بخشی از مقاله
مانیتورینگ کیفیت توان در سیستمهای قدرت
چکیده : مانیتورینگ در سیستمهای تحویل توان aC برای شرکتهای برق اهمیت زیادی پیدا کرده و رقابت نیز بوجود آورده است. سطح توقع مشتریها بالا رفته و آنها یک کیفیت توان مطمئن و مناسب برای تجهیزات و پروسه های حساس نیاز دارند. اطمینان از سازگاری میان آخرین تجهیزات مصرف کننده و مشخصات منبع تغذیه نیازمند هماهنگی مابین شرکت برق و مشتری می باشد. مانیتورینگ سیستم مهمترین قسمت اطمینان این سازگاری می باشد. این مقاله به توصیف مفاهیم کیفیت مانیتورینگ سیستم که شامل انتخاب دستگاه اندازه گیری و بکارگیری ان ومجموعه اطلاعات، مدیریت و تجزیه و تحلیل آنها می پردازد
. کلمات کلیدی : مانیتورینگ ، کیفیت توان
۱- مقدمه
کیفیت توان الکتریکی توجه روزافزون شرکتهای برق و مشترکین را به خود معطوف کرده است. عبارت کیفیت توان از اواخر دهه ۱۹۸۰ بصورت یکی از معروفترین واژه های صنعت برق در آمده است. این واژه بعنوان یک مفهوم فراگیر برای انواع مختلف اغتشاشات سیستم قدرت بکار می رود. بسیاری از ادوات مشترکین دارای کنترل کننده وابستگی راندمان مورد نیاز سیستم ac برای سطوح اطمینان بالاتر و کیفیت توان بالاتر از آنچه قبلا نیاز می شده را نتیجه می دهد. بنابراین، راندمان سیستم تحویل قدرت اغلب باید با نیازهای خاص مشتریهای هر سیستم جور باشد. این فرصتی ایجاد می کند تا شرکتها برای مشتریان کیفیت توان بهتری با تجهیزات کیفیت توان دقیقستر ارائه دهند. اساس تحقق کیفیت توان ، مانیتورینگ مداوم مشخصات مورد نیاز می باشد.
۲- اهداف پروژه مانیتورینگ کیفیت توان برای مانیتورینگ کیفیت توان به مشخصات پدیده های الکترومغناطیسی محلی مورد نظر در مدار قدرت نیاز داریم. برخی از اهداف مانیتورینگ تشخیص ناسازگاری ما بین منبع تغذیه و بار است و دیگر ارزیابی الکتریکی پیرامون محل مورد نظر برای تهیه مدل تکنیکی خالص یا توسعه کیفیت توان خط اصلی است. مانیتورینگ ممکن برای پیشگویی آینده تجهیزات بار یا کیفیت توان کم برای دستگاهها بکار برده شود. اهداف برنامه های مانیتورینگ انتخاب تجهیزات اندازه گیری ، روش جمع آوری داده ها ، انتخاب آستانه انحراف ، مشخصات تجهیزات آنالیز داده ها و سطوح کوششهای لازم را معین می کند. مجموعه بعدی اهداف مانیتورینگ می تواند مشخص کند :
۱-۲ - مانیتورینگ جهت توصیف کارایی سیستم:
این از عمومی ترین احتیاجاتی است که متکی بر درک نیاز کارایی سیستم و توانایی جهت هماهنگ کردن کارایی سیستم با نیازهای مصرف کننده نزدیک به عمل مانیتورینگ کیفیت توان می باشد. با تشخیص کارایی نرمال سیستم کیفیت توان مسائلی که ناشی شده می تواند به سرعت مشخص و مشتریها را از آن آگاه کرد. علاوه براین، تحقق کیفیت توان می تواند اطلاعات اساسی را تهیه و به مشتریها کمک می کند که تجهیزات خود را با مشخصات کیفیت توان واقعی هماهنگ کنند.
۲- ۲- مانیتورینگ برای تعیین مسائل خاص :
این مورد می تواند با مانیتورینگ کوتاه مدت در جایی که یک مسئله خاص تجربه شده انجام شود. این نوع غیرفعال مانیتورینگ کیفیت توان نزدیک به محل است. مانیتورینگ برای کمک به مشخص کردن مسائل ، منجر به حل مسائل دیگر می شود.
۳-۲- مانیتورینگ بعنوان قسمتی از بهبود سرویس کیفیت توان :
بسیاری از شرکتهای الکتریکی سرویس تحویل توان مطلوب را که بتوانند به مشتریها عرضه کنند، توسعه می دهند. یک مثال این عرضه ، سطوح مختلف کیفیت توان هماهنگ با نیازهای مشتریهای خاصی است که میتوان با اصلاح سیستم قدرت یا نصب تجهیزات اختصاصی به آن دست یافت.
