بخشی از مقاله
چکیده
طرحهاي حفاظت ویژه یک انتخاب جذاب براي افزایش پایداري و امنیت سیستم هاي قدرت می باشند. بیش از هر مورد دیگر جنبه هاي اقتصادي از نظر ارزان تر بودن تجهیزات کنترلی و حفاظتی نسبت به تجهیزات سخت افزاري EHV2 طرح هاي حفاظت ویژه را مورد توجه قرار داده است. علاوه بر این، طرح هاي حفاظت ویژه می توانند تأثیر اختلالات ناحیه گسترده سیستم را کاهش دهندو. نهایتاً جنبه هاي محیطی طرح هاي حفاظت ویژه از نظر اینکه کریدورهاي جدید خطوط انتقال مورد نیاز نیست براي بهره بردار شبکه جذاب و خوش آیند می باشد.
پیشرفت سریع سالهاي اخیر در حوزهي تکنولوژيهاي مخابراتی و عددي پتانسیل استفاده از تکنیکهاي پیجیده و طرحهاي حفاظت ویژه قابل اجرا از نظر هزینه را افزایش داده است. ظهور واحدهاي اندازه گیري فازور٣ و فیبرهاي نوري ارزان دو نشانه از ساده شدن و تحقق ویژگی هاي این طرح ها می باشد. به هر حال امروزه این تمایل وجود دارد که توابع کنترلی و حفاظتی در پست ها و واحدهاي کنترل با هم دیگر ادغام شوند که این فرآیند بهره برداري از طرح هاي حفاظت ویژه را آسان می کند.هدف از انجام این مقاله بررسی و مرور کلی بر روي SPS از نظر فلسفه ایجاد این طرح ها،اهداف، بررسی این طرحها براي مقابله با انواع ناپایداريهانحوه، طراحی و نهایتاً کاربرد واحدهاي PMU در طرحهاي حفاظت ویژه می باشد.
کلید واژه: طرح هاي حفاظت ویژه، حفاظت ناحیه گسترده، واحدهاي اندازه گیري فازور، پایداري سیستم قدرت
-1 مقدمه
سیستمهاي قدرت داراي زیر ساختارهاي بحرانی هستند که در سرویس بودن آنها براي اقتصاد ملی حیاتی میباشد. تولید پیوسته انرژي الکتریکی براي برطرف کردن تقاضاي بار یک چالش فنی پیچیده است،که تخمین حالت زمان واقعی سیستم به همراه کنترل و هماهنگی واحدهاي تولیدي در تحویل دادن انرژي الکتریکی ایمن به بار را درگیر میسازد. در نتیجه، امنیت شبکه قدرت یک نگرانی بزرگ در سرتاسر دنیا میباشد. از طرف دیگر، به خاطر خصوصی سازي، سیستمهاي قدرت نزدیکتر به ظرفیت بارگذاري ماکزیمم خود بهره برداري شدهاند. علاوه بر این، قیود محیط زیستی مانع از گسترش شبکه هاي انتقال قدرت با توجه به رشد تقاضاي بار در آینده شده است.
بنابراین، سیستمهاي قدرت نسبت به اختلالات شدید مثل خطاهایی که بر روي بخشی از تجهیزات عمده سیستم قدرت رخ میدهد آسیب پذیرتر شدهاند. چنین پیشامدهایی ممکن است باعث خرابیيها پی در پی و نهایتاً منجر به خاموشی بخش بزرگی از سیستم شوند.حفاظتهاي سنتی در سیستمهاي قدرت نسبت به ایزوله کردن سریع و اتوماتیکی عناصر خطا، به منظور اطمینان از ایمنی افراد و المانهاي قدرت و براي ضمانت از عملکرد نرمال بخشهاي سالم به کار گرفته شده اند. خطاها به طور کلی اختلالات بزرگی براي سیستمهاي قدرت هستند و ممکن است سبب گردند که سیستم قدرت به سمت خاموشی یا فروپاشی به خاطر اضافه بار، اضافه/ کاهش فرکانس، کاهش / اضافه ولتاژ و نوسانات قدرت برود.
تجهیزات اتوماتیک حفاظت سنتیمعمولاً در مقابله با این مشکلات استفاده شده اند،اما در برخی از موارد پیشامدهاي شدید، اگر وضعیت سیستم بسیار سریع خراب شود، خاموشیهاي جدي ممکن است قبل از اینکه هر گونه اقدامی بتواند توسط تجهیزات اتوماتیک اجرا شود اتفاق بیفتد. به علاوه، در تجهیزات اتوماتیک سنتی و رله هاي حفاظتی، تصمیم گیريها تنها بر اساس اقدامات محلی ساخته شده و از اینرو تنها سیستم محلی میتواند حفاظت شده باشدمطمئناً. اگر تنها اقدامات محلی در سیستم حفاظتی به کار گرفته شده باشد. نگهداري پایداري و امنیت کل سیستم کاملاً سخت است.بنابراین، نیاز به استفاده از طرح هاي کنترلی جدید با هدف کاهش این خطرات وجود دارد، یکی از پیشنهادات براي جلوگیري یا کاهش نتایج ناشی از خاموشیها پیاده سازيسیستمهاي حفاظت ویژه براي کنترل وضعیتهاي شدید در سیستم است.
