بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله جایابی و تعیین نوع یک محدود کننده جریا ن خطاي ابررسانا به منظور افزایش پایداري گذراي ژنراتورهاي سنکرون شبکه با در نظر گیري هماهنگی ادوات حفاظتی مورد بررسی قرار گرفته است. براي این منظور از مطالعات استاتیک و دینامیک شبکه قدرت استفاده شده است. در مطالعات قبلی چندین محدود کننده براي کاهش جریان اتصال کوتاه با در نظر گیري تابع هدفی شامل تعداد محدود کننده و مقدار آن در شبکه قدرت جایابی شدهاند و در اکثر این مطالعات هماهنگی رله هاي حفاظتی در نظر گرفته نشده است. در این مقاله سعی بر این است که الگوریتمهایی به منظور جایابی و تعیین نوع یک محدود کننده ابررسانا در شبکه قدرت با توجه به عملکرد و هماهنگی رلههاي دیستانس در زمان خطا ارائه گردد. براي ارزیابیالگوریتمهاي پیشنهادي، از شبیه سازیهاي گوناگون بر روي شبکه آزمون چهار ماشینه IEEE در محیط نرم افزار Digsilent استفاده شده و مشخص شده است که محدودکننده منتخب باع ث افزایش پایداري گذرا، افزایش کیفیت توان و کاهش جریان خطا میشود. به علاوه این محدودکننده کمترین اثر را بر رلههاي حفاظتی شبکه دارد به گونهاي که فقط بر رلههاي خطی که در آن نصب شده است تأثیر قابل توجهی میگذارد که در این مورد نیز راه کار مناسب پیشنهاد شده است.
واژههاي کلیدي: محدود کننده هاي جریان خطاي ابررسانا، جا یابی بهینه، تعیین نوع بهینه، پایداري
-1 مقدمه
از اوایل دهه هفتاد میلادي مطالعات کاهش سطح اتصال کوتاه شبکه قدرت به عنوان یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در جهان آغاز شده و محققین تلاش خود را متوجه روشها وتجهیزاتی کردهاند که بتوانند دامنه جریان خطا را در حد قابل قبولی محدود نمایند.[1] انواع مختلفی از محدودکنندههاي جریان خطا تا به حال براي شبکههاي توزیع و انتقال معرفی شدهاند. از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، داراي بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکلهاي اولیه ناشی میشود باید محدودکنندههاي جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرارگیرند.
در میان سایر محدودکنندههاي جریان خطا، محدودکنندههاي ابررسانا در شرایط بهره برداري عادي شبکه یک سیم پیچ با خاصیت ابررسانایی بوده - مقاومت و افت ولتاژ کمی را باعث می شوند - ولی به محض وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از یک حد معینی که جریان بحرانی نامیده می شود، سیم پیچ مربوط مقاومت بالایی از خود نشان می دهد و به همین دلیل جریان خطا کاهش مییابد. عمل فوق در زمان کوتاهی انجام میپذیرد و نیاز به سیستم کشف خطا نمیباشد. در این نوع محدودکننده سه وظیفه عمده محدودکنندههاي جریان یعنی تشخیص خطا، منحرف کردن جریان خطا و محدودسازي آن توسط سیم پیچ ابررسانا صورت میگیرد.[2]
محدود کننده ابررسانا می تواند علاوه بر محدود سازي جریان خطا به منظور افزایش پایداري دینامیکی شبکه نیز استفاده گردد.[3] علاوه بر این استفاده از محدود کنندههاي جریان خطاي نوع ابررسانا باعث کاهش خسارات ناشی از اتصال کوتاه در شبکه، کاهش هزینه کلیدهاي قدرت و فیوزها، تعویق سرمایه گذاري براي توسعه شبکه، افزایش قابلیت اطمینان در شبکه و افزایش کیفیت توان و کاهش تلفات در شبکه قدرت میگردد.[4]با توجه به مواردي که تاکنون ذکر گردید استفاده از محدودکنندههاي جریان خطاي ابررسانا امري ایده آل به نظر میرسد. اما باید دانست نصب این وسیله در شبکه قدرت با ملاحظاتی به شرح زیر همراه است.مکان بهینه براي نصب محدود کننده.
نوع بهینه محدود کننده که در زمان وقوع خطا به صورت سري در شبکه قرار میگیرد.مشکل بالقوه هماهنگی با ت جهیزات حفاظتی که در اثر قرارگیري محدود کننده در شبکه ممکن است به وجود بیاید.در واقع براي استفاده حداکثري از قابلیتهاي یک محدودکننده جریان خطاي ابررسانا نیاز است که بر اساس مطالعات شبکه بهترین مکان و نوع براي آن انتخاب گردد. همچنین با توجه به این که هم محدودکننده و هم سیستم حفاظتی در هنگام بروز خطا در شبکه فعال می شوند ممکن است در عملکرد یکدیگر ایجاد اختلال نمایند. بنابراین نیاز است که در هنگام انتخاب و نصب محدودکننده ابررسانا عملکرد رلهها و هماهنگی آنها نیز مورد بررسی قرار گیرد.[5]در مرجع [6] مکان و تعداد بهینه ابررساناي نوع راکتانسی در یک شبکه بهم پیوسته بدون در نظر گرفتن رلههاي حفاظتی مورد بررسی قرار گرفته است.
