R. F. Nuqui, M.R. Ingram and A.G. Phadke, “Real-time estimation of security from voltage collapse using synchronized phasor measurements,” IEEE Power engineering Society General Meeting, vol.1, pp. 582-588, 2004.

R. Diao, K. Sun, V. Vittal, R.J. M. R. Richardson, N. Bhatt, D. Stradford and S. K. Sarawgi, “Decision tree-based online voltage security assessment using PMU measurements,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, no. 2, pp. 832-839, May 2009.

K. Sun, S. Likhate, V. Vittal,  V. Sh. Kolluri and S. Mandal, “An online dynamic security assessment scheme using phasor measurements and decision trees,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 22, no. 4, pp. 1935-1943, Nov. 2007.

M. Dehghani, B. Shayanfard and A.R. Khayatian, “PMU ranking based on singular value decomposition of dynamic stability matrix,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 3, pp. 2263-2270, Aug. 2013.

I. Kamwa,S. R. Samantaray and G. Joos, “Development of Rule-Based Classifiers for Rapid Stability Assessment of Wide-Area Post-Disturbance Records,” IEEE Trans. Power systs., vol. 24, no. 1, pp. 258-271,  Feb. 2009.

S. Hashemi and M. R. Aghamohammadi, “Wavelet based feature extraction of voltage profile for online voltage stability assessment using RBF neural network,”International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 49, pp. 86-94, July 2013. 

D.Devaraj and  J. Preetha Roselyn, “On-line voltage stability assessment using radial basis function network model with reduced input features,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 33, pp. 1550–1555, Nov. 2011.

M.B. Zayan, M.A. Elsharkawi and R.J. Marks 2, “Power system security assessment using neural networks: feature selection using fisher discrimination,” IEEE Trans. Power systs, vol. 16, no. 4, pp. 757-763, Nov. 2001.

A.G.Phadke, “Synchronized phasor measurements in power systems,” IEEE comput.Appl.Power, vol. 6, no. 2,  pp. 10-15, April 1993.

L.Wehenkel, M.Pavella, E.Euxibie, and B.Heilbronn “Decision tree based transient method a case study, ” IEEE Trans.Power Systs., vol. 9, no. 1, pp. 459-469, Feb 1994.

S.Rovnyak, S. Kretsinger, and J. Thorp, D. Brown “Decision Trees For Real-Time Transient Stability Prediction, ” IEEE Trans.Power Systs., vol. 9, no. 3, pp. 1417-1423, Aug 1994.

 Vijay Vittal, “An Online Dynamic Security Assessment Scheme using Phasor Measurements and Decision Trees, ” in PSERC Seminar, Arizona, 2008, pp. 1-41.

R. Diao, K.sun, V.Vittal, R.J.O'Keefe,M.R.Richardson,N. Bhatt,D.Stradford, and S.K.sarawgi, “Desision Tree Based Online voltage security Assessment Using PMU Measurements, ” IEEE Trans.Power Systs., vol. 24,    no. 2, pp. 832-839, May 2009.

 S.R. Samantaray, I. Kamwa, and G. Joos, “Ensemble decision trees for phasor measurement unit-based  wide-area security assessment in the operations time frame,” IET Gener. Transm. Distrib., vol. 4, pp. 1334 -1348, June 2010.

F. R. Gomez , A.D. Rajapaks,U. D. Annakkage, and I.T. Fernando, “Support Vector Machine-Based Algorithm for Post-Fault Transient Stability Status Prediction Using Synchronized Measurements,” IEEE Trans.Power Systs, vol. 26, no. 3, pp. 1474-1484, Aug 2011.

A. D. Rajapakse, F. R. Gomez, K. Nanayakkara, P. A. Crossley, and V.T. Terzija, “Rotor angle Instability prediction using post-disturbance,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 25, no. 2, pp. 947–956,  May 2010

ز. فتاح،” استفاده از روش‌های یادگیری ماشین جهت ارزیابی امنیت سیستم  با استفاده از اطلاعات واحدهای اندازه گیری فازور،“ پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز، ایران، اسفند 1391.

سیدجواد قرشی نسب، غضنفر شاهقلیان، و بهادر فانی،”  تعیین شاخص حد بار پذیری سیستم در شبکه توزیع کرمان،“ کنفرانس ایده های نو در مهندسی برق، خرداد 1391.

