بخشی از مقاله
چکیده _
در این مقاله روش جدیدی برای قطع بار در شرایط ناپایداری بلند مدت ولتاژ در نظر گرفته شده است. در این روش از تعدادی از کنترلرها که در سطح شبکه توزیع شده، هر کدام ولتاژ ناحیهی مربوط به خود را بررسی کرده و تعدادی از بارها را در نظر گرفته اند و به صورت یک سلسله مراتب حلقه ای و تکرار شونده عمل میکنند، استفاده شده است. تمام کنترلرهای موجود در شبکه بدون مبادله اطلاعات به صورت مستقیم و تنها با استفاده از ولتاژ ناحیه تحت حفاظت خود با یکدیگر تعامل و هماهنگی می کنند.
واژههای کلیدی — کنترل توزیع شده، روشهای خاص حفاظت سیستم - SPS - ، قطع بار تحت تاثیر افت ولتاژ ، پایداری ولتاژ
.1 مقدمه
قطع بار در حالت کلی یکی از مقرون و به صرفهترین روشهای مقابله با ناپایداری بلندمدت ولتاژ در شبکه تحت تاثیر اغتشاشات بزرگ میباشد.[1] همواره در مسئلهی قطع بار، محل قطع، مقدار بار قطع شده و مدت زمان تاخیر برای قطع بار سه پارامتر بحث برانگیز و قابل تامل بودهاند.[2] بهترین مکان قطع بار و میزان بار قطع شده به طور معنی داری از یک موقعیت پس از اغتشاش به موقعیت بعدی متفاوت خواهد بود. از طرفی هر چقدر که میزان بار را کاهش دهیم می توان خسارات وارده بر مشتری 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 مقداری از بار برداشته میشود و تاثیر این مقدار بار بر ولتاژ محل برداشت و باس های کناری سنجیده میشود. در صورتی که نیاز به برداشت بیشتر بود این عمل آنقدر تکرار میشود تا به ولتاژ مطلوب دست یابیم.[3] استراتژی کلی قطع بار تحت تاثیر افت ولتاژ از رابطه زیر پیروی می کند که : اگر V V th آنگاه مقدار P مگاوات بار قطع خواهد شد. بدین معنی که هر گاه ولتاژ اندازه گیری 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
به هر حال تا کنون تصمیم قاطعی برای عملکرد در شرایط حساس در این موضوع گرفته نشده است. از طرفی قابل اطمینان کردن شبکهای با شرایط قطع بهترین بار در بهترین مکان ممکن، امری 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 روش ارائه شده در این مقاله بر پایه تعدادی از کنترلرها استوار است که نواحی مستعد ناپایداری ولتاژ را پوشش میدهند. هر کنترلر تعدادی از بارها را در نظر داشته و پیوسته ولتاژ باس مربوط به ناحیه مذکور - V - را اندازهگیری میکند.
تصمیم قطع بار توسط کنترلری که مقدار ولتاژ اندازه گیری شده - - V را در مدت زمان ثانیه کمتر از مقدار ولتاژ آستانه - Vth - گزارش کند گرفته میشود که در این صورت مقدار P sh مگاوات از بار پس از ثانیه تاخیر قطع میشود. این فرایند در یک حلقهی بسته آنقدر ادامه مییابد تا ولتاژ مورد نظر بیشتر از ولتاژ آستانه قطع شود. مقادیر P sh و به دینامیک و تغییرات ولتاژ بستگی دارد که در ادامه تشریح می گردد.
اگر زمان t0 را زمانی که ولتاژ اندازهگیری شده کمتر از ولتاژ آستانه میشود در نظر بگیریم در این صورت اولین بلوک بار در زمان t 0 قطع میشود که در این مورد رابطه زیر را خواهیم داشت: که C پارامتری 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 میزان C در این رابطه مقدار ثابتی است پس حاصل انتگرال نیز باید مقدار ثابتی باشد که این بدین معنی است که هر چقدر افت ولتاژ اندازهگیری شده کمتر از ولتاژ آستانه باشد یعنی V th V مقدار بزرگتری داشته باشد در این صورت مدت زمات تاخیر باید کمتر باشد. از طرفی هر قدر این مقدار کمتر باشد - یعنی افت ولتاژ کمتری بر ناحیه تحمیل شود - در این حالت مدت زمان تاخیر می تواند افزایش یابد. مقدار باری که در مدت زمان قطع میشود از رابطه:
همانطور که واضح است مقدار افت ولتاژ بیشتر - یعنی همان V th V بیشتر - باعث قطع مقدار بیشتری 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 برقراری رابطه V V th میگردند . این فرایند باعث تکرار یک حلقه میشود که کنترل کننده را در برابر عدم قطعیت و خطاهای بار مقاوم میکند. اما برای بررسی رابطه تعاملی کنترلکنندهها داریم: در صورتی که کنترل کننده باس i عمل کند و مقدار باری را در این باس قطع کند باعث افزایش ولتاژ این باس میشود و این در حالیاست که این افزایش ولتاژ روی باسهای مجاور هم تاثیر می گذارد. برای مثال برای بار باس مجاور j نیز افزایش ولتاژ خواهیم داشت و این موضوع باعث میشود که مقدار Vj در باس j ام کاهش یافته و در نتیجه قطع بار کمتری در این باس لازم باشد.
