بخشی از مقاله
.1خلاصه
یکی از ابتدایی ترین مطالعات در سیستم های قدرت ، مطالعات پایداری است . جهت بررسی رفتار سیستم قدرت میبایست عوامل موثر بر عملکرد و شناخت عوامل ناپایداری آن را مد نظر قرار داد. پیچیدگی های روز افزون بهرهبرداری از تجهیزات الکتریکی در سالهای اخیر و افزایش بار تحمیلی به شبکه های انتقال، سیستمهای قدرت را با چالشهای جدیدی روبرو کرده است. میدانیم که کمبود توان راکتیو در شبکههای قدرت، سیستم را به سوی ناپایداری سوق میدهد و منجر به ایجاد افت ولتاژ و نوسانات ولتاژی میگردد. با توجه پیشرفت الکترونیک قدرت، ادوات FACTS به عنوان یکی از تامین کنندگان پایداری شبکه مطرح شده اند بنابراین در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینه سازی PSO تاثیر ادوات FACTS دردو حالت منفرد - - Single-Type و ترکیبی - Multi-Type - بررسی شده است شبیه سازی در سیستم 30 شینه انجام و نتایج شبه سازی مقایسه شده است.
کلمات کلیدی: پایداری دینامیکی، ادوات FACTS، جایابی ترکیبی، الگوریتم PSO
.2 مقدمه
در شبکههای قدرت همواره یکی از اساسیترین مباحث و حتی در بعضی موارد بحرانها، تأمین و هماهنگی توان راکتیو بوده است . این موضوع هم در سطح شبکههای توزیع - فشار ضعیف و متوسط - و هم در سطح شبکههای انتقال مطرح می باشد. علت اهمیت این موضوع بدلیل رسالت اصلی مدیران و بهرهبرداران شبکههای قدرت میباشد که این رسالت همان تأمین و تحویل انرژی برق در بالاترین سطح کیفی ممکن است .حال به منظور دستیابی به این هدف بزرگ بایستی شبکه را از داشتن فاکتورهای نامناسب مانند: تلفات اکتیو، پایین بودن سطح ولتاژ، نوسانی بودن ولتاژ، عدم بازیابی و یا بازیابی ضعیف شبکه بعد از رفع خطاهای شدید مانند خطاهای اتصال کوتاه، نوسانی بودن فرکانس، نوسانی بودن توان در واحدهای تولید انرژی الکتریکی، عدم پایداری ولتاژ در نیروگاههای بادی با ژنراتور القایی بعد از رفع خطاهای اتصال کوتاه و ...تا حد امکان مبرا نمود .
در بسیاری از مطالعات و مراجع علمی پایه نتیجهگیری شدهاست که در صورت تأمین و هماهنگی مناسب و برنامهپذیرتوان راکتیو در شبکههای قدرت، میتوان میزان قابل توجهی از این فاکتورهای منفی را در شبکه کنترل و حتی از بین برد. در نتیجه تعدادی از تجهیزات مانند خازن و کندانسور سنکرون درمطالعات اولیه این موضوع بعنوان تأمین کنندگان اصلی توان راکتیو مورد بحث و بررسی از نقطه نظرات مختلف قرار گرفتهاند.پیشرفت روزافزون ادوات الکترونیک قدرت باعث شد تا در اواخر دهه 1970 میلادی توسط EPRI سیستمهای انتقال جریان متناوب انعطافپذیر - FACTS - به منظور افزایش کنترلپذیری سیستم و افزایش قابلیت انتقال توان معرفی گردد. این ادوات با استفاده از سیستم کنترل مناسب، میتوانند بهبود قابل ملاحظهای در عملکرد سیستمهای انتقال توان و پایداری ایجاد نمایند.
