بخشی از مقاله
چکیده
در شبکههای توزیع انرژی الکتریکی بدلیل وجود مصرفکنندههای سه فاز نامتعادل، غیر یکنواخت بودن میزان مصرف مشترکین و عدم آشنایی از الگوی بار آنها، اندازه جریان عبوری از فازهای مختلف برابر نبوده و سبب ایجاد نامتعادلی و عبور جریان از سیم نول در شبکه توزیع میگردد. از معایب عبور جریان از سیم نول میتوان به افزایش تلفات انرژی الکتریکی و برقدار شدن سیم نول اشاره کرد. همچنین به دلایل مختلف اندازه ولتاژ در شبکه توزیع انرژی الکتریکی در طول شبانهروز تغییر میکند. برخی از بارهای الکتریکی نظیر سیستمهای روشنایی میتوانند با درصد زیادی از تغییرات اندازه ولتاژ عمل کنند.
اما برخی از بارهای الکتریکی مثل یخچال، کامپیوتر و تلویزیون در برابر تغییرات اندازه ولتاژ حساس میباشند و به ولتاژی که خوب تنظیم شده باشد نیاز دارند. در این مقاله سعی شده است با استفاده از تکنولوژی جدید فنرهای الکتریکی و ارائه یک روش کنترلی جدید برای یک مصرفکننده سهفاز-چهارسیمه نامتعادل، اندازه جریان عبوری از سیم نول کاهش یابد و در عین حال اندازه ولتاژ بار حساس در محدوده مجاز نگه داشته شود.
پارامترهای کنترلکننده حلقهبسته با استفاده از الگوریتم ژنتیک طراحی میشوند. روش پیشنهادی در MATLAB شبیهسازی میشود. نشان داده میشود که با استفاده از فنرهای الکتریکی سهفاز و روش کنترلی پیشنهادی، اندازه جریان سیم نول تا 60% کاهش مییابد و درصد تغییرات اندازه ولتاژ بار حساس از 10% به 1% کاهش مییابد. نتایج شبیهسازی کارایی روش پیشنهادی را تأیید میکند.
مقدمه
مبحث تلفات انرژی الکتریکی به علت صدها میلیارد ریال زیان سالیانه به صنعت برق چند سالی است در کانون توجه متخصصان برق قرار دارد و تبعات و آثار زیان بار آن در شبکه چه از لحاظ فنی و چه از لحاظ بار مالی ایجاب میکند بطور گسترده ای مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و راههای عملی کاهش آن مشخص گردد. یکی از عوامل تلفات انرژی، نامتعادلی در توزیع بار می باشد که با تنظیم آن می توان در جهت کاهش تلفات و بهینه سازی شبکه، قدم های مثبتی برداشت.
هدف از تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، سرویس دادن اصولی و مداوم به مشترکین شرکتهای برق منطقه ای میباشد. لذا، چون سیستم توزیع 400 ولت در دسترس اغلب مردم بوده و از طرفی دارای بیشترین وسعت و تجهیزات میباشد لازم است توجه خاصی به آن مبذول گردد. در این جهت می-بایستی مسائل فنی و اقتصادی سیستم توزیع را همواره مورد بررسی قرار داده و دقیقا مد نظر کارشناسان و متخصصین واقع گردد. بدیهی است این بررسیها و دقت نظرها باعث افزایش کارایی و بازدهی تجهیزات سیستم فوق خواهد شد.
از دلایل عدم تعادل بار در شبکه فشار ضعیف میتوان به عدم تساوی بار مشترکین در هر لحظه روی هر فاز، وجود شبکههای تکفاز طولانی و پر بار روی خطوط فشار ضعیف و وجود لوازم برقی تکفاز موتوری با ضریب توان پایین روی خط اشاره کرد. یکی از اثرات سوء نامتعادلی در شبکه قدرت افزایش تلفات شبکه قدرت میباشد. تلفات قدرت در شبکه فشار ضعیف شامل دو دسته تلفات قدرت در فازها و تلفات قدرت در سیم نول میباشد. یکی دیگر از اثرات نامتعادلی افت ولتاژ در شبکه میباشد. حتی با فرض این که سیمهای فاز در شبکه مقاطع یکسان و در نتیجه امپدانس مساوی داشته باشند، در اثر عبور جریان نابرابر، سیمهای فاز افت ولتاژ متفاوتی داشته و در نتیجه دارای ولتاژ نامتعادلی در طرف مصرف کنندهها بخصوص مصرف کنندههای حساس مانند موتورهای سه فاز خواهند بود.