همانطورکه قبلا نیز بحث شد قطع بار از نقطه ای شروع میشود که بیشترین ناپایداری - افت ولتاژ - را دارد و پایدار سازی این نقطه به نوبه خود بر افزایش ولتاژ سایر نقاط نیز تاثیرگذار خواهد بود به گونهای 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
استراتژی ارائه شده روی شبکه استاندارد NORDID32 تست شده است. این شبکه مدل شامل 80 باس، 23 ژنراتور و 22 بار است که به صورت جریان ثابت برای توان اکتیو عمل می کنند. دینامیک بلندمدت در این شبکه توسط بار ترانسفورماتورهای دارای تپچنجر و محدودکننده تحریک اضافی ژنراتورها اعمال میشود. نواحی مستعد به ناپایداری ولتاژ با 5 کنترلکننده در مرکز شبکه در نظر گرفته شدهاند. در این مثال ساده هر کنترلکننده بارهای سمت توزیع را کنترل کرده و از طرفی ولتاژهای باسهای متصل را اندازهگیری میکند.
مثال نشان داده شده در ارتباط با قطع دو خط اصلی تغذیه نواحی میباشد. تغییرات ناپایدار ولتاژ در باس های 1041و - 1044 که توسط شبیه سازی حالت پایدار گوسی انجام گرفته است - در شکل های 1 و 2 با نقطه چین نمایش داده شدهاند و این درحالیست که خطهای تویز تغییرات ولتاژ تحت عملکرد کنترلرهای 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 کنترلرهای A1041 و A1044 به اغتشاش پاسخ میدهند. تعامل کنترل کنندههای اشاره شده در مثال فوق به سادگی در شکلهای 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 کنترلر A1041 ولتاژ باس 1044 را بالاتر از ولتاژ آستانه قرار میدهد و کنترلر A 1041 را 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 C یکسانی دارند و این در حالی است که هرگاه ولتاژ در ناحیهای بیشتر افت میکند تاخیر لازم جهت قطع بار نیز کاهش مییابد. برای نشان دادن مقاوم بودن استراتژی این سیستمحفاظت در جدول 1 مقادیر ولتاژ قطع شده در سناریوهای مختلف در نظر گرفته شده است. نمونه 1 مربوط به قطع بار نشان داده شده در شکل های 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 بیشتری قطع بار در باس 1044 و مداخله باس1043 این موضوع پاسخ داده میشود. در نمونه 3 عدم عملکرد کنترلر A1041 در نظر گرفته میشود که موضوع با قطع بار بیشتر کنترلرهای A1043 و A1044 جبران می شود. نمونه 4 در ارتباط با عدم عملکرد کنترلرهای A1041 و A1044 است که با عملکرد A1042 و A1043 و A1045 پوشش داده می شود. همانطور که دیده میشود عملکرد بین کنترلها این سیستم حفاظتی را به طور فزایندهای قابل اطمینان میسازد.
.4 تنظیم پارامترهای کنترل کننده
حدود مینیمم در رابطه - 1 - از عملکرد عجولانه کنترلر جلوگیری میکند و این در شرایطی است که در اثر خطاهای گذرا ولتاژ دچار تغییرات ناگهانی میشود که در ارتباط با موضوع ناپایداری ولتاژ نمیباشد. از طرفی اندکی درنگ در عملکرد کنترلکننده باعث میشود در صورت عملکرد کنترلکنندههای مجاور نیاز به قطع بار کمتری در باس مورد نظر باشد. مقادیر بهینه بعدی که باید در نظر گرفته شوند C و K و Vth هستند که البته برای تمام کنترلکنندهها بدون تغییر چندانی در عملکرد میتوانند یکسان باشند. نتیجهی مطالعه و بررسی پارامتری در ارتباط با C و K و Vth در شکل 3 نشان داده شده است. در این شکل ستارهها بر این امر دلالت دارند که تمام ولتاژها بالای 0/85 پریونیت قرار گرفته اند در حالیکه نقطهها برخلاف ستارهها حاکی از قطع حد پایین ولتاژ به صورت دایم یا موقت بودهاند. همینطور که انتظار میرود مقدار کوچکتر ولتاژ آستانه و مقدار کمتر C و یا مقادیر بزرگتر K باعث پایداری بیشتر شبکه میشوند - که البته هر مقدار پایین گرفتن این مقادیر باعث قطع غیر اقتصادی بار خواهد شد. - مقدار ولتاژ آستانه تا حدی کوچک در نظر گرفته میشود که تنها برای اغتشاشات غیر قابل قبول عمل کند در حالیکه K و C مقادیری در نظر گرفته میشوند که مقدار مینیمم بار به علاوه یک مقدار حاشیه جهت اطمینان از عملکرد کنترلرها از شبکه جدا شود.
