بخشی از مقاله
چکیده
کنترل اصلاحی برای پایدارسازی یک سیستم ناپایدار مورد استفاده قرار میگیرد. در برخی موارد به دلیل بارگذاری سنگین شبکه و یا با وقوع یک حادثه، نظیر خروج یک خط انتقال پربار یا اینکه با خروج یک واحد تولید بزرگ، سیستم دچار ناپایداری ولتاژ میشود و یا اینکه حاشیه پایداری سیستم بهشدت کاهش مییابد.
درچنین مواقعی که سیستم درحالت بحرانی بهسرمیبرد، لازم است که اقدامات اصلاحی سریعی برای بازیابی پایداری شبکه، به محض وقوع ناپایداری در آن،صورت پذیرد تا سیستم دوباره به یک نقطه تعادل پایدار برگردد.هدف از کنترل اصلاحی، تضمین پایداری سیستم پس از وقوع اغتشاشات شدید است. در این مقاله، از شاخص حاشیه بارگذاری به عنوان معیار نزدیکی به ناپایداری استفاده شده است.
.1 مقدمه
بدیهی است که به ازای یک سطح بار و الگوی تولید مشخص در یک سیستم قدرت، ممکن است سیستم یا ناپایدار شود، و یا اینکه از حاشیه پایداری بسیار کمی برخوردار باشد. عموما به چنین سیستمهائی، سیستمهای قدرت تحت استرس اطلاق میشود
ممکن است این استرس لزوما به دلیل بارگذاری سنگین شبکه نباشد و با وقوع یک حادثه، نظیر خروج یک خط انتقال پربار یا یک واحد تولید بزرگ، سیستم دچار ناپایداری ولتاژ شود و یا اینکه حاشیه پایداری سیستم بهشدت کاهش یابد
درچنین مواقعی که سیستم درحالت بحرانی بهسرمیبرد، لازم است که اقدامات اصلاحی مناسبی برای بازیابی پایداری شبکه انجام پذیرد. هدف از کنترل اضطراری - کنترل اصلاحی - تضمین پایداری سیستم پس از وقوع اغتشاشات شدید است
کنترل اضطراری مربوط به مواقعی است که براثر یک حادثه، ناپایداری ولتاژ سیستم - که معمولا به صورت افت فزاینده ولتاژ در شینهای بار نزدیک به محل وقوع اغتشاش است - آغاز شدهاست. لذا واضح است که کنترل اضطراری ولتاژ بایستی با استفاده از ابزارهای کنترلی مناسب که قابلیت تاثیرگذاری سریع بر پایداری سیستم را دارند، در کمترین زمان ممکن پایداری سیستم را بازیابی نماید. در شکل - 1 - این دو نوع کنترل و نحوه ارتباط آنها بهطوردقیقتری نشان داده شدهاست. در این شکل، از شاخص حاشیه بارگذاری به عنوان معیار نزدیکی به ناپایداری استفاده شده است. اگر حاشیه بارگذاری منفی باشد، نیاز است که اقدامات کنترل اضطراری بهسرعت صورت پذیرند
.2 کنترل اصلاحی - اظطراری -
کنترل اصلاحی برای پایدارسازی یک سیستم ناپایدار مورد استفاده قرار میگیرد. پر واضح است که بایستی این کنترل بهقدری سریع باشد که بتواند بهمحض وقوع ناپایداری، سیستم را به یک نقطه تعادل پایدار برساند. در شکل - 1 - چگونگی تغییر نقطه تعادل سیستم بر اثر انجام کنترل اصلاحی نشان داده شده است. این شکل، منحنی PV مربوط به یک شین بار دلخواه سیستم است. نقطه کار اولیه سیستم در حالت عادی روی مسیر - 1 - قرار دارد. این نقطه کار با A نشان داده شده است.
پس از وقوع یک حادثه مهم، نظیر خروج یک خط پربار، مسیر سیستم به - 2 - تغییر میکند. ملاحظه میشود که حاشیه پایداری سیستم در این حالت، منفی است. در واقع، پس از وقوع حادثه مزبور، معادلات پخش بار سیستم - متناظر با عملکرد حالت ماندگار سیستم - واگرا میشوند. این بدین معنی است که نقطه تعادلی برای سیستم پس از حادثه وجود ندارد. لذا، به ازای وقوع چنین وضعیتی در سیستم، بایستی مجموعهای از اعمال کنترلی سریع برای بازگرداندن سیستم به یک حالت تعادل پایدار، انجام شود. حال با انجام اقدامات کنترلی اصلاحی، مسیر سیستم از منحنی - 2 - به - 3 - تغییر میکند. درنتیجه، سیستم به نقطه تعادل پایدار جدید خود میرسد، که در شکل - 1 - با B نشان داده شده است. اقدامات کنترلی مهم عبارتند از :
-1 برنامهریزی مجدد تولید توان حقیقی واحدهای نیروگاهی سریع - نظیر واحدهای گازی یا آبی -
-2 تعیین مجدد ولتاژ مرجع AVR ها و سایر کنترلکنندههای دینامیکی ولتاژ - مثلا از طریق کنترل ثانویه وحلقه کنترل ولتاژ محلی نیروگاه -
-3 کلیدزنی جبران سازهای راکتیو موازی - نظیر روشن/ خاموش کردن خازنها و راکتورهای سوئیچ شونده -
-4 تغییر تنظیمات LTC ها - تپ چنجرها -
-5 بارزدائی
بدیهی است که برای استفاده از مزایای هر یک از این اقدامات بایستی به سه عامل مهم توجه نمود:
. سرعت و توانائی عملیات کنترلی مزبور در پاسخگوئی به نیاز شبکه و تامین حاشیه امنیت ولتاژکافی
. موقعیت مکانی تجهیزات مختلف کنترل پیشگیرانه، از نظر دسترس پذیری و مناسب بودن محل نصب
. وجود یک برنامه و الگوریتم مناسب و قوی، که بتواند بهصورت بهینه، نیاز شبکه را به هر یک از کنترلهای مزبور تعیین نماید.