این موضوع اثرات نامطلوبی بر مصرف کنندههای سه فاز خواهد داشت. از اثرات مخرب نامتعادلی حتی میتوان به جریاندار شدن سیم نول نیز اشاره کرد. با نامتعادل شدن جریان در سیستم سه فاز و عبور جریان از سیم نول، نسبت به زمین دارای ولتاژی میشود که درصورت عبور از حد مجاز از نظر ایمنی نامطلوب بوده و چنانچه مصرف کننده با سیم نول تماس حاصل کند، احتمال برق گرفتگی وجود خواهد داشت. علاوه بر مسائل یاد شده زیاد بودن نامتعادلی بار شبکه باعث وضعیت نامطلوبی در اجزاء دیگر شبکه از جمله ترانسفورماتورها، موتورهای سه فاز و رله حفاظت اتصال به زمین خواهد شد.
بنابراین، نامتعادل بودن جریانها در شبکه فشار ضعیف، میتواند باعث اثرات مخربی چون تلفات، اختلال در عملکرد تجهیزات برقی و خطر برق گرفتگی به دلیل جریاندار شدن سیم نول شود که سبب شد مهندسین در صدد این باشند تا این نامتعادلی را از بین برده یا به حداقل برسانند. برای اولین بار در سال 2001 شخصی به نام Ignacio Pérez Abril طرحی مبنی بر این که به کمک الگوریتم ژنتیک میتوان نامتعادلی شبکه را کم کرد ارائه داده است.
هدف این مقاله توسعه یک روش برای تعیین اتصال مجدد برای مدارهای سهفاز چهار سیم، دو فاز سهسیم، تک فاز دوسیم، بانک ترانسفورماتوری سهترانسه، بانک ترانسفورماتوری دوترانسه و ترانس تک فاز میباشد. که به کمک الگوریتم ژنتیک میتوان بهترین حالت اتصال را برای این مدارها به خط سهفاز یا دوفاز تعیین کرد. یک مثال نیز از این روش در مدار توضیع شهر سانتا کلارا انجام شد. که نتایج آن نشان دهنده صرفه جویی در انرژی و کاهش جریان خنثی در مدار میباشد.
و همچنین در سال 2009 شخصی به نام Yanbo Zhan طرحی برای کاهش این نامتعادلی به نام استفاده از نرمافزار تعادل بار را مطرح کرد. در این مقاله از از اطلاعات Billing به منظور محاسبات توان متوسط استفاده شده است. به منظور شبیه سازی پدیده عدم تعادل بار فیدرهای توزیع و پیاده سازی الگوریتم متعادل سازی بار در این فیدرها نرم افزاری در محیط MATLAB تهیه شده است.
در این نرم افزار نحوه اجرا به این صورت میباشد که یک فیدر فشار ضعیف مشخص میگردد و سپس مشترکین و گره تغذیه کننده آنها درآورده میشوند. برنامه از گره پایانی فیدر شروع به متعادلسازی میکند، به نحوی که روی هر گره مشترکین را پیدا نموده و میزان مصرف آنها را با هم جمع میکند و روی سهفاز به اندازه مساوی تقسیم میکند، به طوریکه روی هر سهفاز Pave به طور یکسان قرار میگیرد.
