بخشی از مقاله
چکیده
سیستمهاي استاتیکی وار میتوانند با افزایش حاشیه پایداري گذرا، قابلیت اطمینان سیستم را بهبود بخشند. احتمال وقوع خطا، احتمال مکان بروز خطا، احتمال عملکرد سیستم حفاظت و منحنی استمرار بار - - LDC همه عواملیاند که بر پایداري گذراي سیستم تاثیر گذارند. ما در این مقاله بهبود حاشیه پایداري سیستم در اثر نصب جبرانکننده استاتیکی وار بررسی می-کنیم و نتیجه مهمی که از بررسی یک سیستم کوچک بدست میآید این است که بهبود پایداري در اثر نصب این جبران کننده انکار ناپذیر است. به هر حال، اگر سیستم بخواهد درمحدوده باریکی از ناحیه پایداري کار کند، در بهرهبرداري از سیستم بهبود حاصل میشود. مگر اینکه این محدوده باریک کسر کوچکی از دوره بهرهبرداري سیستم باشد، در این صورت میانگین بهبود در قابلیت اطمینان سیستم کوچک میباشد.
.1 مقدمه
منافع اقتصادي استفاده از جبران کننده استاتیکی وار در سیستم قدرت به سه دسته تقسیم می شود: صرفه جویی اقتصادي مستقیم، منافع اقتصادي مرتبط با عملکرد دینامیک سیستم و صرفه جویی در هزینه تمام شده تجهیزات . علاوه بر منافع مستقیم وغیر مستقیم اقتصادي ، نصب این جبران کننده موجب موجب بهبود کیفیت توان با کاهش نوسانات ولتاژ در اثر تغییرات ناگهانی بار می شود. همین عامل باعث توجیه نصب این جبران کننده در برخی مکانها شده است. در این فصل بهبود قابلیت اطمینان سیستم در اثر نصب جبرانکننده استاتیکی وار بررسی می شود. ابتدا نیازمندیهاي آنالیز گذرا توجیه می شود و سپس روش مورد استفاده تشریح می شود. قابلیت اطمینان با استفاده از شاخصهاي احتمالی پایداري گذرا و توانایی هاي انتقال قدرت، اندازه گیري می شود. اندازه گیري شاخصهاي قابلت اطمینان و توانایی انتقال در نهایت منجر به دانستن منافع اقتصادي می گردد. مقالات نوشته شده در زمینه آنالیز پایداري گذرا در ده سال اخیر بسیار زیاد هستند. این مقالات را می توان به تکنیک هاي شبیه سازي، روشهاي انرژي و تابع Lyapunov و روشهاي خطی اختلالات نسبتا" کوچک دسته بندي کرد . در این فصل تمرکز ویژه بر روي تکنیک هاي شبیه سازي می باشد. مقالات مرتبط با عملکرد دینامیک جبران کننده استاتیکی وار محدود هستند. در واقع در تمام موارد، آنالیز بر مبناي مدل هاي تشخیصی قرار گرفته و جنبه هاي احتمالی مسئله، علی رغم اینکه این موضوع در بخشهاي دیگر غیر از سیستم قدرت بسیار استفاده شده است، مورد توجه واقع نشده است. در اینجا به جاي معرفی کارآیی بد سیستم به عنوان یک معیار ، ارش بهبود مورد انتظار در کارآیی سیستم مشخص می شود. نتایج غیر منتظره این است که در محدوه باریکی از دامنه کارکرد سیستم بهبود نمایان است و در خارج از این محدوده بهبود قابل ملاحظه اي دیده نمی شود. مهندسین اغلب مطالعات پایداري گذرا را براي بدترین حالت کارکرد انجام می دهند. به هر حال ،در مطالعات اقتصادي خوب نیست که بدترین حالت کارکرد در نظر گرفته شود و به نظر می رسد منطقی این است که رفتار گذراي سیستم با استفاده از رویکرد احتمالی بررسی شود.
