بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله روش جدیدي براي جایابی بهینه مانیتورها در شبکه هاي بزرگ انتقال به منظور بررسی شاخص هاي فرورفتگی ولتاژ ارائه می دهد. نخست سعی می شود تاثیر اتصال کوتاه در ایجاد فرورفتگی ولتاژ در شبکه بررسی ونتایج آن به صورت ولتاژهاي باقیمانده در حین خطا,1 جمع آوري گردد. سپس با استفاده از این ارزیابی نقشه اي فازي از محدوده هاي تحت نظارت هر مانیتور ترسیم میگردد. در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک فازي, تعداد بهینه مانیتورها و آرایش آنها بر روي باسبارهاي شبکه استخراج میشود. درنهایت نیز مقایسه اي بین روش ارائه شده و روش هاي پیشین انجام میگردد .
واژههاي کلیدي: کیفیت توان، فرورفتگی ولتاژ، الگوریتم ژنتیک،منطق فازي
مقدمه:
امروزه رشد روزافزون تکنولوژي و نیاز فزاینده مصرف کنندگان به انرژي الکتریکی با کیفیت تر, باعث شده است که مباحث مربوط به کیفیت توان با حساسیت ویژهاي دنبال شود.بطوریکه هر مصرف کننده در هنگام نصب و راه اندازي تجهزات جدید نیازمند مقایسه حساسیت آن با کارآیی شبکه می باشد. حساسیت هر دستگاه توسط تولید کننده آن تعیین میشود. این در حالی است که کارآیی شبکه به وسیله مانیتورهایی که در شبکه نصب شده اند ارزیابی می گردد.[1]فرورفتگی ولتاژ,2 یک افت ناگهانی در مقدار موثر ولتاژ می-باشد. این پدیده یکی از مهمترین عوامل تخریب کننده کیفیت توان محسوب میشود. پدیده هاي مختلفی از جمله اتصال جریان هجومی ترانسفورماتورها و راه اندازي بارهاي بزرگ,باعث ایجاد فرورفتگی ولتاژ در شبکه میگردند. برخی مواقع فرورفتگی ولتاژ در شبکه به علت اتصال کوتاه در نقطه اي چند صد کیلومتر دورتر به وجود میآید .[2] در اهمیت این پدیده می توان گفت که تاثیر آن بر روي برخی مصرف کنندهها از قطع کامل3 انرژي الکتریکی مخربتر می باشد.[3]
به همین منظور تعیین شاخص هاي نشان دهنده وضعیت شبکه به لحاظ تاثیر این پدیده بر مصرف کننده, یکی از اقدامات تحلیل اقتصادي و زیست محیطی راهکارهاي بهینهسازي مصرف انرژي الکتریکی در ساختمانهاي مسکونی کشورمهمی است که شرکت هاي عرضه کننده انرژي الکتریکی بایدانجام دهند.بحث مانیتورینگ در سیستم هاي قدرت موضوع جدیدي نمیباشد. اما مبحث مانیتورینگ پدیدههاي کیفیت توان رامیتوان مربوط به سالهاي اخیر قلمداد نمود. ماهیت برخی پدیده هاي کیفیت توان از جمله فرورفتگی ولتاژ به گونهاي است که نمیتوان آنها را به وسیله ادوات معمول مانیتورینگ تشخیص داد ؛ از اینرو مانیتورهایی که به این منظور استفاده میگردند وسایل گرانقیمتی محسوب میشوند.با توجه به هزینههاي مربوط به مانیتورها و همچنین هزینههاي پردازشاطلاعات, هدف تمامی برنامههاي مانیتورینگ بهینه, ارزیابی سیستم با حداقل مانیتور میباشد.[4]براي انجام مانیتورینگ بهینه باید به چهار پرسش اساسی پاسخ داد: [5]
1.به منظور مانیتورینگ بهینه چه تعداد مانیتور مورد نیاز است ؟
2.مانیتورها در چه موقعیتی باید نصب شوند ؟
3.به منظور ارزیابی فرورفتگی ولتاژ چه ولتاژ آستانهاي باید در نظر گرفته شود؟
4.براي ارزیابی کلی شاخصها چه مدت باید شبکه را تحت نظر داشت؟
در این مقاله به سه پرسش اول پاسخ داده شده است. پاسخ پرسش چهارم به وضعیت شبکه به لحاظ آماري و ارزیابی آنبه لحاظ پدیدههایی که به وقوع می پیوندد بستگی دارد. بهمنظور بررسی تئوري ارائه شده از شبکهي 118 شینهي استاندارد IEEE استفاده شده است. این مقاله را می توان به3 قسمت کلی تقسیم بندي کرد. نخست وضعیت کلیهباسبارهاي شبکه به لحاظ تاثیر پذیري آنها هنگام وقوع اتصال کوتاه مورد ارزیابی قرار میگردد. سپس با استفاده از نتایج قسمت اول, تعداد مانیتورها و محل آنها مشخص خواهد شد.در نهایت از شبکه مذکور به منظور ارزیابی نتایج استفاده می شود.
