مکان‌یابی صاعقه مبتنی ‌بر ولتاژهای القایی ناشی از آن بر روی خطوط هوایی شبکه قدرت با استفاده از روش یادگیری ماشین

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: مکان‌یابی صاعقه مبتنی ‌بر ولتاژهای القایی ناشی از آن بر روی خطوط هوایی شبکه قدرت با استفاده از روش یادگیری ماشین

ارائه دهنده: Provider: مصطفی اسدی - مهندسی برق

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محمد حسن مرادی

اساتید مشاور: Advisory Professors: دکتر حمیدرضا کرمی، دکتر فرهاد رشیدی ، دکتر مارکوس رابینشتین

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر صالح رازینی، دکتر مهدی وکیلیان، دکتر رمضانعلی نقی زاده

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 11 - 1404/1/20

مکان ارائه: Place of presentation: کلاس 33 گروه برق دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: امروزه مکان‌یابی صاعقه در بسیاری از حوزه‌های تجاری و صنعتی از جمله شبکه قدرت، حمل و نقل و ... از اهمیت به سزایی برخودار است. به همین دلیل سیستم‌های مکان‌یابی صاعقه در نقاط مختلفی از دنیا نصب شده است. این سیستم‌ها بر اساس دریافت مستقیم امواج الکترومغناطیسی ناشی از برخورد صاعقه توسط سنسورهایشان عمل می‌کنند. از روش‌های رایج مکان‌یابی در این سیستم‌ها می‌توان جهت‌یاب مغناطیسی (MDF)، زمان/اختلاف زمانی رسیدن موج (ToA/TDoA)، تداخل سنجی (ITF) و یا ترکیبی ازآنها را نام برد. در این روش‌ها، برای مکان‌یابی صاعقه حداقل به چهار سنسور نیاز است که به دلیل به‌کارگیری روش‌های بهینه‌سازی معمولا تعداد بیشتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این موضوع سبب افزایش قیمت و افزایش پیچیدگی‌های ساختاری سیستم‌های مکان‌یابی صاعقه شده‌است. از جمله چالش‌های موجود در سیستم‌های رایج، نیاز به همزمان‌سازی همه سنسورها به منظور محاسبه دقیق محل برخورد صاعقه و نیز حساسیت آنها به نویز است. علاوه بر روش‌های تجاری رایج در سیستم‌های مکان‌یابی صاعقه، روش‌های متنوعی نیز در مقالات پیشنهاد شده است که هنوز بصورت تجاری مورد استفاده قرار نگرفته‌است. این روش‌ها عمدتا بر روی بهینه‌سازی دقت و عملکرد روش‌های رایج از طریق ترکیب آن‌ها با یک یا چند روش جدید مانند استفاده از روش‌های یادگیری ماشین متمرکز شده است. در اکثر این روش‌ها همچنان چالش‌های نیاز به چند سنسور و همزمان‌سازی آنها وجود دارد. در این رساله برای اولین‌بار یک روش تک سنسوری مکان‌یابی صاعقه بر اساس ولتاژ القایی ناشی از صاعقه پیشنهاد می‌شود. این روش مبتنی بر یادگیری ماشین بوده و از طریق پردازش شکل موج سری زمانی ولتاژ القا شده ناشی از صاعقه بر روی خطوط شبکه هوایی قدرت عمل می‌نماید. از مزایای این روش می‌توان به سادگی در پیاده‌سازی به دلیل کاهش تعداد سنسورهای مورد نیاز، استفاده از تجهیزات موجود در شبکه قدرت، عدم نیاز به همزمان‌سازی سنسورها و نیز سرعت و دقت بالای آن اشاره نمود. از جمله اهداف این رساله به‌کارگیری یک الگوریتم با یادگیری سریع، پیچیدگی‌ مناسب و کارآمد است. لذا در انجام آن سعی شده تا روش‌های مختلف یادگیری ماشین به منظور تحلیل جامع روش‌های متداول و معمول بررسی شود تا در نهایت مدل استخراج شده اهداف مدنظر را در برآورده نماید. مجموعه داده‌های آموزشی مورد استفاده از طریق شبیه‌سازی ولتاژ القا شده ناشی از صاعقه در محل سنسورهای ولتاژ تولید شده‌ است. در شبیه‌سازی‌های انجام شده از روش‌های مختلفی از جمله فرمول ساده‌شده راسک و نیز روش دقیق کوپلینگ میدان به خط آگراوال در ماژول LIOV استفاده شده است. با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های مختلفی همچون مکان صاعقه، بیشینه جریان صاعقه، سرعت ضربه بازگشتی و رسانایی زمین و نیز پیاده‌سازی پارامترهای خطوط هوایی شبکه قدرت مانند پارامترهای مداری خط، دکل‌ها، مقره‌ها و انشعاب‌های خط، داده‌های آموزشی به داده‌های تجربی نزدیک شده‌است. همچنین سیگنال‌های شبیه‌سازی شده با استفاده از عملیات برش مبدا زمانی به سیگنال‌های دریافتی توسط سنسورهای ولتاژ واقعی نزدیک شده‌است.

فایل: ّFile: دانلود فایل