بخشی از مقاله
چکیده —
در این مقاله روش جدیدي براي قطع بار در شرایط ناپایداري بلند مدت ولتاژ در نظر گرفته شده است. در این روش از تعدادي از کنترلرها که در سطح شبکه توزیع شده، هر کدام ولتاژ ناحیهي مربوط به خود را بررسی کرده و تعدادي از بارها را در نظر گرفته اند و به صورت یک سلسله مراتب حلقهاي و تکرار شونده عمل میکنند، استفاده شده است. تمام کنترلرهاي موجود در شبکه بدون مبادله اطلاعات به صورت مستقیم و تنها با استفاده از ولتاژ ناحیه تحت حفاظت خود با یکدیگر تعاملو هماهنگی می کنند.
واژههاي کلیدي —کنترل توزیع شده، روشهاي خاص حفاظت سیستم - SPS - ، قطع بار تحت تاثیر افت ولتاژ ، پایداري ولتاژ
.1 مقدمه
قطع بار در حالت کلییکی از مقرون و به صرفهترین روشهاي مقابله با ناپایداري بلندمدت ولتاژ در شبکه تحت تاثیر اغتشاشات بزرگ میباشد.[1] همواره در مسئلهي قطع بار، محل قطع، مقدار بار قطع شده و مدت زمان تاخیر براي قطع بار سه پارامتر بحث برانگیز و قابل تامل بودهاند.[2] بهترین مکان قطع بار و میزان بار قطع شده به طور معنی داري از یک موقعیت پس از اغتشاش به موقعیت بعدي متفاوت خواهد بود. به هر حال تا کنون تصمیم قاطعی براي عملکرد در شرایط حساس در این موضوع گرفته نشده است. از طرفی قابل اطمینان کردن شبکهاي با شرایط قطع بهترین بار در بهترین مکان ممکن، امري پیچیده خواهد شد. مسئله محل دقیق قطع بار را میتوان با انتخاب محلی که اغتشاش بیشترین تاثیر را دارد یا به عبارتی ولتاژ بیشترین افت را دارد انتخاب کرده و
از طرفی هر چقدر که میزان بار را کاهش دهیم می توان خسارات وارده بر مشتري ناشی از افت ولتاژ را به حداقل رساند.
در مورد مقدار بار قطع شده نیز می توان از یک فرایند حلقه بسته استفاده کرد، بدین صورت که ابتدا مقداري از بار برداشته میشود و تاثیر این مقدار بار بر ولتاژ محل برداشت و باس هاي کناري سنجیده میشود. در صورتی که نیاز به برداشت بیشتر بود این عمل آنقدر تکرار میشود تا به ولتاژ مطلوب دست یابیم.[3] استراتژي کلی قطع بار تحت تاثیر افت ولتاژ از رابطه زیر پیروي می کند که : اگر V V th آنگاه مقدار P مگاوات بار قطع خواهد شد. بدین معنی که هر گاه ولتاژ اندازه گیري شده - - V کمتر از ولتاژ آستانه قطع - - Vth در مدت زمان باشد در این صورت مقدار P مگاوات از بار قطع خواهد شد. اگرچه رابطه بالا امکان تنظیم مکان اغتشاش و شدت آن را به ما نمیدهد اما با این وجود این مقاله یک پیشنهاد غیرمتمرکز بر این موضوع ارائه خواهد داد.
.2 روش ارائه شده در این مقاله
روش ارائه شده در این مقاله بر پایه تعدادي از کنترلرها استوار است که نواحی مستعد ناپایداري ولتاژ را پوشش میدهند. هر کنترلر تعدادي از بارها را در نظر داشته و پیوسته ولتاژ باس مربوط به ناحیه مذکور - V - را اندازهگیري میکند. تصمیم قطع بار توسط کنترلري که مقدار ولتاژ اندازه گیري شده - - V را در مدت زمان ثانیه کمتر از مقدار ولتاژ آستانه - Vth - گزارش کند گرفته میشود که در این صورت مقدار sh P مگاوات از بار پس از ثانیه تاخیر قطع میشود. این فرایند در یک حلقهي بسته آنقدر ادامه مییابدتا ولتاژ مورد نظر بیشتر از ولتاژ آستانه قطع شود. مقادیر sh P و به دینامیک و تغییرات ولتاژ بستگی دارد که در ادامه تشریح می گردد.