-2 پایداري گذراي سیستم
آنالیز پایداري گذراي سیستم زمانی در سیستم قدرت مورد توجه است که سیستم در معرض یک اغتشاش غیر پریودیک مانند خطا، کاهش ناگهانی بار ، کاهش ظرفیت ، حوادث کلید زنی خطوط و غیره قرار گیرد. احتمال وقوع هر یک از این پدیده ها متفاوت می باشد. حتی اگر همه آنها قابل وقوع باشند، احتمال یکسان ندارند و تاثیر یکسانی نیز بر روي سیستم ندارند. طراحی سیستم بگونه اي است که برخی شرایط که احتمال وقوع خیلی کمی دارند در طراحی نظر گرفته می شوند. در برخی موارد معیار هاي ابتدایی براي هزینه بسیار سختگیرانه هستند و زمانی که سیستم توسعه یافته این شرایط اصلاح یا تخفیف داده می شوند. در اینجا فرض می کنیم که تنها منبع اغتشاشی که سیستم تحت تاثیر آن قرار می گیرد ، خطاها هستند و این خطاها تنها بر قدرت انتقالی از خطوط تاثیر می گذارند. دیگر نوع خطاها که ممکن است بر ظرفیت انتقال تاثیر بگذارند در صورتی که به همان روش کمیت گذاري شوند ، به آسانی میتوانند با خطاها در نظر گرفته شوند. توجه کنید که خروج نیروگاهها بطور مستقیم بر اقتصاد بهره برداري تاثیر می گذارد و می تواند با استفاده از تکنیک هاي حالت ماندگار مشخص شود.به هر حال خروج واحد هاي نیروگاهی نیز با استفاده از روش آنالیز احتمالی در این فصل تحلیل می شوند. جنبه احتمالی چندین حالت اضطراري عبارتند از نوع خطا، محل خطا، پدیده پاك سازي خطا ، پارامترهاي سیستم و شرایط بهره برداري . خطاهاي سیستم که بر پایداري گذرا تاثیر می گذارند بر چهار دسته عمده تقسیم می شوند: خطاهاي سه فاز، خط به خط ، خط به خط به زمین ، خط به زمیناکثر مطالعات پایداري گذرا بر مبناي خطاي سه فاز انجام می شوند زیرا در یک سیستم واقعی حاوي سخت ترین شرایط و کمترین احتمال وقوع می باشد. خطاي با احتمال وقوع بالا در سیستم واقعی خطاي تکفاز به زمین می باشد . این دو نوع خطا - سه فاز و تکفاز به زمین - در اینجا مورد بررسی قرار می گیرند. سخت ترین حالت وقوع این خطا ها زمانی است که خطا در نزدیکی ژنراتور روي دهد. مکان احتمالی خطا بر روي یک خط با در نظر گرفتن توزیع مناسب احتمال وقوع خطا براي انعکاس تمایل وقوع خطا در بخشی از خط ، مشخص شود. هر توزیع احتمالی ممکن است در نظر گرفته شود، اما به نظر می رسد استفاده از تابع احتمال با چگالی یکنواخت ، براي زمانی که اطلاعات سیستم در دسترس نیست بهترین گزینه می باشد. زمان پاکسازي خطا از عوامل مهم در ارزیابی پایداري سیستم می باشد. هرچه خطا سریعتر پاکسازي شود حاشیه پایداري بزرگتر می باشد. یک حادثه سخت، مانندخطاي سه فاز درمدت زمان کمتري نسبت به خطاي تکفازبه زمین باید پاکسازي شود تا پایداري حفظ گردد. در برآورد زمان پاك سازي خطا، زمانهاي عملکردمرتبط با تجهیزاتی که کار آشکار سازي و رفع خطا را انجام می دهند، بسیار مهم می باشد. زمان عملکرد تجهیزات معمولا" شامل زمان عملکرد حفاظت اصلی و زمان عملکرد سیگنال مدار شکن می باشد. ریسک ناپایداري سیستم به احتمال خطا در عملکرد حفاظت اصلی بستگی دارد. عوامل اصلی موثر بر پایداري عبارتند از ساختار واقعی شبکه انتقال و امپدانس مربوط به آن ، طراحی حفاظت هاي پست . همچنین پایداري به شرایط اولیه بهره برداري ، وضعیت ژنراتور ها و نوع بار ها نیز بستگی دارد. - در اینجا فرض می کنیم پارامتر هاي عناصر فیزیکی سیستم شناخته شده و معلوم میباشند - .
