بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
استخراج دستورالعمل خازنگذاری در سیستم توزیع
واژههای کلیدی: سیستم توزیع، خازنگذاری، کاهش تلفات
چکیده:
در این مقاله از یک روش ابتکاری برای استخراج دستورالعملی به منظور جایابی خازن در سیستم توزیع فشار ضعیف استفاده شده است. در اکثر دستورالعملهای موجود از مدلهای بسیار ساده فیدر استفاده گردیده است. در مقاله موجود مدل فیدر و مدل بار به صورت کامل تجزیه تحلیل گردیده و اکثر موارد عملی در نظر گرفتهشده است. برای تمام حالات ممکن از یک فیدر توزیع، خازنگذاری با نرمافزار موجود انجام شده، سپس با بررسی این حالات دستورالعملی براساس انرژی راکتیو کل فیدر استخراج گردیده است. این دستورالعمل با اطلاعات موجود در شرکتهای توزیع به راحتی قابل اعمال میباشد. در انتها سه شبکه عملی به کمک نرمافزار و دستورالعمل خازنگذاری شده و مشاهده گردیده تفاوت بین این دو روش در مقایسه با راحتی و عملی بودن دستورالعمل بسیار اندک است.
-1 مقدمه
اکثر مصرف کنندگان انرژی الکتریکی علاوه بر توان اکتیو، توان راکتیو هم مصرف میکنند. توان اکتیو یا همان توان حقیقی باید در نیروگاه تولید شود. در صورتی که توان راکتیو میتواند در نیروگاه و یا در محلهای دیگر تولید گردد.مناسبترین و ارزانترین وسیله برای تولید توان راکتیو در محلهای غیر از نیروگاه، خازنهای موازی میباشند.
در صورتی که توان راکتیو توسط نیروگاه تولید گردد، هر یک از عناصر سیستم (ژنراتورها، ترانسفورماتورها،خطوط انتقال و توزیع و کلیه تجهیزات) باید ظرفیت بالاتری داشته باشند تا بتوانند کل توان ظاهری،که جمع برداری توان اکتیو و راکتیو است را از خود عبور دهند. در صورتی که خازنهای موازی میتوانند با تولید این توان راکتیو در محلهای مورد نیاز، از افزایش ظرفیت المانهای شبکه به این منظور جلوگیری نمایند. علاوه بر کاهش ظرفیت عناصر،تلفات کل شبکه نیز به خاطر کم شدن جریان کل کاهش پیدا میکند.
بهترین نقطه برای نصب خازن، محل مصرف است یعنی اگر هر مصرف کننده انرژی راکتیو خود را توسط خازن جبران کند، بیشترین سود از لحاظ آزاد سازی و کاهش تلفات انرژی حاصل خواهد شد اما این امر از لحاظ عملی و اقتصادی ممکن نیست. نقطه بعدی برای نصب خازن، شبکه توزیع فشار ضعیف و فشار متوسط است.
روشهای معمولی جایابی خازن به چهار گروه تقسیم شده اند: [ 1 ]
-1 روشهای تحلیلی
-2 روشهای برنامهریزی عددی
-3 روشهای ابتکاری
-4 روشهای هوشمند عموماً از روشهای تحلیلی برای استخراج و تهیه
دستورالعمل در شبکه توزیع فشار ضعیف استفاده شده است ]2و3و.[4
-2 دستورالعملهای موجود
دستورالعملی که هم اکنون بر مبنای خازنهای ثابت 12/5 کیلوواری در برخی شرکتهای برق منطقهای مورد استفاده قرار میگیرد[5]، به قرار زیر است:
محاسبه حداقل بار سالیانه فیدر: ابتدا توان راکتیو فیدر اندازهگیری میشود و با توجه به ساعت و فصل اندازهگیری ضریب تعدیل مربوطه به کمک جدول 1 بدست میآید. سپس توان راکتیو اندازهگیری شده در ضریب تعدیل ضرب میگردد تا توان راکتیو حداقل سالیانه فیدر بدست آید.
انتخاب تعداد خازنهای پیشنهادی: به کمک روش تحلیلی و با توجه به اینکه ظرفیت خازنهای پیشنهادی 12/5 کیلووار بوده است، تعداد خازنهای بهینه بدست میآید که این رابطه به صورت دستورالعمل در جدول 2 آورده شده است.
تعین مکان پیشنهادی خازنها: پس از تعیین تعداد خازنهای مورد نیاز، مکان بهینه این خازنها به کمک روابط روش تحلیلی محاسبه میگردد که نتایج آن به صورت دستورالعمل در جدول 2 آورده شده است.
