بخشی از مقاله
چکیده
کاهش تلفات در شبکه هاي توزیع که بیشترین سهم تلفات رادر یک سیستم قدرت به خود اختصاص میدهند همواره مورد توجه بوده است. بکارگیري خازن هاي موازي از متداولترین راههاي کاهش تلفات و جبران توان راکتیو میباشد. مسئله اصلی در جبران توان راکتیو، تعیین مقدار مورد نیاز خازن ومکان مناسب نصب خازنها در شبکه است. با افزایش بارهاي غیر خطی در شبکه هاي توزیع، مسائل کیفیت توان از اهمیت روز افزونی برخوردار شده اند و در نظر گرفتن این مسائل در خازن گذاري بسیار مهم است.
در این تحقیق خازن گذاري بهینه در شبکه توزیع با در نظر گرفتن مسائل کیفیت توان توسط الگوریتم ژنتیک مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است و علاوه بر کاهش تلفات در شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ،مسئله رزونانس که بدلیل خازن گذاري در شبکه ها اتفاق میافتد مد نظر قرار گرفته و با روش ارائه شده، این مشکل بر طرف شده است. در پایان، نتایج حاصل از بررسی انجام شده، توسط برنامه اي که در نرم افزار MATLAB نوشته شده است، بر روي یک شبکه توزیع شعاعی 9 باسه، اجرا شده و نتایج دو حالت خازن گذاري بدون در نظر گرفتن کیفیت توان وبا در نظر گرفتن کیفیت توان با یکدیگر مقایسه گردیده اند ونتایج نشان داد که در خازن گذاري با ید مسئله کیفیت توان مد نظر باشد.
واژههاي کلیدي: خازن گذاري، شبکه توزیع، کیفیت توان، توان راکتیو
- 1 مقدمه
میزان تلفات در هر یک از بخشهاي سیستم قدرت متفاوت میباشد. به طور مثال بدلیل پایین بودن سطح ولتاژ و بالا بودن جریان در بخش توزیع، عمده تلفات یک سیستم قدرت مربوط به این بخش میباشد. مساله خازن گذاري در شبکه هاي توزیع از دیر باز مورد توجه بوده است و با نصب خازن در پستهاي انتخاب شده، تلفات به میزان قابل توجهی کاهش یافته و صرفه جویی قابل ملاحظه اي به همراه خواهد داشت.از طرف دیگر، کیفیت توان موضوعی است که بطور روزافزون، براي مصرف کنندگان برق در تمام سطوح و کاربرد،اهمیت پیدا کرده است. تجهیزات حساس و بارهاي غیر خطی، اکنون بطور وسیعی در محیط هاي صنعتی و خانگیمورد استفاده قرار میگیرند.
در نتیجه، اتفاقات موثر بر کیفیت توان براي شرکتهاي برق منطقه اي و مصرف کنندگان برق یک مشکل عمده تلقی میشوند.بنابراین موضوع خازن گذاري با در نظر گرفتن مسائل کیفیت توان، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت و نهایتاً مشخص گردید که در بحث خازن گذاري علاوه بر کاهش تلفات در شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ، مسائل مربوط به کیفیت توان که از جمله آن مسئله رزونانس می باشد و بدلیل خازن گذاري در شبکه ها اتفاق می افتد باید رعایت گردد و مورد توجه باشد. در هنگام جایابی بهینه خازن در سیستم توزیع باید جریانهاي هارمونیکی ایجاد شده در شبکه، مد نظر واقع گردند چرا که بدون منظور نمودن اعوجاج حاصل از این جریانها، جایابی خازن به صورت بهینه صورت نخواهد گرفت.
اگرجایابی و اندازه خازن به صورت مناسب انتخاب نگردندمولفه هاي هارمونیکی ولتاژ جریان در یک یا چند فرکانس ممکن است تشدید گردیده و حالت رزونانس ایجاد شود واین خود می تواند باعث شوکهاي بزرگ و خطرناك بر روي شکل موج اصلی گردد که این شوکها علاوه بر آسیب رساندن به عایق تجهیزات مصرفی و معیوب نمودن وسائل، باعث تداخل در سیستم مخابراتی نیز می شود.در این تحقیق سعی شده که روشی عملی و اجرایی براي خازن گذاري درشبکه هاي متعادل فشار متوسط ارائه گردد. ازطرفی تابع هزینه خازن گذاري به صورت کامل و با دخالت دادن پارامترهاي مختلف اقتصادي لحاظ گردیده است و بدلیل وجود بارهاي غیر خطی، مساله خازن گذاري با توجه به مسائل کیفیت توان علی الخصوص مساله رزونانس موردبررسی قرار گرفته است.
از آنجائیکه الگوریتم ژنتیک یکی از قدرتمندترین الگوریتم هاي جستجو است، روش بهینه سازي در این تحقیق الگوریتم ژنتیک در نظر گرفته شده است که با اعمال برخی روش هاي ابتکاري در نمایش کروموزومها، سعی شده سرعت همگرایی الگوریتم ژنتیک بهبود یابد. در شبکه هاي توزیع جایابی خازن هاي ثابت با در نظر گرفتن قیودي همچون قید حدود ولتاژ، قید حداکثر جریان هادیها و قید حداکثر جبران در شبکه انجام شده است.
