بخشی از مقاله
چکیده
بحث تأثیرات مفید استفاده از منابع تولید پراکنده در سالهاي اخیر در اکثر مباحث علمی مورد بررسی قرار گرفته است. منابع تولید پراکنده به سرعت ساختار صنعت برق را از حالت انحصاري به حالت رقابتی در میآورند و تحولات بسیاري را در قرن بیست و یکم بر پیکره ساختار سیستمهاي قدرت ایجاد خواهند نمود. یکی از عمده تحولاتی که از آن به عنوان یکی از معایب تولید پراکنده میتوان نام برد، بر هم زدن ماهیت شبکههاي توزیع میباشد. با وجود منابع تولید پراکنده، ساختار شبکههاي توزیع از حالت شعاعی - یکسو تغذیه - خارج شده که این امر به نوبه خود موجب بر هم زدن هماهنگی بین ادوات حفاظتی و به تبع آن کاهش قابلیت اطمینان در سیستمهاي توزیع میشود.
در این مقاله روشی براي تغییر آرایش شبکههاي توزیع ارائه شده است که با پیادهسازي آن بر روي شبکههاي توزیع داراي تولید پراکنده علاوه بر حفظ کارایی سیستم حفاظت این شبکهها، امکان استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده موجود در شبکه را به صورت جزیرهاي فراهم میسازد و بدین ترتیب باعث افزایش قابلیت اطمینان شبکه و کاهش ENS میشود. همچنین روش ارائه شده بر روي یک شبکه توزیع نمونه با استفاده از نرمافزار DIgSILENT Power Factory 13.2 شبیهسازي شده و نتایج حاصل از آن ارائه شده است.
-1 مقدمه
در سالهاي اخیر با توسعه روز افزون جمعیت و تقاضاي بار توسط مشترکین و مشکلات احداث نیروگاههاي جدید و احداث خطوط انتقال و پست هاي فوق توزیع ، شرکتهاي توزیع رفته رفته به استفاده از منابع تولید پراکنده روي تغییر آرایش شبکههاي توزیع به منظور استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده آوردهاند. این منابع داراي مزایا و همچنین معایبی میباشند که از جمله مزایاي آنها میتوان به بهبود پروفیل ولتاژ، آزادسازي ظرفیت شبکه، افزایش قابلیت اطمینان، بهبود کیفیت توان، کاهش تلفات، پیک سایی و کاهش آلودگی محیط زیست اشاره نمود.[1-3]
منابع تولید پراکنده داراي تکنولوژیهاي ساخت متفاوتی با هم هستند که اکثر این منابع جزء انرژیهاي نو و سازگار با محیط زیست میباشند. به عنوان مثال براي منابع تولید پراکنده میتوان میکروتوربینها، نیروگاههاي بادي، خورشیدي - سهموي، آینهاي و سولار - ، زمین گرمائی، بیوماس، پیلهاي سوختی، تلمبه ذخیرهاي و یا حتی ترکیب این نیروگاهها را نام برد.[4-8] محدودیت استفاده از این منابع طبیعی به صورت دائم باعث استفاده از آنها به صورت ترکیبی - هیبرید - از چند نوع از آنها شده است. به عنوان مثال براي ساخت نیروگاهی از انرژیهاي نو که بتواند به طور دائم و تمام وقت به شبکه متصل بوده و تواندهی کند میتوان از ترکیب نیروگاههاي بادي، خورشیدي و پیل سوختی استفاده کرد .[6-9]
به طور کلی میتوان از انرژیهاي نو براي تأمین بار در شبکههاي توزیع با مقابله بر مشکلات و ارائه راه حلهاي مناسب استفاده نمود. از جمله مشکلات عمدهاي که این منابع در سیستمهاي توزیع بهوجود میآورند میتوان به مشکل تولید توان راکتیو، پیچیدگی بهرهبرداري و کنترل شبکه و از بین بردن هماهنگی حفاظتی اشاره کرد.[1] استفاده از منابع تولید پراکنده باعث تغییر ساختار سنتی شبکههاي توزیع یعنی تبدیل آنها از شبکه شعاعی به شبکه چند سو تغذیه میشود، که این امر نیز به نوبه خود باعث از بین رفتن کارایی سیستم حفاظت شبکههاي توزیع و از بین رفتن هماهنگی بین ادوات حفاظتی میگردد11]و.[10 همچنین وجود DG در شبکه باعث میشود که شبکه ایده آل از حالت تعادل و بالانس بین فازها خارج شده و مشکل نامتعادلی در سیستم بهوجود آید.