۳- کمیاتی که باید اندازه گیری شوند
کیفیت توان شامل یک وضعیت متنوع و گسترده ای از سیستم قدرت می باشد. اعوجاج های مهم می تواند از ضربه های فرکانس بالا بعلت جرقه صاعقه یا برش جریانها در طول قطع مدار تا اضافه ولتاژهای بلند مدت بوسیله عدم تنظیم مسائل کلیدزنی دسته بندی شود. در جدول (۱) خلاصه ای از طبقه بندی تغییرات مهم کیفیت توان با روشهایی برای مشخص کردن علل اغتشاش و راه حل بهینه آن تهیه شده است. برای مانیتورینگ روشها جهت تعیین کیفیت توان aC مهم هستند. برای مثال جهت مشخص کردن مسائل مربوط به هارمونیک، لازم است که هم ولتاژها و هم جریانها اندازه گیری شوند. اگر مجبور باشیم که یکی را انتخاب کنیم، معمولا جریانها دارای اهمیت بیشتری هستند. اندازه گیری های جریان بر روی مدارهای فیدر یا در مدخل ورودی سرویس یک گروه از بارها، منبع تولید هارمونیکها را مشخص می نمایند. اندازه گیری های جریان بر روی سیستم توزیع برای تعیین مشخصات گروههائی از مشترکین یا یک فیدر کامل می تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای تعیین مشخصه های پاسخ فرکانسی سیستم اندازه گیری های همزمان ولتاژها و جریانها ضروری است. بهرحالی طراحی پروژه برای سطح اعوجاج هارمونیکها توسط استاندارد 1992-519 و IEEE ارزیابی می شود و ممکن است تنها مانیتورینگ حالت مانای سطوح اعوجاج را احتیاج داشته باشد. دیگر پروژهای متمرکز روی مسائل صنعتی خاص ممکن است تنها مانیتورینگ تغییرات موثر، از قبیل افت ولتاژها را احتیاج داشته باشد.
۴- انتخاب مکان مانیتورینگ
بهترین کار این است که عمل مانیتورینگ تا آنجائی که ممکن است از نزدیکترین نقطه به تجهیزات حساسی که تحت تاثیر تغییرات کیفیت توان قرار گرفته، شروع شود. خیلی مهم است که مانیتور دقیقا همان تغییراتی را ببیند که وسیله حساس می بیند. اگر فاصله بین مانیتور و وسیله متاثر خیلی زیاد باشد، بویژه در مورد حالت گذرای فرکانس زیاد، می تواند در عمل و در مانیتور شدیدا با هم اختلاف داشته باشد. مانیتورینگ واقعی در مدخل ورودی اصلی سرویس مشتری ترجیح داده می شود بعلت اینکه شامل اثرات ترانسفورماتور کاهنده مشتری و تغییرات جریان مشتری و سطح اعوجاج هارمونیک می باشد. علاوه بر این مانیتورینگ در محل ورود به سرویس مشتری ، باعث کاهش هزینه ترانسدیوسر هم می باشد. ولتاژ را میتوان مستقیما با اتصال مستقیم اندازه گیری نمود و CT ها معمولا برای اهداف اندازه گیری در دسترس می باشد.
۵- دستگاههای اندازه گیری برای مانیتور پدیده های الکترومغناطیسی میتوان از یک ولتمتر آنالوگ ساده تا دستگاههای خبره و هوشمند و تحلیلگرهای طیف استفاده کرد. انتخاب و بکارگیری نوع درست مانیتور به دریافت قابلیت هاو محدودیتهای دستگاه اندازه گیری ، تغییرات پاسخ سیستم قدرت و اهداف خاص تحلیلگر بستگی دارد. ترکیب دستگاههای اندازه گیری بستگی به محل و اهداف مانیتورینگ دارد. برای مثال اگر کیفیت توان در ورودی محل مورد نظر باشد آنگاه تاکید روی شرایط پایدار بلند مدت و اغتشاشات شبکه انتقال می باشد. میزان اطلاعاتی که برای مطالعه نیساز است (یعنی ولتاژ موثریا هارمونیکهای فرکانس بالا) بستگی به پدیدهایی دارد که باعث تولید مشکل می شوند. برخی از دستگاههای فوق بشرح زیر است :
۱- اسیلوسکوپ : پیشرفته ترین اسیلوسکوپها، دستگاههای اندازه گیری دستی با توانائی نمایش شکل موجسها و انجام چند فرآیند برروی سیگنال هستند. اینها برای بررسیهای کیفیت توان وسیله کاملا مفیدی هستند، زیرا به راحتی قابل حمل بوده و می توانند به صورت یک ولت - اهم متر راه اندازی شوند، و در عین حال اطلاعات بسیار زیادی را ارائه نمایند. یک نوع از این وسیله در شکل (۱) نشان داده شده است.
۲- مانیتورهای اغتشاش : تحلیلگرهای اغتشاش و مانیتورهای نشان دهنده اغتشاش یک دسته دستگاههای انسدازه گیری را تشکیل می دهند که اختصاصا برای اندازه گیری های کیفیت توان ساخته شده اند. آنها نوعا اقسام مختلف اغتشاشات سیستم ، از ولتاژهای گذرای خیلی زودگذر تا قطعی های بلند مدت یا ضعف ولتاژها را اندازه گیری می نمایند. میتوان محدوده ها را تنظیم و دستگاه اندازه گیری را بحال خود گذاشت تا اغتشاشات را در یک دوره زمانی معین ثبت نماید. این دستگاهها به تجهیزات ثبت وقایع ، مانیتورهای متنی ، ثبات ولتاژ و مانیتورهای گرافیکی طبقه بندی می شوند. چند نمونه از این وسایل در شکل (۲) نشان داده شده است.