علاوه بر این قادر به حل مشکلات بیباری و نوسانات توان و زاویه در شبکههای قدرت میباشند. این ادوات بر خلاف جبرانسازهای متداول، جبرانسازی اکتیو و راکتیو را به صورت لحظهای انجام داده و قابلیت انعطاف بیشتری فراهم میکنند. از جمله ادوات FACTS میتوان به SVC، STATCOM، TCSC،UPFC و ......... به عنوان اعضای کمهزینه و موثر ادوات اشاره نمود. 2]،[1 با توجه به اینکه، در شبکههای انتقال مسائلی چون مدیریت تراکم، پایداری ولتاژ، پایداری گذرا و ...... از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند به همین دلیل بهبود آنها نیز بسیار مهم میباشد. یکی از روشهای نوین جهت بهبود اهداف مطرح شده استفاده از ادوات کنترلی FACTS میباشد. از سوی دیگر افزایش جهانی تقاضای مصرف انرژی به دلیل رشد جمعیت و تنوع استفاده از انرژی در کشورهای صنعتی محدودیتهایی را در توان انتقالی فراهم آوردهاست.
مکانیابی بهینه این ادوات با در نظر گرفتن توابع هدفی که میتوانند به مقدار بهینه خود برسند اهمیت بالایی دارد . در [3] با استفاده از استراتژی تکاملی به مکان یابی ایدهآل ادوات FACTS با هدف افزایش قابلیت بارپذیری پرداخته شده است. افزایش بارپذیری سیستم قدرت به مکان و تنظیم ادوات FACTS وابسته است. در [4] برای کاهش تلفات و بهبود پایداری ولتاژ با استفاده از GA جایابی مناسب برای ادوات FACTS صورت گرفته است.در [6,5] تنظیم بهینه SVC با هدف کاهش تلفات و اختلاف ولتاژ انجام شده است.حضور ادوات FACTS به نوبه خود باعث بهبودی پایداری ولتاژ، تنظیم مشخصه ولتاژ، کاهش تلفات خطوط انتقال، بهبود پایداری گذرا، کاهش تراکم ایجاد شده در شبکه و باعث بهتر شدن همین توابع در حالت وقوع پیشامد میگردند.
حال این پیشامد میتواند خطای اتصال کوتاه در شین و یا کاهش و افزایش ناگهانی بار باشد که باعث ناپایداری سیستم میگردد. باید برای این موارد تدابیری اندیشید که در صورت بروز حوادثی این چنینی باعث خاموشی و ناپایداری سیستم قدرت نشود و سیستم با سرعت هرچه بیشتر به حالت عادی عملکرد باز گردد. ادوات FACTS میتوانند از بهترین راهکارهایی باشند که باعث افزایش امنیت شبکه در حالت عادی و در حالتی که نقص و مشکلی در سیستم پیش آمده است گردند. پایداری دینامیکی و جلوگیری از اغتشاشات ناگهانی که بعضا باعث مشکلاتی میشوند نیز از مواردی است که تاثیر ادوات متفاوت FACTS بر آنان باید بررسی گردد.