- 3 مدل سازي سیستم حفاظت
سیستم حفاظت شرایط خطا را آشکار می سازد و سیگنالهاي تریپ را به مدارشکن هاي مربوطه می فرستد. زمان پاکسازي خطا عبارت است از مجموع زمانهاي قطع بریکر و عملکرد رله. این زمان می تواند به صورت توزیع نرمال با یک مقدار متوسط و انحراف استاندارد بیان شود. در یک سیستم موجود ، توزیع احتمال زمان پاکسازي خطا به توزیع احتمالهاي مربوط به زمانهاي عملکرد حفاظت هاي اصلی و پشتیبان سیستم و مدارشکنها بستگی دارد. احتمال پایداري یک سیستم مشخص بسیار تحت تاثیر طرح حفاظتی آن سیستم می باشد. تابع چگالی احتمال - pdf - زمان پاکسازي خطا به عملکرد موفقیت آمیز تجهیزات حفاظتی بستگی دارد. از این رو هر دو عامل قابلیت اطمینان عملکرد تجهیزات حفاظتی و توزیع احتمال زمانهاي عملکرد این تجهیزات تابع چگالی احتمال زمان پاکسازي خطا را مشخص می نمایند. سیستم حفاظت می تواند به دو بخش عمده با نام حفاظت اصلی و پشتیبان تقسیم شود. ارزیابی پایداري گذرا معمولا" بر مبناي کند ترین ترکیب زمانهاي حفاظت اصلی ، تجهیزات ارسال سیگنال و عملکرد مدارشکن می باشد. این زمانهاي عملکرد، در عمل، ممکن است با توجه به طبیعت و محل وقوع خطاهاي سیستم و همینطور عمر تجهیزات حفاظتی و طرح حفاظتی تغییر کنند. سیستم حفاظت پشتیبان زمان پاکسازي کندتري نسبت به حفاظت اصلی دارد. این سیستم زمانی که عملکرد سیستم حفاظت اصلی دچار خطا می شود یا بریکر با موفقیت عمل نمی کند، مسئول پاکسازي خطا می باشد. احتمال شرطی، احتمال رخ دادن یک حادثه را با فرض رخ دادن حادثه دیگري بیان می کند. از احتمال شرطی به منظور بدست آوردن تابع چگالی احتمال زمان پاکسازي خطا استفاده می شود. فرض می کنیم که tb وtr متغیر هاي تصادفی مربوط به زمان عملکرد بریکر و رله باشند و با داشتن آمار زمان عملکرد رله و بریکر می توان تابع چگالی زمان عملکرد را بدست آورد.
تابع چگالی احتمال زمان پاکسازي خطا ، - f - t ،با استفاده از انتگرال پیچش زیر بدست می آید.
شکل 1. دیاگرام سیستم
احتمال زمان عملکرد بریکر،
معادله - 1 - می تواند با فرض اینکه زمانهاي عملکرد رله ها و بریکر ها ي مرتبط با سیستم حفاظت متغیر هاي تصادفی هستند که بطور تصادفی مستقل از توزیع احتمال شناخته شده هستند، بدست آید. فرض می کنیم که f1 - t - و f2 - t - توزیع نرمال دارند و مدار شکن داراي قبلیت اطمینان %100 می باشد. سپس داریم :
که در رابطه - 2 - داریم: = X مقدار متغیر تصادفی
= مقدار متوسط = انحراف استاندارد.
براي هر رله دو ناحیه حفاظتی با تابع چگالی احتمال مشخص قابل توجه است. فرض می شود سیستم حفاظتی کاملا" مستقل است و هر بریکر نیز تابع چگالی احتمالی مستقل از تابع چگالی احتمال رله دارد.