-1 تعیین ولتاژ باقیمانده حین خطاي باسبارهاي شبکه هنگام وقوع اتصال کوتاه در این قسمت ولتاژهاي باقیماندهي باسبارهاي شبکه هنگاموقوع اتصال کوتاه محاسبه میشود. این عمل را میتوان به عنوان مقدمهاي براي تعیین تعداد و آرایش مانیتورها در شبکه قلمداد نمود. نکتهي قابل توجه وابستگی شدید محاسبات به سطوح اتصال کوتاه و امپدانس ژنراتورهاي شبکه، می باشد.براي این منظور یک شبکه N شینه را با ماتریس امپدانس شین Zbus در نظر بگیرید. در صورتی که در نقطهاي از اینشبکه اتصال کوتاهی رخ دهد ولتاژ حین خطا را در همه نقاط شبکه میتوان توسط معادله - - 1 بدست آورد. در این معادله Zkf نشان دهنده امپدانس بین باسبار k و نقطه اتصال کوتاه fو Zff امپدانس تونن محل اتصال کوتاه میباشد.
با توجه به ماتریس امپدانس شین میتوان معادله - 1 - را به فرم ماتریسی نوشت. معادله - 2 - نحوه بدست آوردن این ولتاژها رابه وسیله ماتریس امپدانس شین نشان میدهد. در این معادله
Z ماتریس امپدانس شین، Diag Z ماتریسی قطري با درایه-هاي ماتریس امپدانس شین و Ones ماتریسی با درایههاي واحد میباشد. نتیجه حاصله در ماتریس Vdip ذخیره می-گردد.هر کدام از ستونهاي ماتریس Vdip نشان دهنده باسباري در شبکه است که اتصال کوتاه بر روي آن رخ داده است. این درحالی است که هرکدام از سطرهاي متقاطع با این ستونها نشان دهنده ولتاژهاي باقیمانده در حین خطاي دیگر باسبارها میباشد. به طور مشخص تمام درایههاي قطري این ماتریس داراي مقدار صفر میباشند.
-2 تعیین محل نصب مانیتورها در شبکه در مباحثی مانند مانیتورینگ شبکه به منظور تعیین شاخص هاي کیفیت توان هر مانیتور محدودهي مشخصی از شبکه را تحت نظر میگیرد. در حقیقت هر مانیتور را می توان به عنوان ناظري در شبکه قلمداد کرد که وقوع این پدیده ها را گزارش می کند. پدیدههایی که هر مانیتور به عنوان فرورفتگی ولتاژ ثبت میکند به ولتاژ آستانهي آن مانیتور بستگی دارد. در نظرگرفتن ولتاژ آستانه بالا براي هر مانیتور - مثلا 0/95 پریونیت - به منزلهي بالا بردن بیمورد حساسیت مانیتور خواهد بود,بطوریکه ممکن است پدیدههایی که در شبکه نباید به عنوان فرورفتگی ولتاژ قلمداد شوند به اشتباه در زمره این گونه پدیده هابه شمار آیند. همچنین در صورتی که از ولتاژ آستانه بسیار پایین - مثلا 0/65 پریونیت - استفاده شود ممکن است ازبسیاري از پدیده هاي اتفاق افتاده در شبکه چشم پوشی گردد.
افزایش و کاهش مقدار ولتاژ آستانهي هر مانیتور را می توان به عنوان افزایش و کاهش محدوده دید آن مانیتور قلمداد کرد.به عنوان مثال در نظر گرفتن ولتاژ آستانه صفر پریونیت براي یک مانیتور به این معنی خواهد بود که تنها خطا بر روي باسبار خود مانیتور ولتاژ آن را به زیر مقدار آستانه هدایت میکند. اما در نظر گرفتن ولتاژ آستانه 1 پریونیت براي یک مانیتور به این معنی خواهد بود که هر خطایی در شبکه ولتاژ مانیتور را به زیر مقدار آستانه هدایت میکند. در شکل1 می توان تاثیر افزایش و کاهش ولتاژ آستانه را در شعاع دید یک مانیتور مشاهده کرد.محدوده تحت نظارت هر مانیتور توسط یک ماتریس باینري به نام ماتریس 1 MRA نشان داده میشود. MRAk - p - به ناحیه اي از شبکه گفته می شود که تحت نظارت مانیتوري باولتاژ آستانه,p نصب شده در باس k باشد.
ماتریس MRA در حقیقت یک ماتریس باینري با ابعاد N×Fp که Fp نمایانگر تعداد محل هایی که در آنها امکان اتصال کوتاه وجود دارد, میباشد. ماتریس MRA را می توانبا استفاده از ماتریس Vdip تشکیل داد. هر ستون این ماتریس، محلی را در شبکه نشان می دهد که اتصال کوتاه در آنجا رخداده است. در حالی که هر سطر آن نشان دهنده باسبارهایی است که این اتصالی در آنها باعث ایجاد فرو رفتگی ولتاژ شده است. به منظور تشکیل این ماتریس در صورتیکه وقوع اتصالی بر روي یک باسبار , ولتاژ باسبار دیگري را به زیر مقدار آستانه هدایت کند، باید در محل تقاطع سطر مربوط به آن باسبار و ستون باسبار محل خطا، عدد 1 و در غیر این صورت عدد صفر درج شود. معادله - 3 - نحوه تشکیل این ماتریس را شرح می دهد.
