بخشی از مقاله
چکیده
یکی از چالشهای مهم در سیستم قدرت اطمینان از این است که تغییرات مشخصههای مختلف سیستم قدرت در محدوده مناسب و مطمئن خود باقی بمانند. تصویرسازی زمانی از وضعیت شبکه بهصورت آنلاین و راهنماییهای مناسب برای پاسخدهی به این تغییرات برای بهرهبرداری مناسب سیستم قدرت ضروری هستند. آگاهی وضعیتی بهمنظور پاسخ هماهنگ بین بهرهبرداران در یک سیستم گسترده متصلبههم، یک امر حیاتی است. اغتشاشهای وسیع شامل خطاهای متعدد و پشت سرهمی هستند که بهتدریج سیستم را تضعیف کرده و باعث فروپاشی کلی شبکه میشوند. گزارش خاموشی سال 2003 یک اهمیت ناگهانی به واژه آگاهی وضعیتی داد. بهطور ساده آگاهی وضعیتی به معنی آگاهی پیوسته از درستی تغییرات حالت سیستم قدرت میباشد.
در این مقاله، یک الگوریتم تصویرسازی در شبکه قدرت ارائه میگردد که قابلیت بالایی در ارتقای آگاهی وضعیتی کاربران مرکز کنترل دارد. الگوریتم ارائهشده بهصورت آنلاین بوده و در تصمیمگیری سریع بهرهبرداران شبکه هنگام وقوع وضعیتهای بحرانی در شبکه، نقش بسزایی دارد. کارایی الگوریتم تصویرسازی ارائهشده با در نظر گرفتن یک خطا در شبکه 39 شین IEEE موردبررسی قرار گرفته و نتایج آن ارائه شده است.
-1 مقدمه
با افزایش بار و توسعه شبکه قدرت و همچنین تبادلات توانهای بالا بین نواحی، یک نیاز آشکار به داشتن اطلاعات قابلاعتماد از شبکه، برای جلوگیری از خاموشی احساس شد. بررسیها نشان داده است که از هر شش خاموشی گسترده در شمال آمریکا، چهار مورد به نحوی با نبود آگاهی وضعیتی1 در ارتباط بوده است .[1] آگاهی وضعیتی در صنعت برق به معنای دانش مفید، کافی، پیوسته و کارا از متغیرهای مهم سیستم قدرت است. با گسترش واحدهای اندازهگیری فازور2 در شبکه، تلاشهای بسیاری برای اطمینان از اینکه اطلاعات آنها بین تمام مناطق تحت پوشش به اشتراک گذاشته میشود، شده است. ازآنجاکه اطلاعات PMU نسبت به دادههای اندازهگیریشده سیستم خیلی بیشتر به حالت آنلاین3 نزدیک است، میتواند دید بسیار خوبی را در مورد عملکرد حال حاضر شبکه بدهد
لازمه آگاهی وضعیتی بهتر، اطلاعات سریعتر و دقیقتر و نمایش مناسب آنها به اپراتورهای مرکز کنترل1 است. میتوان گفت که اطلاعات دقیق و سریع با حضور PMUها قابلدسترسی هستند، اما مسئله اصلی نحوه استفاده از این حجم وسیع از اطلاعات و نمایش مناسب به اپراتور بهمنظور جلوگیری از حوادث ناخواسته در شبکه است.
در سالهای اخیر مطالعات گوناگونی درزمینه تصویرسازی مناسب در مراکز کنترل انجام شده است. در مرجع [3] و [4]، از اطلاعات همزمان PMUها و RTUها2 بهمنظور شناسایی دقیقتر محل اختلال استفاده شده است. در مرجع [5]، با استفاده از ادوات ثبت اختلالات فرکانسی3، فرکانس شبکه در نقاط مختلف اندازهگیری شده و بهعنوان یک پارامتر اساسی بهمنظور تصویرسازی دینامیکی شبکه معرفی شده است و بیان گردیده است که تصویرسازی فرکانس شبکه، دید سریع و مستقیمی از حالت سیستم را ارائه میدهد.