بنابراین هماهنگی بین فیوزها ،کلیدها و ریکلوزرها بر هم خورده، که این امر میطلبد از رلههاي جهتیاب استفاده شود. ولی استفاده از رله هاي جهتیاب براي شبکه توزیع از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نیست.[10] همچنین اتصال DG ها به شبکه باعث تغییر قدرت اتصال کوتاه در شبکه میشود، که این امر نیز به نوبه خود باعث به هم خوردن هماهنگی بین ادوات حفاظتی میشود. البته تا کنون روشهاي زیادي براي مقابله با این مشکلات ارائه شده است، ولی هر کدام از این روشها داراي محدودیتهائی در بهره برداري میباشند 11]و.[10 به عنوان مثال، Hadj Said با یک مثال ساده نشان میدهد که جریانهاي خطا در تجهیزات حفاظتی با اتصال DG تغییر میکند، او پیشنهاد میکند که هماهنگی با وجود اتصال هر DG جدید چک شود. اما این راه فقط براي وقتی که تزریق DG به شبکه کم باشد عملی است .[10]
Brahma و Girgis پیشنهاد کردند که همه DG ها در هنگام بروز خطا از سیستم جدا شوند. اما این روش باعث خارج شدن تمام DG ها به ازاي وقوع خطاهاي گذرا میشود. آنها همچنین بر روي هماهنگی فیوز و بازبست با وجود DG مطالعه داشتند. آنها هماهنگی را با استفاده از بازبستهاي میکروپروسسوري موجود در بازار به دست آوردند که این بازبستها باید جهت دار و به سمت فیوز پائین دست باشند، اما در این حالت نیز همه DG هاي پائین دست بازبست باید قبل از وقوع اولین بازبست، براي جلوگیري از اتصال بدون سنکرونیزم خارج شوند. این راه حل اگر DG ها عمومیت پیدا کنند عملی نیست.
[11] بنابراین قطع همگی DG ها براي خطاهاي گذرا قابلیت اطمینان سیستم را پائین میآورد. جوادیان و حقیفام روشی را براي حفاظت شبکههاي توزیع داراي تولید پراکنده و بر مبناي استفاده از یک رله کامپیوتري واقع در پست فوق توزیع ارائه دادند. در روش ارائه شده توسط آنها شبکه توزیع به چند ناحیه تقسیمبندي میشود و در بین این نواحی بریکرهاي فرمانپذیر از رله قرار داده میشود.
در این روش وظیفه حفاظت کل شبکه بر عهده رله مرکزي داخل پست فوق توزیع است و این رله با پایش تغییر آرایش شبکههاي توزیع به منظور استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده جریان برخی از نقاط شبکه و مقایسه مقادیر دریافتی با نتایج حاصل از محاسبات offline خود وضعیت شبکه را تشخیص میدهد و در هنگام وقوع خطا فرمانهاي مناسب را به ادوات حفاظتی شبکه ارسال مینماید. در روش مذکور امکان عملکرد DG ها به صورت جزیرهاي و بهرهبرداري بهینه از آنها وجود دارد و استفاده از این روش قابلیت اطمینان شبکه را به شدت افزایش میدهد.[1] در ادامه ابتدا الگوریتم حفاظت پیشنهادي در [1] براي شبکههاي توزیع داراي DG به اختصار توضیح داده میشود و سپس روش ارائه شده در این مقاله براي تغییر در آرایش شبکههاي توزیع، براي استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده و افزایش قابلیت اطمینان شبکه شرح داده میشود.