در دهه هاي گذشته، براي جلوگیري از اختلالات ناحیه گسترده و افزایش قابلیت اطمینان سیستم قدرت شکلهاي مختلفی از SPS توسط شبکه هاي برق در سرتاسر دنیا طراحی و پیاده سازي شده است این طرحها براي نگهداري ولتاژها در حد قابل قبول، بار گذاري قابل قبول تجهیزات و تأمین پایداري سیستم استفاده شدهاند، در حالی که سیستمهاي حفاظتی سنتیمعمولاً المانی که بر روي آن خطا رخ داده را جدا میکند. این سیستمها گاهی اوقات به عنوان گزینههاي جذاب نسبت به ایجاد ساختارهاي جدید در سیستم انتقال مشاهده شدهاند. بهطور کلی پنج دلیل عمده زیر به عنوان دلایل استفاده از طرحهاي حفاظت ویژه در سیستم قدرت بیان شده است:[1]
بهبود بهرهبرداري از سیستم هاي قدرت امکان استفاده از سیستم هاي قدرت نزدیک به حدودپایداري خود افزایش ظرفیت انتقال شبکهجبران تأخیر در احداث خطوط، پستها و نیروگاههاي جدید با استفاده از طرحهاي حفاظت ویژه افزایش امنیت سیستم در مقابل حوادث شدیدي که منجر به فروپاشی شبکه میگردند.IEEE و CIGRE طرح هاي حفاظت ویژه را به این صورت تعریف میکنند: براساس تعریف " IEEE طرح حفاظت ویژه به منظور تشخیص شرایط غیر نرمال سیستم و انجام اقدامات اصلاحی از قبل تعیین شده - به عبارت دیگر ایزوله کردن عناصري که خطا بر روي آن ها رخ داده است - به منظور حفظ یکپارچگی سیستم و ایجاد عملکرد قابل قبول سیستم طراحی شده است"[2] و براساس تعریف CIGRE "طرح حفاظت ویژه یک طرح حفاظتی است که براي تشخیص شرایط خاص سیستم که به عنوان فشار هاي غیر معمول به سیستم قدرت شناخته شده اند و انجام یک سري اقدامات از قبل تعیین شده براي مقابله با شرایط روبرو شده در یک روش کنترل شده طراحی شده است." [1]
-1-1 مروري بر SPS هاي پیاده شده در دنیا
در مرجع[3] یک SPS در غرب ایالت متحده آمریکا، براي غلبه بر تراکم شبکه قدرت، نگهداري پایداري سیستم و جلوگیري از خروجیهاي پی در پی در اثر خروج ارتباط DCاقیانوس آرام یا ارتباط منطقه کالیفرنیا استفاده شده است.درمرجع[ 4] یک سیستم حفاظت ویژه براي حداقل کردن ظرفیت تولید برنامه ریزي شده4 براي شبکه چند منظوره پالو وردو5 واقع در جنوب غربی ایالت متحده آمریکا طراحی شده است. پیاده سازي این SPS که با قطع مستقیم ژنراتور6 آغاز میشود، میتواند از خروجهاي پی در پی بر روي سیستم موجود جلوگیري کند. در مرجع [5] یک برنامه دفاعی براي مقابله یا اختلالات شدید در سیستم برق برزیل به خاطر خاموشی 11 مارچ 1999 که منجر به از دست رفتن 25 گیگاوات از بار شد و شدیدترین حادثه در تاریخ سیستم قدرت برزیل بود به کار گرفته شد با استفاده از مفاهیم مناطق حفاظتی و ماتریس امنیت شبکه یک SPS مبتنی بر PLC براي ایجاد مناطق قابل کنترل در این برنامه دفاعی طراحی شده است. مرجع [6] روشی به وسیله انجام اندازه گیريهاي زاویه و دامنه ولتاژ براي شناسایی خروج از سنکرونیزم در شبکه قدرت فرانسه را پیشنهاد می کند. این طرح نسبت به حفاظت منطقه ي وسیعی از فرانسه در برابر خاموشیها و براي تسریع در بازیابی سیستم به کار گرفته شده است.
-2 طرح هاي حفاظت ویژه براي مقابله با ناپایداريها
-1 -2 ساختار کلی طرحهاي حفاظت ویژه
مشخصههاي اصلی طرحهاي حفاظت ویژه شامل موارد زیر میباشد:
این طرحها بر روي پیشامدهاي نادر انتخابو معمولاً خارج از محدوده بهره برداري، طراحی میشوند. چنین طرح هایی معمولاً به اقدامات کنترلی از قبیل حذف بار و تولید که در شرایط عملکرد ایمن سیستم استفاده نمی شوند، اجازه می دهند.این طرح ها به اپراتورها ریسک عملکردي بیشتر با پیامدهاي احتمالی که خارج از ظرفیت قراردادي سیستم هاي حفاظتی قرار دارند را می دهند.سیستمهاي حفاظت گسترده، قابل اجرا در چندین نقطه باکنترل هماهنگ چند سیگنال می باشند.اطلاعات ورودي را از سیستم قدرت جمع آوري می کند. این اطلاعات ممکن است شامل مقادیري از قبیل فرکانس و ولتاژ سیستم باشند. و یا اطلاعات ورودي وابسته به برخی از رخ دادهاي سیستم قدرت براي مثال قطع یک خط انتقال خاص باشند. در مرحله بعد، SPS اطلاعات ورودي را ارزیابی می کند و تصمیم لازم را براي انجام اقدامات می گیرد. این کار در بلوك "فرآیند تصمیم گیري" انجام می شود که اطلاعات ورودي براي نمایش برخی از انواع شاخصها در آن جا استفاده شدهاندنهایتاً. اقدامات که توسط بلوك " اقدام " فعال شده اند توسط SPS اجرا می شوند. اقدامات نوعی ممکن است حذف بار یا ژنراتور باشند.
-2-2 شاخصهاي کنترل و تشخیص براي طرحهاي حفاظت ویژه