- 2 اثر بانکهاي خازنی در ایجاد اغتشاشات کیفیت توان
قسمت قابل توجهی از تلفات توان سیستم در سطح شبکه هاي توزیع به وقوع میپیوندد. مقدار زیادي از این تلفات رامیتوان با انتخاب مناسب خازنهاي موازي در طرف اولیه فیدرها و از طریق تصحیح ضریب توان حذف نمود. غالباً روشهاي ارائه شده براي جایابی بهینه خازنهاي موازي فقط براي فرکانس اصلی مناسب میباشند و تاثیر هارمونیکها را برسیستم پیش بینی نمی کنند. بارهاي غیر خطی اغلب جریان هارمونیکی زیادي را تولید نموده و میتوانند سطوح اعوجاج ولتاژ غیرقابل قبولی را در شبکه توزیع صنعتی و سیستم برقرسانی ایجاد نماید. ترکیب خازنها و امپدانس سطح اتصال کوتاه سیستم با هم رزونانس ایجاد کرده و میتواند سطوح هارمونیکی را به بالاتر از حد قابل قبول افزایش دهد.[1]
دلایلی که عمدتاً براي انجام چنین مطالعه اي مد نظر است،تخمین انحراف ولتاژ و دامنه هاي هارمونیکی جریان و همچنین تداخل آن با مدارهاي مخابراتی است. تکنیکهایی که به طور معمول براي جلوگیري از مسائل فوق بکار میروند، فیلتر کردن یا ایجاد کردن محدودیتهایی در سوئیچینگ بانکهاي خازنی است. هنگامی که یک منبع بزرگ تولیدهارمونیک - مثلاً بار غیرخطی - به یک فیدر اضافه میشودمطالعات هارمونیک براي تعیین انحرافات ولتاژ و پیک هاي ولتاژ در حالت رزونانس، انجام میگیرد. ولتاژهاي حالت گذرا به صورت اغتشاش بر روي دیگر مصرف کننده هاي شبکه نیز اثر میگذارند.
در این حالات باید دامنه هارمونیکها و مسیرآنها مشخص گردد. این جریانها همچنین ممکن است، باعث اغتشاشات ولتاژ شده و تلفات فیدر را افزایش دهند. بنابراین دیده میشود که اگر جایابی و اندازه خازن به صورت مناسب انتخاب نگردند مولفه هاي هارمونیکی ولتاژ جریان در یک یا چند فرکانس ممکن است تشدید گردیده و حالت رزونانس ایجادشود و این خود میتواند باعث شوکهاي بزرگ وخطرناك بر روي موج اصلی گردد. بدیهی است که با جایابی و اندازه مناسب خازن در سیستم توزیع میتوان فرکانس نوسانات را به مقادیر دیگري شیفت داد. اما در این حالت ممکن است که جایابی و اندازه بهینه اي که قبلاً طراحی شده بود براي خازنها حاصل نگردد.
براي جایابی بهینه در شبکه هاي توزیع با در نظر گرفتن بار غیرخطی میتوان در ابتدا طی یک انتخاب، مدل مناسب و درنظر گرفتن برخی فرضیات ساده با وجود بارهاي غیرخطی وجریانهاي هارمونیکی در شبکه جایابی و اندازه بهینه خازن راانجام داد و سپس یک روش مناسب براي محاسبه جریانهاي هارمونیکی تزریق شده و مولفه هاي هارمونیکی ولتاژ حاصله در طول تغییرات مشخصه خازن بدست آورد. در تابع هدف،میتوان صرفه جوئی اقتصادي در انرژي و کاهش تلفات توان و هزینه خود خازنها را دید. همچنین قیود را بر مقدار موثر،ماکزیمم و کل اعوجاج حاصل از هارمونیک - THD - روي ولتاژ باسها اعمال کرد. مدل بارهاي غیر خطی متصل به هر باس را میتوان به صورت یک منبع جریان تزریق شونده به باس و مدل بارهاي خطی به صورت یک مقاومت موازي با یک سلف در نظر گرفت.
به این ترتیب میتوان تحلیل هارمونیکی مجزایی براي سیستم هایی که تنها شامل بارهاي غیرخطی میباشند انجام داد.همانطور که میدانید امپدانس سلف به صورت مستقیم و امپدانس خازن به صورت معکوس با فرکانس رابطه دارد.[2]که C در اینجا ظرفیت خازن میباشد. خازنهاي قدرت عمدتاًبر حسب کیلووار و مگاوار در ولتاژ داده شده اندازه گیري میشوند. بنابراین راکتانس خازنی داده شده در فرکانس و ولتاژ داده شده به صورت زیر میباشد:
تمام مدارهایی که شامل سلف و خازن میباشند داراي یک یاچند فرکانس تشدید میباشند. اگر یکی از این فرکانسها بافرکانس منبع سیستم قدرت یکی شود تشدید اتفاق میافتد ومقادیر ولتاژ و جریان در آن فرکانس به شدت افزایش مییابند. این مساله یکی از مشکلات اعوجاج هارمونیکی در سیستم قدرت میباشد. از دید منبع جریان هارمونیکی، خازن قدرت به صورت موازي با اندوکتانس سیستم وترانسفورماتور قرار میگیرد. چون که در سیستم قدرت، منبعتوان به صورت منبع ولتاژ درنظر گرفته میشود در هارمونیکهاي مختلف این منبع ولتاژ به صورت اتصال کوتاه در نظر گرفته میشود.
رزونانس موقعی اتفاق میافتد که راکتانس Xc و امپدانس خطوط و ترانسفورماتور همدیگر را حذف میکنند. فرکانسی که در آن این پدیده اتفاق میافتد فرکانس تشدید موازي خوانده میشود و به صورت زیر بیان میشود:[3]