-2 الگوریتم حفاظت
روش حفاظتی پیشنهادي در [1] بدین صورت است که شبکه توزیع به چند ناحیه حفاظتی تقسیمبندي میشود. تقسیمبندي نواحی نیز با توجه به محل قرارگیري و ظرفیت DGهاي موجود در شبکه و همچنین بار شبکه صورت میگیرد. پس از تقسیمبندي شبکه و مشخص شدن محدودة نواحی، بین تمام نواحی شبکه کلیدهاي قطع کنندهاي که داراي قابلیت باز و بسته شدن سریع و مکرر را داشته باشند و بتوان از راه دور آنها را کنترل کرد و به آنها فرمان قطع و وصل فرستاد، قرارداده میشوند. همچنین این کلیدها باید مجهز به رله سنکروچک نیز باشند.
علاوه بر این لازم است که در برخی از نواحی شبکه، براي تمام بارهاي موجود در ناحیه سکسیونر قابل قطع زیر بار قرار داده شود. این سکسیونرها نیز باید قابلیت عملکرد به ازاي فرمان از راه دور را دارا باشند. براي پیادهسازي روش پیشنهادي، لازم است که یک رله کامپیوتري، که داراي قابلیت پردازش و ذخیره اطلاعات بالایی باشد، در پست تغذیه کنندة شبکه - پست فوق توزیع - قرار داده شود.
وظیفه اصلی حفاظت شبکه توزیع بر عهدة رله مرکزي واقع در پست فوق توزیع قرار دارد. نحوة عملکرد نیز به این صورت است که رله با دریافت جریان برخی از نقاط شبکه به طور دائم بر وضعیت شبکه نظارت میکند. به محض اینکه خطایی در شبکه اتفاق بیافتد، رله متوجه وقوع آن شده، محل و نوع آن را تخمین میزند و با توجه به آن عملیات لازم براي پاکسازي خطا و بازیابی شبکه را با صدور فرامین لازم به کلیدهاي جدا کننده نواحی انجام میدهد.
-1-2 ناحیه بندي شبکه
ناحیه بندي شبکه به این صورت است که به ازاي هر DG یک ناحیه در نظر گرفته شود که آن ناحیه از باس متصل به DG مربوطه شروع و به سمت انتهاي فیدر پیشروي میکند و این پیشروي تا زمانی ادامه مییابد که مجموع بار میانگین تخمینی براي پستهاي توزیع واقع در ناحیه برابر با حداکثر ظرفیت DG باشد. البته اگر در حین پیشروي به سمت پائیندست، امتداد ناحیه به انتهاي فیدر رسید ولی مجموع بار میانگین پستهاي توزیع واقع در ناحیه کمتر از ظرفیت DG داخل ناحیه بود، باید ناحیه را به سمت بالادست امتداد داد تا زمانی که شرط توازن بار میانگین و ظرفیت DG برقرار شود.
البته باید به این نکته نیز توجه شود که اگر در حین پیشروي ناحیه به سمت پائیندست، قبل از برقراري شرط توازن ظرفیت و بار میانگین، DG دیگري وجود داشت، DG دوم نیز جزء همان ناحیه لحاظ شده و ناحیه تا جایی امتداد مییابد که مجموع بار میانگین پستهاي توزیع واقع در ناحیه برابر با مجموع ظرفیت DGهاي ناحیه باشد. پس از مشخص شدن نواحی مربوط به DGها، باید در ابتدا و انتهاي هر ناحیه یک کلید جداکننده قرار داده شود تا بتوان در مواقع لازم آن ناحیه را از سایر نواحی شبکه جدا کرد. با مشخص شدن نواحی مربوط به DGها و جداسازي آنها شبکه توزیع به دو دسته ناحیه تقسیمبندي خواهد شد:
1 - دسته اول نواحی هستند که در آنها هیچ منبع تولیدي وجود ندارد و تأمین بارهاي موجود در آن نواحی کاملا" وابسته به شبکه سراسري است.
2 - دسته دوم نواحی هستند که در آنها منبع تولید پراکنده وجود دارد. بدیهی است که حداقل یکی از منابع تولیدي واقع در هر کدام از این نواحی باید مجهز به سیستم کنترل فرکانس باشد تا بتواند در مواقعی که لازم است آن ناحیه به صورت جزیرهاي بهرهبرداري شود، فرکانس ناحیه را کنترل نماید.
