بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفت سریع سیستمهاي مخابراتی در جهان و ابداع روش اندازه گیري فازوري سنکرون به کمک PMU ها و با استفاده از سیگنال همزمانی GPS، تحول عظیمی در پایش و کنترل شبکههاي گسترده و بههم پیوسته قدرت ایجاد کرده است. رشد این تکنولوژي هنوز هم با شتاب قابل ملاحظهاي ادامه دارد، بطوریکه در آینده نزدیک سیستم سریع کنترل هماهنگ شبکه که قادر به محدود سازي دامنه اغتشاشات وارده و ممانعت از بروز ناپایداريها است، بطور قطع جایگزین روشهاي معمول و کم اثر کنترل محلی و امکانات محدود سیستمهاي فعلی SCADA/EMS براي ایجاد سیستمهاي فراگیر کنترل زمان واقعی وهمچنین کنترلهاي کندتري نظیر کنترل ثانویه ولتاژ در شبکه هاي قدرت خواهد شد. در این مقاله، ضمن تشریح ساختار سیستمهاي پایش و کنترل فراگیر، بر ضرورت توجه هر چه سریعتر مسئولین، برنامهریزان و محققین به ایجاد چنین زیرساختی در صنعت برق کشورمان پرداخته شده است.
-1 مقدمه
ساختار طبیعی سیستم بهمپیوسته قدرت به گونهایست که منابع تأمین توان و مراکز بار معمولاً کیلومترها از یکدیگر فاصله دارند و سیستم قدرت در حد فاصل نیروگاهها و مراکز بزرگ بار در یک پهنه وسیع جغرافیایی که شامل یک منطقه بزرگ، یک کشور و گاهی چندین کشور همجوار است، گسترش یافته است. این گستردگی عظیم دسترسی یکجا و بهلحظه به اطلاعات کل شبکه در مراکز پایش و کنترل را با دشواري مواجه می سازد. از سوي دیگر طبیعت به هم پیوسته شبکه منجر به آن می شود که در بسیاري از مواقع وقوع یک حادثه در بخشی از شبکه به سرعت بر عملکرد سیستم و درجه امنیت آن حتی در مناطق بسیار دوردست نسبت به محل اولیه خطا تأثیر بگذارد.
لذا در شرایطی که دسترسی به اطلاعات شبکه دوردست بخاطر بعد مسافت با مشکل روبروست، لزوم دسترسی به این اطلاعات جهت آنالیز نحوه این تاثیرات و کنترل آن، یک ضرورت اجتناب ناپذیر می نماید. این موضوع سالیان طولانی یکی از معضلات فراروي محققین بوده که رویکردي نو در سیستمهاي کنترل و دیسپاچینگ شبکه قدرت ایران با استفاده از امکانات پایش و کنترل فراگیر - - WACS راههاي گوناگون و معمولاً ناکارآمدي را براي پاسخگویی به آن جستجو می کردند. با روند روزافزون رشد بار بخصوص در کشورهاي توسعه یافته، مستمراً بر تراکم، پیوستگی و پیچیدگی شبکه قدرت افزوده می شود. از سوي دیگر با حرکت عمومی مدیریت شبکههاي قدرت به سمت خصوصیسازي و طرح مسئله بازار برق، این دو عامل مهم، افزایش سطح بارگذاري و متعاقباً کاهش حاشیه امنیتی پایداري در شبکه ها را به همراه داشتهاند.
شکل گیري افکار عمومی به سمت حمایت بیشتر از محیط زیست و مقاومت جوامع در برابر احداث نیروگاههاي جدید و تخصیص حریم جهت نصب خطوط جدید نیز مشکلات دیگري است که فراروي آینده مدیریت شبکههاي قدرت قرار گرفته و مسئولین را به سمت افزایش سطح بارگذاري شبکه هاي موجود در نزدیکی مرزهاي پایداري هدایت می کند. کاهش حاشیه پایداري به معناي افزایش احتمال وقوع پیشامدهاي منجر به بروز خاموشی هاي گسترده در شبکه است. این موضوع با مطالعه روند رشد خاموشیهاي فراگیر در دهههاي گذشته بهروشنی دیده میشود. در این زمینه بررسیهاي آماري نشانگر آن است که:
- سه خاموشی از بزرگترین خاموشیهایی که تاکنون در دنیا به وقوع پیوسته مربوط به دهه اخیر بوده است.
- تعداد خاموشیهاي بزرگتر از 1000 مگاوات، در هر ده سال دو برابر میشود.
- ضرر و زیان اقتصادي ناشی از خاموشیهاي فراگیر در سطح دنیا سالانه چندین میلیارد دلار برآورد میشود. با توجه به اینکه عوامل شروع کننده اغتشاش نظیر حوادث طبیعی، شرایط نامساعد جوي، خطاهاي انسانی و خرابی تجهیزات همیشه وجود دارند، رشد تعداد خاموشیهاي فراگیر، به معناي مستعد شدن شبکه با ویژگیها ي شرح دادهشده فوق، براي وقوع حوادث پی در پی - - cascading، بروز انواع ناپایداريها ونوسانات بین ناحیهاي است که میتواند در مدت کوتاهی از محل وقوع خطاي اولیه به کل سیستم سرایت کرده و مناطق دور را تحت تأثیر قرار دهد.