سپس در ادامه مقدار اضافه و یا کمبود بار روی هر فاز را بعد از تقسیم کردن مشترکین روی فازها محاسبه کرده و این مقدار ثبت میشود و در گره بعدی در حین اینکه تقسیم بار به صورت مساوی تقسیم میگردد اضافه بارها لحاظ میشوند و به همین صورت تا ابتدای فیدر پیش روی انجام میشود. در این روشها با استفاده از آمار مصرف مشترکین و پخشبار، به گونهایی توان را بین مصرف کنندگان تقسیم میکنند تا تعادل برقرار شود
در این روشها ممکن است توان مصرفی مشترکین تغییر کند همچنین ممکن است مشترکین مصرف کنندههای جدیدی را در شبکه اضافه کنند یا بعضی از مشترکین برخی از مصرف کنندههای خود را از شبکه خارج کنند، به طور کلی مشترکین پیرو توان مصرفی که توسط این روشها برای آنها در نظر گرفته شده، نخواهند ماند. بنابراین روشهای پخشبار یک روش تضمینی برای متعادل نگه داشتن شبکه نخواهند بود.
در این مقاله ما از روش جدیدی برای کاهش نامتعادلی در شبکه به نام تکنولوژی فنرهای الکتریکی استفاده کردیم. کل مصرفکنندههایی که در شبکه فشار ضعیف هستند را میتوان با توجه به حساسیت آنها نسبت به ولتاژ، به دو دسته بارهای حساس و غیر حساس تقسیم کرد. فنرهای الکتریکی در بارهای غیر حساس تعبیه شده ودر شبکه فشار ضعیف توزیع میشوند. فنرهای الکتریکی نه تنها قادر به کاهش جریان سیم نول - نامتعادلی شبکه - هستند بلکه میتوانند ولتاژ بارهای حساس را هم تثبیت کنند و به این مصرف-کنندهها کمک کنند تا ولتاژ و توان آنها در یک مقداری ثابت بماند. فنر الکتریکی قادر به تزریق هم توان اکتیو و هم راکتیو میباشد. در
این مقاله کاهش جریان سیم نول را در هردو حالت زمانی که فنر تنها توان راکتیو مبادله کند و زمانی که فنر هر دو توان را بتواند مبادله کند بررسی شده است و به این نتیجه رسیدیم که فنر در حالت دوم عملکرد بهتری دارد. تا به حال در مقالاتی که در مورد فنر الکتریکی بود تنها عامل نامتعادلی در شبکه، امپدانس بار حساس بود که این امپدانس ثابت و تغییر نمیکرد برای همین از فنر الکتریکی به صورت استاتیکی برای کاهش نامتعادلی استفاده میشد. در این مقاله یک بخش دیگری اضافه شده به این صورت که اگر ولتاژ یک یا دو فاز از منبع ورودی تغییر کند با استفاده از فنر دینامیکی بتوان نامتعادلی را کم کرد. در این مقاله غیر از کاهش جریان سیم نول به تثبیت ولتاژ بارهای حساس نیز پرداخته شده است.
در این مقاله در بخش اول ساختمان فنر الکتریکی بهطور کامل معرفی شده است. در این بخش، در قسمت اول اصول اولیه فنر، در قسمت دوم آنالیز کلی حالت پایدار فنر الکتریکی و در قسمت آخر هم به ساختار داخلی فنر پرداخته شده است. در بخش دوم به ارائه یک روش کنترلی نوین برای کاهش جریان سیم نول پرداخته شده است. در بخش سوم نتایج حاصل از شبیهسازی آورده شده است. در بخش آخر هم نتیجهگیری آورده شده است.
-1 معرفی فنر الکتریکی
-1-1 اصول اولیه فنر الکتریکی
شکل -1 شباهت فنر مکانیکی و فنر الکتریکی
شکل - 1 - سه وضعیت مشابه فنر مکانیکی و الکتریکی را نشان میدهد. در این سه وضعیت وظیفه فنر الکتریکی رساندن ولتاژ شبکه به مقدار نرمال برای مثال 220 ولت است. در وضعیت اول مانند فنر مکانیکی که نیرویی به آن وارد نشده است، ولتاژ شبکه برابر مقدار مرجع میباشد، بنابراین فنر نباید فعال شود و ولتاژ آن برابر صفر است که به این وضعیت، حالت خنثی گفته میشود.