اگر زمانt0را زمانی که ولتاژ اندازهگیري شده کمتر از ولتاژ آستانه میشود در نظر بگیریم در این صورت اولین بلوك بار در زمان t0 قطع میشود که در این مورد رابطه زیر را خواهیم داشت: کهC پارامتري ثابت است که طبق روش گفته شده در قسمت 4 باید تنظیم شود. قانون کنترلی - 1 - یک ویژگی زمانی معکوس این نوع کنترل را بیان میکند بدین صورت که : از آنجایی که میزانC در این رابطه مقدار ثابتی است پس حاصل انتگرال نیز باید مقدار ثابتی باشد که این بدین معنی است که هر چقدر افت ولتاژ اندازهگیري شده کمتر از ولتاژ آستانه باشد یعنی V th Vمقدار بزرگتري داشته باشد در این صورت مدت زمات تاخیر باید کمتر باشد. از طرفی هر قدر این مقدار کمتر باشد - یعنی افت ولتاژ کمتري بر ناحیه تحمیل شود - در این حالت مدت زمان تاخیر می تواند افزایشیابد. مقدار باري که در مدت زمان قطع میشود از رابطه: V th Vبیشتر - باعث قطع مقدار بیشتري از بار میشود. زمانی که قطع بار اتفاق میافتد مقدار روابط - 1 - و - 2 - به حالت صفر تغییر حالت داده میشوند و آماده عملکرد مجدد در صورت برقراري رابطه V V th میگردند . این فرایندباعث تکرار یک حلقه میشود که کنترل کننده را در برابر عدم قطعیت و خطاهاي بار مقاوم میکند. اما براي بررسی رابطه تعاملی کنترلکنندهها داریم:
در صورتی که کنترل کننده باس i عمل کند و مقدار باري را در این باس قطع کند باعث افزایش ولتاژ این باس میشود و این در حالیاست که اینافزایش ولتاژ روي باسهاي مجاور هم تاثیر میگذارد. براي مثال براي بار باس مجاور j نیز افزایش ولتاژ خواهیم داشت و این موضوع باعثمیشود که مقدار Vjدر باس j ام کاهش یافته و در نتیجه قطع بار کمتري در این باس لازم باشد. همانطورکه قبلا نیز بحث شد قطع بار از نقطه اي شروع میشود که بیشترین ناپایداري - افت ولتاژ - را دارد و پایدار سازي این نقطه به نوبه خود بر افزایش ولتاژ سایر نقاط نیز تاثیرگذار خواهد بود به گونهاي که ممکن است قطع بار در نقاط دیگر نیاز نباشد. فراموش نکنید که فرایند فوق و تعامل کنترلکنندهها بدون تبادل اطلاعات و تنها با بررسی ولتاژ نواحی تحت امر خود صورت میگیرد.
.3 یک مثال روشن کننده
استراتژي ارائه شده روي شبکه استاندارد NORDID32 تست شده است. این شبکه مدل شامل 80 باس، 23 ژنراتور و 22 بار است که به صورت جریان ثابت براي توان اکتیو عمل می کنند. دینامیک بلندمدت در این شبکه توسط بار ترانسفورماتورهاي داراي تپچنجر و محدودکننده تحریک اضافی ژنراتورها اعمال میشود. نواحی مستعد به ناپایداري ولتاژ با 5 کنترلکننده در مرکز شبکه در نظر گرفته شدهاند . در این مثال ساده هر کنترلکننده بارهاي سمت توزیع را کنترل کرده و از طرفی ولتاژهاي باسهاي متصل را اندازهگیري میکند. مثال نشان داده شده در ارتباط با قطع دو خط اصلی تغذیه نواحی میباشد. تغییرات ناپایدار ولتاژ در باس هاي 1041و - 1044 که توسط شبیه سازي حالت پایدارگوسی انجام گرفته است - در شکل هاي 1و2 با نقطه چین نمایش داده شدهاند و ایندرحالیست که خطهایتویز تغییرات ولتاژ تحت عملکرد کنترلرهاي موجود با روش ارائه شده در این مقاله و با در نظر گرفتن ولتاژ آستانه نشان داده شده - - Vth، رسم شده است. در این مثال کنترلرهاي A1041وA1044به اغتشاش پاسخ میدهند.تعاملکنترلکنندههایاشاره شده در مثال فوق به سادگی در شکلهاي 1 و 2 قابل مشاهده است .
