بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر وقوع خاموشیهای سراسری به یکی از مشکلات سیستمهای قدرت تبدیل شده است. آخرین خط دفاعی سیستم قدرت در برابر این مشکل، حذف برخی از بارها با توجه به اولویت-بندیهای خاص میباشد. لذا هدف این مقاله ارائه یک طرح حذف بار متمرکز قابل تنظیم با در نظر گرفتن پایداری ولتاژ و فرکانس سیستم قدرت به منظور مقابله با خاموشیهای سراسری است. در این مقاله با فرض در دسترس بودن اطلاعات ولتاژی شینهای بار با استفاده از واحدهادی اندازهگیری فازور، از یک شاخص پایداری ولتاژ موسوم به VSRI برای ارزیابی پایداری ولتاژ سیستم استفاده می-شود.
همچنین مقدار توان اکتیو حذفی با استفاده از مقدار توان حادثه محاسبه شده و با توجه به شرایط ولتاژی شینهای بار، شین - یا شینهای - مورد نظر جهت حذف بار تعیین میگردد. به منظور بررسی کارایی طرح پیشنهادی، این طرح با استفاده از نرمافزار Digsilent Power factory روی شبکه استاندارد 39 شینه New England پیاده سازی شده و نتایج شبیهسازیها نشان میدهد که طرح پیشنهادی کارایی مناسبی را برای مقابله با خاموشیهای سراسری دارد.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر با خصوصی شدن صنعت برق و محدودیتهای اقتصادی در راه توسعه زیرساختهای صنعت برق، استفاده بهینه از ظرفیتهای موجود مورد توجه شرکتهای برق قرار گرفته است و سیستمهای قدرت با ذخیره چرخان و حاشیه پایداری کمتر بهرهبرداری میشوند؛ بنابراین حاشیه امنیت شبکههای قدرت در مقابل انواع ناپایداریها کاهش یافته و تأثیر خود را به صورت خاموشیهای متعدد که در سالهای اخیر در نقاط مختلف دنیا اتفاق افتاده، نشان داده است.
این خاموشیها به دلایل متعددی از قبیل پرباری خطوط، افت فرکانس، ناپایداری ولتاژ، عملکرد اشتباه سیستمهای حفاظتی و ... اتفاق افتاده است. از میان روشهایی که برای جلوگیری از ناپایداری وجود دارد، حذف بار یک روش مؤثرتر و به عنوان آخرین خط دفاعی سیستم معرفی میشود بنابراین ارائه یک روش حذف بار بهینه به منظور کمینه کردن مقدار توان و هزینههای اقتصادی حذف بار، اهمیت بسیار دارد.
در گذشته طرحهای حذف بار به صورت حذف بار ولتاژی UVLS - ٌ - با حذف بار فرکانسی UFLS - ٍ - بوده است که مهمترین مشکل این طرحها تک بعدی بودن آنهاست و در اغلب موارد قادر به حفظ پایداری سیستم قدرت نبوده-اند. به منظور جبران این مشکل طرح حذف بار باید به گونهای باشد که به طور همزمان پایداری ولتاژ و فرکانس را فراهم سازد. این نوع از حذف بار بار موسوم به حذف بار ترکیبی میباشد و به دو صورت متمرکز و غیرمتمرکز قابل پیادهسازی است. در ادامه چند نمونه از طرحهای حذف بار مختلف که در برخی مراجع پیشنهاد شده است، معرفی میشود.
در [1] یک طرح حذف بار فرکانسی قابل تنظیم برای مقابله با مشکل ثابت بودن طرحهای سنتی پیشنهاد شده است. در [2] یک روش حذف بار فرکانسی تطبیقی و هوشمند برای بهبود روش پاسخ محوری و حادثه محوری در شبکه جزیره شده استفاده شده است. با استفاده از این روش میتوان مقداری بهینه و هوشمند، بر اساس تقدم بار، از بارها حذف نمود. در [3] با استفاده از نرخ تغییرات ولتاژ و فرکانس یک الگوریتم حذف بار ترکیبی غیر متمرکز را معرفی نموده است. در [4] از یک روش حذف بار فرکانسی متمرکز به منظور کمینهکردن هزینههای حذف بار ارائه شده است.