شکل : - 1 - تغییرات نقطه تعادل سیستم بر اثر کنترل اضطراری
.3 فرمولاسیون مسئله
در ادامه، فرمولاسیون کامل کنترل اصلاحی برای حل مسئله پایداری ولتاژ سیستم قدرت تحت استرس، با در نظر گرفتن همه قیود مربوط به بهرهبرداری و امنیت سیستم ارائه میشود. هدف، کمینه کردن هزینه مربوط به تضمین امنیت سیستم است. برای تضمین اینکه حاشیه پایداری از پیش تعیین شدهای تامین خواهد شد، بایستی قیود تساوی و نامساوی مربوط به نقطه کار تحت استرس فعلی - با حاشیه پایداری کم، یا با حاشیه پایداری منفی - ، و نقطه فروپاشی ولتاژ بطور همزمان نوشته شوند و متغیرهای کنترلی معرفی شده برای هر دو نوع کنترل را در آنها لحاظ نمائیم
des a
i ,max i i ,min
i NG QG QG QG - 26 - b NBG up dn Vb Vb
b b
i ,max i i ,min
NB b NG, i 0 up G G
NGCC i iP,max G , up iP 0 - 27 - × Q Q
G b i i,max
G, up
- 9 - - 10 - - 11 - - 12 -
- 13 - - 14 -
- 15 - ×
×
×
×
×
×
×
× NG i PG,down PG, down 0
CC i,max i
NG i G, up G , up Q 0
× Q
i,max i
NG i G,down G,down 0
× Q Q
i,max i
× NB b LC,max P LC P 0
C b b
× NB b LC,max Q LC Q 0
C b b
× NB b max V V min V
b b b
× × NT t max min
t t t
NB b NG, i 0 dn G G
- 28 - Q Q
G b i,min i
- 29 - × × NB b 0 dn , up
b b
G
نحوه مدلسازی تپ در معادلات - 2 - ، - 3 - ، - 18 - - - 16 - با استفاده از مدل نشان داده شده در شکل - 2 - بوده است، که در نرم افزارهای PSSE و MATPOWER نیز به این صورت در نظر گرفته شده است. با توجه با این مدل، اثر تپ در سه درایه از ماتریس YBUS - درایههای bb، bj و jb ام، مطابق شکل - 2 - به ازای هر ترانسفورماتور دارای تپ، در نظر گرفته میشود.
مدل ریاضی ارائه شده برای کنترل اصلاحی، یک مساله بهینه سازی غیرخطی میباشد. برای حل این نوع مسائل، مخصوصا در ابعاد بزرگ - مثلا در شبکههای بزرگ قدرت - ، میتوان از نرم افزار تجاری GAMS که یک ابزار ریاضی پیشرفته و توانمند برای حل مسائل بهینه سازی است، بهره گرفت
.4 پیاده سازی بر روی شبکه سراسری ایران
در این بخش بنا داریم که به ازای برخی از حالتهای اضطراری خروج ژنراتور، خط انتقال و ترانسفورماتور، نتایج حاصل از پیادهسازی کنترل اضطراری پیشنهادی را ارائه دهیم. حاشیه بارگذاری مطلوب برای نواحی 11 تا 13 - نواحی هرمزگان، کرمان و سیستان که نواحی ضعیف شبکه هستند - برابر %0,5 و برای سایر نواحی برابر %5 در نظر گرفته شده است. جدول - 1 - مقادیر توانهای حقیقی و راکتیو تولیدی در شینهای ژنراتوری سیستم به ازای بار پایه و شرایط قبل از وقوع حادثه - شرایط بهرهبرداری پایه - را نشان میدهد. این جدول، برخی از توانهای حقیقی و راکتیو خروجی شینهای شبکه ایران، از مجموع 377 شین ژنراتوری شبکه، نشان میدهد.