در این شکل ها مقدار مگاوات نشان داده شده، مقدار بار قطع شده در هر کنترلر است در حالیکه دایرهها نشان دهنده بار قطع شده در کنترلر دیگر است. همانطور که دیده میشود قطع بار 64 مگاوات توسط کنترلرA1041ولتاژ باس 1044 را بالاتر از ولتاژ آستانه قرار میدهد و کنترلر1041 Aرا ریست میکند. به طور مشابه قطع بار 72 مگاوات در باس 1041 مقدار قطع بار باس 1044 را نیز کاهش داده است - طبق روابط گفته شده در بخش - 2 همچنین شکل 2 ویژگی معکوس زمانی بودن کنترلرها و فرایند قطع بار را نیز بررسی میکند بدین صورت که : هر دو ناحیه محصور سطح Cیکسانی دارند و این در حالی است که هرگاه ولتاژ در ناحیهاي بیشتر افت میکند تاخیر لازم جهت قطع بار نیز کاهش مییابد.
براي نشان دادن مقاوم بودن استراتژي این سیستمحفاظت در جدول 1 مقادیر ولتاژ قطع شده در سناریوهاي مختلف در نظر گرفته شده است. نمونه 1 مربوط به قطع بار نشان داده شده در شکل هاي 1 و 2 می باشد. نمونه 2 بدین گونه عمل میکند که تنها 20 درصد بار باس 1041 قابل قطع باشد، که در این صورت جهت جبران افت ولتاژ رفع نشده با درصد بیشتري قطع بار در باس 1044 و مداخله باس1043 این موضوع پاسخ داده میشود. در نمونه 3 عدم عملکرد کنترلر A1041در نظر گرفته میشود که موضوع با قطع بار بیشتر کنترلرهاي A1043 و A1044 جبران می شود. نمونه 4 در ارتباط با عدم عملکرد کنترلرهاي A1041 وA1044است که با عملکرد A1042 وA1043 و A1045پوشش داده میشود. همانطور که دیده میشود عملکرد بین کنترلها این سیستم حفاظتی را به طور فزایندهاي قابل اطمینان میسازد.
.4 تنظیم پارامترهاي کنترل کننده
حدود مینیمم در رابطه - 1 - از عملکرد عجولانه کنترلر جلوگیري میکند و این در شرایطی است که در اثر خطاهاي گذرا ولتاژ دچار تغییرات ناگهانی میشود که در ارتباط با موضوع ناپایداري ولتاژ نمیباشد. از طرفی اندکی درنگ در عملکرد کنترلکننده باعث میشود در صورت عملکرد کنترلکنندههاي مجاور نیاز به قطع بار کمتري در باس مورد نظر باشد. مقادیر بهینه بعدي که باید در نظر گرفته شوند C و K و Vth هستند که البته براي تمام کنترلکنندهها بدون تغییر چندانی در عملکرد میتوانندیکسان باشند. نتیجهي مطالعه و بررسیپارامتري در ارتباط با C وK و Vth در شکل 3 نشان داده شده است. در این شکل ستارهها بر این امر دلالت دارند که تمام ولتاژها بالاي 0/85 پریونیت قرار گرفته اند در حالیکه نقطهها برخلاف ستارهها حاکی از قطع حد پایین ولتاژ به صورت دایمیا موقت بودهاند. همینطور که انتظار میرود مقدار کوچکتر ولتاژ آستانه و مقدار کمتر C و یا مقادیر بزرگتر K باعث پایداري بیشتر شبکه میشوند - که البته هر مقدار پایین گرفتن این مقادیر باعث قطع غیر اقتصادي بار خواهد شد. - مقدار ولتاژ آستانه تا حدي کوچک در نظر گرفته میشود که تنها براي اغتشاشات غیر قابل قبول عمل کند در حالیکهK و C مقادیري در نظرگرفته میشوند که مقدار مینیمم بار به علاوه یک مقدار حاشیه جهت اطمینان از عملکرد کنترلرها از شبکه جدا شود.