در این طرح ردهبندی بارها به منظور انتخاب مکان مناسب حذف بار بر اساس مقدار افت فرکانس انجام شده است؛ در صورتی که استفاده از یک شاخص ولتاژ برای تعیین مکان مناسب، روش بهتری میباشد . در [5] با استفاده از الگوریتم بهینهسازی دسته جزیی PSO - َ - و منحنی P-V یک روش برای محاسبه حاشیه پایداری و حذف بار ولتاژی غیر متمرکز برای بهینهسازی مقدار باری که باید حذف گردد، ارائه شده است. در این روش پایداری فرکانس سیستم لحاظ نشده است. همچنین برای تعیین منحنی P-V نیاز به انجام پخشبارهای زیادی میباشد و این عمل زمانبر است.
در [6] یک روش UFLS تطبیقی برای شبکه جزیره شده شامل DG بیان شده است. در این روش ردهبندی بارها برای حذف بار بر اساس ارزش اقتصادی انجام شده است. مشکل این طرح این میباشد که پایداری ولتاژ سیستم در نظر نگرفته شده است. بهتر است که برای انتخاب مکان مناسب حذف بار علاوه بر قیود اقتصادی از قیود ولتاژی نیز استفاده شود.
مطالعه مراجع قبلی نشان میدهد که در اکثر موارد پایداری ولتاژ و فرکانس به طور مناسب ایجاد نشده است، بنابراین در این مقاله به ارائه یک الگوریتم حذف بار ترکیبی متمرکز قابل تنظیم پرداخته میشود . در ادامه، ابتدا بررسی پایداری ولتاژ، شاخص خطر پایداری ولتاژ VSRI - ُ - و الگوریتم پیشنهادی معرفی میگردد و پس از آن نتایج حاصل از شبیهسازی طرح پیشنهادی مورد بررسی قرار میگیرند.
-2 بررسی پایداری ولتاژ
به طور معمول ناپایداری ولتاژ در ابتدا به صورت افت ولتاژ اندک و در پی آن افت سریع ولتاژ در نقطه فروپاشی ولتاژ نمایان میگردد. از آنجا که اندازه ولتاژ به تنهایی نمیتواند یک معیار مناسب برای آشکارسازی ناپایداری ولتاژ باشد، بنابراین استفاده از یک مقدار آستانه اندازه ولتاژ برای بررسی ناپایداری ولتاژ ممکن است سبب نتیجهگیری اشتباه و فورپاشی سیستم شود .[7] لذا باید به دنبال یک معیار پایداری ولتاژ بود که قبل از فروپاشی ولتاژ، خطر فروپاشی را احساس کرده و اقدامات کنترلی لازم مانند حذف بار را انجام دهد. در این مقاله از شاخص VSRI برای بهبود ناپایداری ولتاژ استفاده میشود.
-1-2 معرفی شاخص VSRI
به طور کلی میتوان گفت که شاخص VSRI انتگرال افت ولتاژ میباشد که در ادامه به طور مفصل تعریف می-
شود. با فرض این که نمونههای اندازهگیری شده ولتاژ توسط واحدهای اندازهگیری فازور با نرخ نمونهبرداری 30frame/sec برای سیستم 60Hz باشد؛ در این صورت شاخص VSRI به صورت زیر تعریف میگردد.
الف - محاسبه مقدار متوسط ولتاژ شین دارای بار در -j امین نمونه ولتاژ از N نمونه موجود اندازهگیری شده توسط PMU - در اینجا فرض میشود که N=60 باشد - که yk نمونههای ولتاژ و vj مقدار متوسط ولتاژ تا -j امین نمونه ولتاژ میباشد.
ب - محاسبه درصد اختلاف - dj - بین مقادیر نمونههای اندازهگیری شده ولتاژ - yj - و مقدار متوسط - vj - محاسبه شده:
پ - حال میتوان معیار VSRI را در -j امین نمونه موجود به صورت زیر بدست آورد:
-2-2 حد پایداری دینامیکی ولتاژ
اگر در انتهای یک بازه زمانی خاص - tset - کمترین مقدار - VSRImin - VSRI از یک مقدار آستانه از پیش تعیین شده - VSRIth - ، کمتر باشد - VSRImin<VSRIth - ولتاژ سیستم به سمت ناپایداری میرود و حذف بار باید انجام گردد. اما در صورتی که VSRImin>VSRIth باشد ولتاژ سیستم پایدار میباشد در این مقاله tset =5sec و =-0/2pu VSRIth در نظر گرفته میشود