مزیت عمده دستورالعمل موجود سادگی و راحتی اجرای آن است. نکات دیگری در خصوص این دستورالعمل، قابل بیان است:
-1 خازن گذاری براساس حداقل بار انجام میشود که این موضوع باعث میگردد خازن گذاری، کمتر انجام شده و از حداکثر صرفه جویی قابل دسترسی دور گردیم.
-2 محاسبه ضرایب تعدیل جدول 1 که درصد حداقل بار در ماههای کم مصرف را نسبت به بار پیک، پایه و حداقل در ماههای مختلف سال بیان میکند، دشوار است.
-3 در بهینه سازی، قیمت خازن لحاظ نگردیده است.
-4 قید ولتاژ در این دستورالعمل اعمال نشده است.
-5 در این دستورالعمل، برای خازن گذاری در شبکههای شعاعی با شاخه جانبی، روشی بیان نشده است.
-6 اثر غیر یکنواختی هادی و بار طول فیدر دیده نشده است.
-3 مدلسازی
در مطالعات جایابی خازن، مدلسازی شبکه توزیع از اهمیت ویژهای برخوردار است. در ابتدا مدل فیدر، مدل بار و نحوه توزیع بار، که در این تحقیق به منظور استخراج دستورالعمل استفاده شده است بیان گردیده و در انتها نیز تابع هدف ارائه شده است.
1-3 مدل فیدر
فیدرهای توزیع فشار ضعیف هوایی از تنوع بسیار بالایی برخوردارند. استاندارد ثابتی در مورد درختهای مورد استفاده در شبکه فشار ضعیف وجود ندارد. درخت یک فیدر هوائی نمونه از شبکه فشار ضعیف در شکل 1 نشان داده شده است.
درخت نمونه شکل بالا از 7 فیدر ساده (سکشن(1 تشکیل شده و استخراج یک دستورالعمل کلی برای این نوع ساختارهای درختی عملاً غیر ممکن است، اما میتوان با استفاده از قانون جمع آثار تک به تک فیدرهای ساده را به صورت جداگانه خازنگذاری کرد. لذا در این تحقیق دستورالعمل کلی به منظور خازنگذاری برای یک فیدر ساده مطابق شکل 2 با یک شاخه استخراج شده است و در قسمت
2-7، طریقه خازن گذازی در فیدرهای فشار ضعیف با هر نوع ساختار درختی ارائه گردیده است.
مدل یک فیدر شعاعی ساده که از پست توزیع 20kV/400V تغذیه گردیده است در شکل 2 نمایش داده شده است.
این فیدر از تعداد n تیر تشکیل شده است. استاندارد فاصله تیرهای متوالی در شبکه فشار ضعیف حدود 30 متر است.
فرضیات زیر به منظور عملی شدن تهیه دستورالعمل در مدل فیدر ساده لحاظ گردیده است:
-1 شبکه متقارن سه فاز در نظر گرفته شده است.
-2 هادی طول فیدر یکسان در نظر گرفته شده است.
-3 تیرها به عنوان نقاط کاندید خازن گذاری لحاظ شدهاند و فاصله آنها مساوی لحاظ شده است.
2-3 مدل بار
بار فیدرهای توزیع با توجه به نوع مصرف (خانگی، تجاری، عمومی، کشاورزی، صنعتی و غیره) و نیز منطقه مورد مطالعه، الگوهای متفاوتی دارند.
در این تحقیق، با توجه به اینکه مطالعات خازن گذاری در سطوح مختلف بار یکسال انجام گرفته است، منحنی تداوم بار به صورت یک تابع پلهای با سه سطح بار تخمین زده شده است. منحنی تداوم بار سالیانه یک نمونه بار خانگی و منحنی برازش شده آن در سه سطح بار در شکل 3 نمایش داده شده است.
سطوح بار اول و سوم به ترتیب حداکثر و حداقل مقدار بار در پریود مطالعات بوده و سطح بار دوم و پریودهای زمانی اول و دوم و سوم به قسمی تعیین میگردند که انرژی دو منحنی برابر گردیده و همچنین مجموع مربعات تفاضل منحنی واقعی و برازش شده حداقل گردد.در این تحقیق ضریب قدرت برای سطوح مختلف بار ثابت لحاظ شده است.
3-3 توزیع بار
نحوه آرایش بار روی فیدر توزیع در این تحقیق به دو صورت لحاظ گردیده است، حالت اول توزیع یکنواخت بار روی فیدر مطابق شکل 4 میباشد که بارها به صورت مساوی روی تیرها تقسیم شدهاند.