B.Gao, G.K.Morison, P.Kundur, “Voltage Stability Evaluation Using Modal Analysis,” IEEE Trans. on power systs, Vol. 7, No. 4, pp. 1529-1536, Nov. 1992.

C.Rajagopalan, B.Lesieutre, P.W.Sauer, M.A.Pai, “Dynamic Aspects of Voltage/Power Characteristics,” IEEE Trans. On power systs, Vol. 7, No. 3, Aug. 1992, pp. 990-1000.

P.Kundur, B.Gao, G.K.Morison, “Practical Application of Modal Analysis for Increasing Voltage Stability Margins,” Athens Power Tech Proceedings, Joint International Power Conference, APT 93, Vol. 1, pp. 222-227, 1993.

P.Kundur, J.Paserba,V. Ajjarapu,G.Andersson, A. Bose, C.Canizares, N. Hatziargyriou, D.Hill, A.Stankovic, C.Taylor, T.V. Cutsem and V.Vittal, “Definition And Classification of Power System Stability ,” IEEE  Trans . Power Systs, vol. 19, no. 2, p. 1390, may 2004.

. Teeuwsen, Oscillatory stability assessment using computational intelligence, Ph. D. Dissertation, Duisburg-Essen University, 2005.

Y. Xu; Z.Y. Dong; K. Meng; R. Zhang; K.P. Wong, “Real-time transient stability assessment model using extreme learning machine”, IET Generation, Transmission & Distribution, Vol.5, March 2011, p.314 – 322.

Yunyue Zhu, High Performance Data Mining in Time Series: Techniques and Case Studies, Ph.D. Dissertation, New York University, January 2004.

I.T. Jolliffe. Principal Component Analysis, 2nd ed., Springer, NY, 2002, p. 28.

L. I. Smith, A tutorial on Principal Components   Analysis, pp.1-26, Feb. 2002.

J.E. Jackson. A User's Guide to Principal Components. New York: John Wiley and Sons, 1991.

I. K. Fodor, A survey of dimension reduction techniques, pp.2-3, 2002.

محمد صادق شیخائی، پروژه مطالعاتی درس یادگیری ماشین، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1385.

W. Sun, J. Chen and J. Li, “Decision tree and PCA-based fault diagnosis of rotating machinery”, Mechanical Systems and Signal Processing 21, pp.1300–1317, Apr. 2007.

Kamwa, I.; Samantaray, S.R.; Joos, G. “Catastrophe Predictors From Ensemble Decision-Tree Learning of Wide-Area Severity Indices,”  IEEE Trans. Smart Grid, Vol.1, Issue:2, 2010 , PP.144 – 158.

B.E. Boser, I.M. Guyon, V. Vapnik. “A Training Algorithm for Optimal Margin Classifiers,” Proceedings of the fifth Annual Workshop on Computational Learning Theory 5 144-152, Pittsburgh, 1992.

V. Vapnik, C. Cortes. “Support Vector Networks,” Machine Learning, vol. 20, pp. 273-297, 1995.

 Dustin Boswell, “Introduction to Support Vector Machines,” tutorial, August 6, 2002.

M. Law, “A Simple Introduction to Support VectorMachines,” Lecture for CSE 802, Michigan State University, Nov. 2011.

Bei Xu and Ali Abur, “Optimal placement of phasor measurement units for state estimation,” PSERC Publication. 05-58, Oct. 2005.

James Ross Altman, “A practical comprehensive approach to PMU placement for full observability,” Thesis Submitted to the Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University. January 2007.

B.Shayanfard, M.Dehghani and A.Khayatian “Optimal PMU Placement for Full Observability and Dynamic Stability Assessment”, 1390.

Nabil H. Abbasy and Hanafy Mahmoud Ismail, “A unified approach for the optimal PMU location for power system state estimation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, no. 2, May 2009.

ز.فتاح، م. دهقانی و ع .ر خیاطیان ، ”پیکربندی واحدهای فازور در نواحی منسجم الکتریکی شبکه برق با هدف ارزیابی عملکرد دینامیکی سیستم،“ کنفرانس شبکه های برق الکتریکی هوشمند ، خرداد 1391.

C.W. Hsu, C. Chung Chang, and CJ. Lin, “A Practical Guide to Support Vectors for Classification,” Department of Computer Science, National Taiwan University, apr.2010.