در مرجع [6]، نحوه استفاده از نقشههای جغرافیایی برای کمک به تصویرسازی شبکه انتقال قدرت در آلمان بحث شده است. اکثر کارهای انجامشده روی به دست آوردن اطلاعات اضافی از حجم وسیع اطلاعات و نمایش راحتتر به کاربر تمرکز کردهاند. بهصورت پیشرفتهتر، هدف بعدی تصویرسازی دادن آگاهیهای سطح بالا به کاربران مرکز کنترل است. مباحثی مانند تشخیص نوسانات شبکه و محل شروع آنها، شناسایی محل اختلال، نمایش وضعیت المانهای شبکه و کنترل آنها، پیشنهادهای خودکار توسط الگوریتمهای مختلف به اپراتور بهمنظور جلوگیری از اختلالات متوالی و ... جزو مباحث موردعلاقه محققان هستند.
روش ارائهشده در این مقاله، دید بسیار شفاف و جامعی از وضعیت کلی شبکه را درآنواحد ارائه میدهد. بهمنظور تشریح روش ارائهشده، در بخش 2 مدل مسئله و به تعبیری الگوریتم تصویرسازی استفادهشده، بحث گردیده است. در بخش 3 نتایج مصورسازی انجامشده روی یک شبکه نمونه با در نظر گرفتن یک خطا در شبکه ارائه گردیده است و درنهایت در بخش 4، نتیجهگیری و جمعبندی بحث آمده است.
-2 مدلسازی و فرمولبندی
در این بخش نحوه مدل کردن مسئله در بخشهای مختلف ارائه شده است که به شرح زیر میباشد.
-1-2 مدل شبکه
بهمنظور تصویرسازی شبکه، یک شبکه انتقال نمونه همراه با یک نقشه جغرافیایی مربوط به آن شبکه استفاده میشود. شبکه استفادهشده در این مطالعه، شبکه 39 شین IEEE با سطح ولتاژ 345 کیلوولت است.[7] ساختار این شبکه مربوط به ناحیه New England در ایالاتمتحده است که دیاگرام تکخطی آن در شکل 1 آمده است. در این شبکه تست، ژنراتور شماره 2 بهعنوان ژنراتور مرجع و شین شماره 31 نیز بهعنوان شین مرجع انتخاب شده است. همانطور که گفته شد، بهمنظور تصویرسازی این شبکه، نیاز است تا این سیستم بهصورت جغرافیایی پیادهسازی شود. نقشه جغرافیایی ناحیه New England در شکل 2 آمده است.
-2-2 جایگذاری شینهای شبکه
در این مرحله، شینهای شبکه، بهصورت نقاطی با طول و عرض جغرافیایی مشخص در نقشه جغرافیایی NEW ENGLAND قرار میگیرند که این روند در شکل 2 آمده است. برای تبدیل مختصات جغرافیایی به کارتزین، از روش نگاشت استوانهای میلر4 استفاده شده است زیرا محاسبات ما بهصورت ماتریسی میباشد.[8]
شکل :1 دیاگرام تکخطی شبکه 39 شین IEEE
شکل :2 محل قرارگیری شینهای شبکه 39 شین IEEE در نقشه NEW ENGLAND
در این مطالعه بهمنظور رسم نقاط و یا مرزهای جغرافیایی از Mapping toolbox برنامه MATLAB استفاده شده است که شامل روش نگاشت استوانهای میلر نیز میباشد. این نوع نگاشت در نقشههای جغرافیایی بهمنظور نمایش نقشه جغرافیایی روی یک سطح مسطح استفاده میشود.
همانطور که گفته شد، هدف تصویرسازی این نقشه، بهوسیله اطلاعات بهدستآمده از هر یک از شینهاست. این اطلاعات میتواند شامل دامنه ولتاژ، زاویه ولتاژ، فرکانس و ... باشد. همچنین در هر یک از این شینها میتوان PMU نصب کرد.البته در یک شبکه قدرت، معمولاً تعداد آنها به دلیل مسائل اقتصادی و یا قابلیت نصب، محدود است. بنابراین الگوریتمهایی ارائهشدهاند که حداقل تعداد PMUها و محل قرارگیری آنها در شبکه را بهمنظور مشاهده پذیر بودن کل شبکه، ارائه میدهند.