قرار دادن چندین محدود کننده در نقاط مختلف شبکه می تواند عملکرد رلههاي حفاظتی را دچار مشکلات جدي در هنگام بروز خطا نماید. در مرجع [7] نیز یک محدود کننده مقاومتی بدون در نظر گرفتن هماهنگی ادوات حفاظتی جایابی شده است. دلیل انتخاب نوع محدود کننده نیز در هیچ یک از مطالعات قبلی به طور صریح بیان نشده است. در این مقاله هدف آن است که یک محدود کننده جریان خطا در شبکه قدرت طوري جایابی گردد که باع ث افزایش پایداري گذرا و در عین حال کاهش سطح اتصال کوتاه گردد. در این بین زمان عملکرد رله هاي حفاظتی و گذراهاي به وجود آمده در اثر این عملکرد در انتخاب مکان بهینه محدود کننده در نظر گرفته شده است. همچنین دو نوع از پرکاربرد ترین محدود کنندههاي ابررسانا یعنی مقاومتی و امپدانسی در نظر گرفته شدهاند و بین آن دو محدود کننده اي که به مقدار بیشتري در کاهش جریان اتصال کوتاه و افزایش پایداري موثر است انتخاب گردیده است.
-2 عملکرد محدود کننده هاي ابررسانا و مدل سازي ریاضی آنها
شکل - 1 - جریان اتصال کوتاه شبکه را در اثر عملکرد یک محدود کننده ابررسانا نشان میدهد. مطابق این شکل عملکرد هر محدودکننده ابررسانا شامل سه مرحله عادي، شرایط خطا و بازیابی میگردد. یعنی با وقوع اتصال کوتاه و افزایش جریان از مقدار بحرانی محدود کننده وارد مدار شده و پس از عملکرد و کاهش جریان خطا از مدار خارج میگردد.براي آگاهی بیشتر از عمکرد و رفتار محدود کنندههاي ابررسانا یک محدود کننده نوع مقاومتی را در نظر میگیریم. رابطه - 1 - رفتار این محدود کننده را در حالتهاي مختلف بیان میکند.شکل - 2 - نیز مراحل از بین رفتن و بازیابی خاصیت ابر رسانایی را در این محدود کننده نشان می دهد.
در این شکل قسمت هاي 1 ، 4 و 5 مشخصه رفتار ابر رسانا را در شرایط نرمال - بدون خطا - نشان می دهند در حالیکه قسمت هاي 2 و 3 ، رفتار ابر رسانا را درشرایط خطا نشان میدهند. قسمت 2 رفتار محدود کننده را هنگامی که خطا در شبکه رخ داده و جریان خطا از حد بحرانی بیشتر شود نشان میدهد. در این حالت خاصیت ابررسانایی محدودکننده از بین رفته و مقاومت بالایی در مقابل جریان خطا از خود نشان میدهد. زمان حذف حالت ابر رسانایی با ضریب مشخص میگردد. در قسمت 3 نمودار، محدود کننده جریان خطا رامحدود می کند. RLimit براساس بیشترین مقدار جریان خطا در شبکه تعیین می شود. مشخصه بازگشت محدود کننده به حالت ابر رسانایی در قسمت 4 نشان داده شده است. زمان بازیابی مجدد حالت ابر رسانایی با ضریب مشخص می شود.[8]
-3 رلههاي دیستانس و عملکرد آن ها در حضور عنصر محدود کننده ابررسانا
رله هاي دیستانس به عنوان حفاظت اصلی در شبکه هاي انتقال به کار میروند. ایده اساسی در حفاظت دیستانس، اندازه گیري امپدانس از محل نصب رله تا محل وقوع اتصالی میباشد. ظاهر شدن مقاومت و یا راکتانس به دلیل انتقال محدودکننده از حالت ابررسانا به حالت معمولی، موجب تغییر امپدانس دیده شده توسط رله دیستانس میشود که به صورت اساسی پاسخ رله دیستانس مهو را تحت تأثیر قرار میدهد. رابطه - 2 - مشخصه رله مهو را توصیف میکند که در آن Z M برد رله و حداکثر زاویه مشخصه میباشند.در زمان عملکرد محدود کننده مقاومتی، همانطور که در شکل - 3 - نشان داده شده است، امپدانس دیده شده توسط رله در جهت R افزایش مییابد.