۱-۵- مقادیر آستانه مانیتورینگ: مانیتورهای اغتشاش طوری طراحی شده اند تا شرایطی را که غیرعادی هستند آشکارسازند. بنابراین لازم است محدوده شرایطی که می توانند عادی تلقی شوند، تعریف کرد. بعضی مانیتورها محدوده از پیش تعیین شده ای دارند(default) که میتوانند بعنوان شروع کار مورد استفاده قرار گیرند. بهترین روش برای انتخاب محدوده هانطباق آنها با مشخصات دستگاههایی است که تحت تاثیر قرار میگیرد.این امر ممکن است همیشه بعلت فقدان مشخصات یا دستورالعملهای کاربردی میسر نباشد. یک روش دیگر تنظیم محدوده هادر حد کاملا محدود برای یک دوره زمانی و سپس استفاده از این داده های جمع آوری شده برای انتخاب محدوده های مناسب جهت نظارت در دوره زمانی بلند مدت تری میباشد. مراحل تنظیم محدوده های مانیتور به شرح زیراست:
۱- تعیین اهداف مانیتورینگ.
۲- تنظیم مانیتور درمد (SCOpe) بالای حد مورد نظر.
۳- راه اندازی مانیتور با این مقدار آستانه تا حدود ۳۰دقیقه یا ۲۰ اتفاق، که این پیش زمینه ای از تغییرات خواهد بود. ۴- ری ست کردن مقادیر آستانه مانیتور و تنظیم مجدد با حساسیت کمتر و تکرار این عمل تا اینکه یک حادثه در کمتراز ۳۰ دقیقه مشاهده شود.
مقادیر آستانه برای مشاهده چند اثر نامطلوب در کیفیت توان در جدول (۲) آمده است.
۶- جمع آوری و تحلیل داده ها
تجزیه و تحلیل داده های کیفیت توان بطور عمومی و در پروژه های مانیتورینگ با مقیاس زیاد بطور خاص نیاز طراحیهای نرم افزاری و کاربردهای مهندسی است. ابتدا، نرم افزارها باید با تجهیزات مانیتورینگ و تعداد زیادی از مکانات موجود بطور کامل تلفیق شوند. ذخیره مقادیر زیاد اغتشاشات و انسدازه گیری های حالت مانا برای تعیین کیفیت نیاز به مرکز داده های موثر و مناسبی دارد. ابزار مدیریت داده ها باید بتواند خیلی سریع داده های کیفیت توان بار را مشخص و با استفاده از مرکز داده ها طراحی و تجزیه و تحلیل را انجام دهد. اتوماسیون مدیریت داده ها و کار تهیه گزارشات برای طرح توسعه آینده باید حمایت شود. برای تحقیقات پروژه ، ابزار مدیریت مرکز داده های کیفیت توان برای آنالیز ها ، خلاصه ها و ارزیابی موارد مهم تغییرات سیستم توسعه یافته است. علاوه بر این سیستم ، برای وقایع مرتبط با کیفیت توان با علل ممکن و سهولت تماس با مشتری اجازه پیدا می کند. این نرم افزارهای پیشرفته مرکز داده ها از داده های کیفیت توان ، تحلیل آماری و گزارشات استاندارد تهیه می کنند. شکل (۳) ساختار صلی سرتاسر نیسیستم شرح میی دهد. ساختار نرم افزارها بشرح ذیل است :
۱- وسایل اندازه گیری دستی: این سیستم برای کار با تغییرات مختلف وسایلی مانیتورینگ طراحی شده است. دستگاههای دستی منفرد برای استفاده فرمتهای داده ها به دستگاههای مختلف پیشرفت کرده اند. دستگاههای اندازہ گیری د دستی داده های اندازه گیری شده .3 فرمتهای اختصاصی به فرمت مشترکی بنام فرمت تغییرات داخلی داده های کیفیت توان تبدیل می کند. این فرمت از سوی IEEE بعنوان استاندارد برای تغییر داده های اندازه گیری شده کیفیت توان ارائه شده است.
۲- مشخصات داده ها : مشخصات داده ها برای استخراج پارامترهای مهم که برای تشخیص هر تغییر یا اعوجاج لازم هستند طراحی شده است. برای مثال طیف پراکنده میتواند برای تشخیص سطوح هارمونیک نمونه گیری منفرد حالت مانا استفاده شود. افت ولتاژ می تواند با طول و دامنه برداری مشخص شود. حالت گذرا را می توان با طیف فرکانسی و دامنه ماکزیمم مشخص کرد. بسته به چگونگی استفاده از داده ها، سطوح مشخصات مختلفی وجود دارد(بعنوان مثال یک حادثه را میتوان از آمار حوادث زیادی مشخص کرد). قسمتی از پروسه مشخصات ممکن به حوادث فرعی با مشخصات خاص تقسیم شود.