حالت دوم بار نقطهای انباشته شده در انتهای فیدر مطابق شکل 5 میباشد، تمام بار فیدر به صورت انباشته در تیر انتهائی نصب شده است.
در هر دو حالت بالا مکان پیشنهادی نصب خازن تمام تیرهای طول مسیر میباشد. در انتها، عدم یکنواختی بارها در طول فیدر بررسی شده است.
حالـت سـومی نیز از ترکیب دو حالت بالا به دست میآید که در شکل 6 نمایش داده شده است.
در قسمت 3-6، نشان داده این ترکیب به کمک قانون جمع آثار خازن گذاری گردیده است. بنابراین مطالعات کلی تنها وی دو حالت اول صورت گرفته است.
4-3 تابع هدف
خازنهای موازی در شبکه توزیع به منظور کاهش تلفات انرژی، کاهش تلفات پیک قدرت و آزاد سازی شبکه و همچنین بهبود پروفیل ولتاژ به کار میروند. لذا تابع هدف کلی به منظور جایابی خازن در شبکه توزیع که در این تحقیق لحاظ شده است به صورت رابطه زیر میباشد.
در این رابطه:
W1، W2، W3 و : W4 به ترتیب وزن عبارات کاهش تلفات انرژی، کاهش تلفات پیک، آزادسازی شبکه و قیمت خازن را در تابع هدف کل مشخص میکنند.
: N تعداد سطوح بار (در این تحقیق برابر 3 است).
Ke، Kp و : Ks به ترتیب قیمت انرژی ریال بر کیلووات ساعت، قیمت کاهش پیک توان اکتیو ریال برسال و قیمت آزاد سازی شبکه ریال برسال میباشد.
: Ti مدت زمان سطوح مختلف بار
: Pi توان اکتیو کل شبکه در سطوح بار مختلف
: P0 پیک توان اکتیو فیدر
: S0 پیک ظرفیت (توان ظاهری) فیدر : Cc قیمت خازنهای پیشنهادی.قیمتهای انرژی، کاهش تلفات پیک و آزادسازی شبکه از
اطلاعات دفتر برنامهریزی شرکت توانیر استخراج گردیده است6]و7و.[8
پس از مطالعات زیادی که روی چند فیدر نمونه انجام شد به این نتیجه رسیدیم:
خازن گذاری براساس تابع هدفی که تمام ضرایب وزنی یک باشد، در برخی سطوح بار باعث افزایش تلفات میگردد و در برخی موارد ممکن است حتی این روش افزایش تلفات انرژی کل سالیانه را باعث گردد در صورتی که خازن گذاری براساس تابع هدفی که ضرایب W2 و W3 صفر و ضریب1 W1= این مشکل را ایجاد نخواهد کرد و با از دست دادن کمتر از 15 درصد سود حاصل از آزاد سازی ظرفیت شبکه و کاهش پیک توان اکتیو تلفات انرژی کل نیز به مقدار مطلوبی میرسد.
لذا در این تحقیق تابع هدف، با ضرایب وزنی W2 و W3 صفر، در نظر گرفته شده است. همچنین قید حداکثر ولتاژ نیز 1/05 در مبنای واحد لحاظ گردیده است.
5-3 خازنهای مورد استفاده
خازنهای خریداری شده توسط سازمان مدیریت توانیر به صورت بانکهای خازنی 12/5 کیلوواری بودهاند، لذا در این تحقیق، دستورالعمل خازنگذاری شبکه فشار ضعیف برای پلههای خازنی 12/5 کیلووار استخراج گردیده است.
-4 آرایشهای ممکن برای یک فیدر ساده
در این قسمت ابتدا پارامترهای تاثیرگذار بر خازنگذاری شناسایی گردیده، سپس تمام حالات و آرایشهای ممکن برای یک فیدر ساده استخراج شده و برای تک به تک آنها خازنگذاری به کمک نرمافزار تهیه شده[9]، انجام گرفته است. در انتها از نتایج به دست آمده به یک روند رسیده و آن را به صورت دستورالعمل ارایه خواهیم کرد.
1-4 شناسایی پارامترهای تاثیرگذار
یک فیدر توزیع ساده نمونه به منظور مطالعات در نظر گرفته شده است. خازن گذاری به ازای مقادیر مختلف از هر یک از پارامترهای شبکه انجام شده و مکان بهینه و صرفهجویی ایجاد شده در هر حالت با همدیگر مقایسه میگردند. بدیهی است در صورتی که مکان بهینه خازنها و صرفهجویی ایجاد شده برای حالتهای مختلف از یک پارامتر شبکه متفاوت باشد آن پارامتر بر مسأله خازن گذاری تأثیر گذار است.