این موضوع به روشنی ضعف روشهاي تشخیص خطاي مبتنی بر اطلاعات محلی در تشخیص اغتشاشات و ناپایداريهاي گسترش یابنده را نشان میدهد. از سوي دیگر کنترل این نوع اغتشاشات و ناپایداريها با استفاده از کنترلرهاي محلی، از آنجائی که بر مبناي عملیات بهینه سازي محلی و بدون هماهنگی با سایر تجهیزات کنترلی در بخشهاي دیگر شبکه انجام میگیرد، معمولاً ناموفق و ناکارآمد خواهد بود. لذا ضرورت وجود یک سیستم پایش و کنترل فراگیر - 1 - WACS در شبکه قدرت بروشنی مشاهده میشود. بطور کلی یک سیستم پایش و کنترل فراگیر امتیازات زیر را در شبکه قدرت فراهم میکند:
• افزایش ظرفیت خطوط انتقال
• افزایش پایداري سیستم هاي قدرت
• ترکیب هر دوي موارد فوق
البته منظور از افزایش ظرفیت آن نیست که با بکارگیري این روشها، ظرفیت مجاز فیزیکی خطوط افزایش مییابد بلکه مراد ایجاد این امکان است که با قابلیت اطمینان بیشتر بتوان از ظرفیت خطوط تا نزدیکی مرزهاي پایداري استفاده کرد ودر همین حال با تمهیدات مناسبی که پایش و کنترل فراگیر ایجاد می کند از افزایش ریسک فروپاشی ممانعت بعمل آورد. افزایش پایداري سیستمهاي قدرت نیز که تا حدود زیادي با مفهوم فوق متناظر است به معناي آن است که در محیط پایش و کنترل شونده بوسیله - WAMS - 2با وقوع اغتشاشات مختلف میتوان شرایط بحرانی را به سرعت - و به صورت سریع تر از زمان واقعی - تشخیص داده و اقدامات اصلاحی متناسبی را براي جلوگیري از وقوع ناپایداري ها انجام داد.
در بخشهاي بعدي این مقاله مقایسهاي بین امکانات و مزایاي استفاده از سیستم پایش و کنترل فراگیر با سیستمهاي موجود با امکانات SCADA/EMS صورت گرفته است.در این مقاله ابتدا مفهوم سیستم پایش فراگیر - - WAMS تاریخچه WAMS مشتمل بر رویکردي نو در سیستمهاي کنترل و دیسپاچینگ شبکه قدرت ایران با استفاده از امکانات پایش و کنترل فراگیر - - WACS شکلگیري این سیستمها - با تکیه بر ابداع عنصر کلیدي آن یعنی 1 PMU هاي سنکرونشده - و همچنین تعریف سیستم کنترل فراگیر و مزایاي آن بیان خواهد شد. سپس بطور خاص کاربرد این سیستمها در کنترل شرایط اضطراري و پیشگیري از وقوع انواع خاموشی ها در شبکه با تکیه برنسل جدید 2SPSها شرح داده خواهد شد.
-2 سیستم اندازه گیري فراگیر WAMS
ایده اصلی سیستمهاي WAMS، ایجاد امکان آنالیز متمرکز دادههایی است که از نقاط مختلف سیستم قدرت به صورت همزمان و همگام شده با یکدیگر، جمعآوري میشوند. هدف از تحلیل این دادهها، ارزیابی شرایط بهرهبرداري واقعی سیستم در هر لحظه و مقایسه پارامترهاي شبکه - مقادیر ولتاژ، جریان و زوایاي آنها، دما، توان اکتیو و راکتیو - با حدود استاندارد یا از پیش تعیینشده میباشد. همچنین به کمک الگوریتمهاي معینی حاشیه امنیتی پایداري یا فاصله سیستم از مرز پایداري تعیین میگردد. شکل شماره - 1 - ساختار سیستم WAMS را نشان میدهد. بطور کلی هر سیستم فرایندهاي زیر می باشد:
• اندازه گیري و جمع آوري دادهها
• تبادل و تحویل دادهها
• تجزیه و تحلیل دادهها
به همین دلیل این سیستم بایستی داراي اجزاي زیر باشد:
• واحدهاي اندازهگیري فازوري - : - PMU که بایستی در نقاط کلیدي و مناسبی از شبکه نصب شده باشند.
• سیستم سنکرون کننده: که رکن اساسی داشتن تصویر همزمان از متغیر ها، اثر رخدادها و بطور کلی از حالت سیستم است و بایستی با فرکانس مناسبPMU ها را وادار به برداشت و ارسال اطلاعات نماید.
• سیستم مخابراتی انتقال داده ها: که بایستی از سرعت، قابلیت اطمینان و امنیت مناسب براي انتقال داده ها برخوردار باشد.
• مرکز جمعآوري و تجزیه و تحلیل دادهها: که بایستی مجهز به نرم افزارهاي مناسب براي آنالیز داده ها باشد. PMU ها بهعنوان رکن اصلی سیستم هاي پایش فراگیر، اساساً تجهیزات 3RTU معمولی هستند که با سیگنال سنکرون کننده4GPS مجهز شدهاند تا همزمانی در انجام اندازه گیريها را فراهم آورند.PMU ها همچنین قادرند بر روي دادههاي اندازهگیري شده، پروسس اولیهاي هم داشته باشند - نظیر تبدیل فوریه سریع و... - و نتایج این آنالیز را به صورت دادههاي آماده براي مرکز کنترل ارسال نمایند. این روش منجر به کاهش بار محاسباتی در مرکز کنترل و سرعت بخشیدن به عملیات متعاقب آن میگردد.
-3 تاریخچه کاربرد PMU ها
اندازهگیرهاي فازوري سنکرون شده - PMU - ها، براي اولین بار در اوایل دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفتند. ایده اولیه ساخت PMU ها براي اولین بار در دانشگاه صنعتی ویرجینیا شکل گرفت. البته توجه به این نکته ضروري است که توسعه PMU ها به مرور زمان و در طی سالیان متمادي انجام شد. مراحل این توسعه عبارت بودند از:
• ابداع روش اندازهگیري المانهاي متقارن
• ایجاد سیستم سنکرونیزم در clock نمونه برداري