.3 پایداری سیستم قدرت
پایداری از مهم ترین مشخصه ها و ملزومات در سیستم های دینامیکی است. پایداری تعاریف مختلفی دارد ؛ پایداری به مفهوم لیاپانف و پایداری بر مبنای ورودی خروجی از جمله ی آنها هستند. تئوری پایداری لیاپانف بر مبنای تعریف یک تابع اسکالر در فضای حالت سیستم دینامیکی است [7] اما در تعریف پایداری بر مبنای ورودی خروجی گفته می شود: سیستمی پایدار است که ، به ازای هر ورودی محدود، خروجی محدود نتیجه بدهد . به عبارت دیگر سیستم BIBO باشد. این تعریف کاملا تئوریک است بدین معنی که چنانکهخروجی یک سیستم به ازای هر ورودی محدود - مثلا تابع پله - در هیچ لحظه ای بی نهایت نشود سیستم پایدار است.به طور کلی برای افزایش پایداری ولتاژ، از ترانسفورماتورهای مجهز به تپ چنجرهای زیر بار، روشهای حذف بار ، تولید توان راکتیو و جبران سازی توان راکتیو استفاده میشود. مهمترین گزینههای پیشنهادی برای جبران سازی عبارتنداز: تولید مستقیم توان راکتیو توسط ژنراتورها، نصب بانکهای خازنی ثابت، نصب بانکهای خازنی سوئیچ شونده، نصب SVC و .STATCOM
. 1-3 پایداری دینامیکی
در بررسی پایداری مانا و دینامیکی به دلیل اینکه دامنه ی اغتشاش کوچک است از مدل خطی استفاده می شود. بررسی پایداری این مدل ، کاملا شبیه هر سیستم خطی دیگر است. یک سیستم خطی در فضای حالت در صورتی پایدار است که تمام مقادیر ویژه سیستم قسمت حقیقی منفی داشته باشد.به عنوان مثال، چنانچه در یکی از ظروفی که با یکدیگر ارتباط دارند ، مقدار قابل توجهی آب ریخته شود - به سیستم اغتشاش وارد شود - ، تمام سطوح آب در تمام ظروف، مغشوش و دارای نوسان می شوند تا پس از مدتی در یک سطح جدید آرام بگیرند. همچنین اگر روی یکی از این جرم هایی که با فنر به هم متصلند وزنهای گذاشته شود، تمام جرم ها نوسان می کنند و پس از مدتی در یک حالت جدید آرام می گیرند. سیستم های قدرت نیز چنین هستند. اگر به یک سیستم قدرت چند ماشینه اغتشاش وارد شود ، فرکانس، زاویه بار و ولتاژ تمام واحد ها دستخوش نوساناتی میشوند.
در بررسی اینگونه نوسانات در درجه ی اول باید دانست که این نوسانات میرا می شوند یا خیر؟ به عبارت دیگر آیا سیستم پایدار است یا خیر ؟ چنانچه سیستم پایدار باشد، این نوسانات معمولا در عرض چند ثانیه از بین می روند و سیستم در شرایطی جدید آرام میگیرد . این نوسانات در سیستم های قدرت به نوسانات فرکانس پایین معروف شده اند.پایداری سیستمهای قدرت، به معنای توانایی یک سیستم قدرت - با بسیاری از متغیرهای کراندار سیستمی - برای بازگشت به حالت تعادل بعد از یک اختلال فیزیکی میباشد. سیستم قدرت یک سیستم بسیار غیرخطی است که متغیرهای آن همواره در حال تغییر است بارها، خروجی ژنراتورها و پارامترهای عملیاتی به طور مداوم در حال تغییرهستند. به همین دلیل هنگامی که سیستم در معرض اختلال قرار میگیرد، پایداری سیستم را علاوه بر ماهیت اختلال باید به متغیرهای سیستم نیز وابسته دانست.
پایداری ولتاژ و پایداری گذرا نیز از زیر مجموعههای پایداری سیستمهای قدرت میباشند. نصب ادوات FACTS در سیستمهای قدرت باعث بهبود پایداری ولتاژ خواهد بود. این ادوات، با توجه به اینکه بر روی کدامیک از پارامترهای منفی شبکه تأثیر گذاشته و آن را دفع کنند، دارای ساختارها و مدلهای مختلفی هستند لذا به منظور دستیابی به یک درک مناسب نسبت به تأثیر هر یک از ادوات - FACTS سری، موازی و یا سری موازی - ، بایستی با یک تحلیل مقایسهای در مورد هر یک از این ادوات در سناریوهای مختلف، متوجه شد که هر یک از این ادواتدقیقاَ در کدام حوزه و یا بر روی کدام یک از فاکتورهای منفی شبکه تأثیر جبرانسازی ویژه و قویتری را دارد. به این دلیل بدست آوردن چنین استدلال و درکی، بر روی عملی و اجرایی نمودن طرحهای این حوزه بسیار مفید و تأثیر گذار خواهد بود. بنابراین پایداری دینامیکی سیستمهای قدرت در این مقاله مورد بررسی قرار گیرد.
