مقاله کنترل ریسک شبکه¬های توزیع تحت نفوذ خودروهای برقی

بخشی از مقاله

چکیده –

یکی از راهکارهایی که امروزه در شبکههای توزیع برای افزایش قابلیت اطمینان و کاهش ضریب ریسک مطرح است، استفاده از خودروهای برقی میباشد. از طرفی با توجه به اهمیت تامین برق پایدار مشترکین و قابلیت اطمینان شبکه، بهره برداری با دیدگاه سنتی نسبت به تعمیرات شبکه پاسخگوی این امر نمی باشد .

سیستم های توزیع انرژی الکتریکی باید بتوانند در یک درجه قابل قبول از اطمینان برای مشتری و یک هزینه قابل قبول برای تولید کننده را تامین نمایند .نگهداری و تعمیرات شبکه های توزیع به دلایل افزایش پایداری در حداکثر بار شبکه، کاهش ضرر ناشی از عدم فروش انرژی تولید شده، افزایش عمر تجهیزات و افزایش کیفیت انرژی تحویلی بسیار حائز اهمیت می باشد.

همچنین عدم رعایت برخی الزامات و اقدامات امنیتی ممکن است این فرصت را به یک تهدید تبدیل کند. اما عدم رعایت برخی الزامات و اقدامات امنیتی ممکن است این فرصت را به یک تهدید تبدیل کند. بنابراین باید ابزار های تسهیل کننده شناسایی گردد، ریسک های استفاده از این ابزار ها در نظر گرفته شود و بر اساس ریسک های شناسایی شده راهکار های مناسب ارائه شود. در این مقاله نحوه حضور و تعداد مناسب خودروهای برقی بهمنظور کاهش ریسک در شبکههای توزیع بررسی میشود.

-1 مقدمه

همه ساله حوادث گوناگونی در بخش توزیع و انتقال صنعت برق روی میدهد و خسارات جانی ومالی متعددی به بار میآورد . به طوری که گارسز و تکسری دی المدیا در سال 2014 به تعداد حوادث بالا در صنعت توزیع اشاره نموده است

جهت پیش گیری از وقوع حوادث، ابتدا باید علل حوادث را بررسی و پردازش نمود تا از تکرار حوادث مشابه جلوگیری کرد. ارزیابی ریسک یکی از مهمترین روشهای کنترل هدف مند خطرات در صنعت میباشد که در همین رابطه در سال2014 پینتو و همکاران در مطالعهای خاطرنشان کردند که مدیریت ریسک از مهمترین ابزارهای تعیین استراتژیهای کنترل است که باید در سطوح مختلف و ابعاد مختلف یک فرآیند کاری بررسی گردد

علاوه بر این موضوع، یکی از اساسیترین  و  پایهای  ترین  تسهیلات   زندگی انرژی الکتریکی میباشد و کوچکترین کوتاهی در تأمین  این انرژی مهم ممکن است صدمات جبران ناپذیری مانند یک  خاموشی  گسترده  را  به  همراه  داشته  باشد.

از  طرفی  رشد  روز   افزون تکنولوژی  باعث  کنترل  و  نظارت  از  راه  دور  از  طریق   سیستمهای اسکادا و اتوماسیون پستها شده است که کاهش  هزینهها، افزایش  بهرهوری  و  هوشمندسازی  شبکه  را  به  همراه   داشته  است. این تکنولوژیها فرصتهای جدیدی مانند دستیابی  از راه دور برای سرپرستی و نظارت را به شرکتهای برق منطقه-ای  ارائه  میکند.

 برخی  از  این  دستیابیهای  از  راه  دورقبلاً   نیز وجود داشته است ولی  سیستمهای مدرن امکانات  وسیعتری را در  عملیات  و  تعمیر  و  نگهداری  فراهم  میکنند ”تنظیم   پارامترهای  کنترل  یا  تشخیص  نظارت - همچنین  عدم  رعایت   برخی الزامات و اقدامات امنیتی ممکن است این فرصت را به یک تهدید تبدیل کند. بنابراین باید ابزارهای تسهیل کننده شناسایی  گردد،  ریسکهای استفاده از این ابزارها در نظر گرفته شود و بر  اساس ریسکهای شناسایی شده راهکارهای مناسب ارائه شود. در این مقاله زیرساختهای مورد نیاز شبکههای توزیع و حضور خودروهای برقی بررسی شده است.

-2 روش مدیریت ریسک بر اساس وضعیت - CBRM -

در این روش رویکردی جدید جهت مدیریت همزمان در زمینههای استفاده بهینه از منابع مالی و تجهیزات موجود جهت بیشترین بهرهوری و کمترین ریسک مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین یک فرآیند قدرتمند است که شرکتهای توزیع را قادر به استفاده از اطلاعات دارایی جاری میسازد و دانش مهندسی و تجربه عملی برای پیش بینی آینده شرایط دارایی، عملکرد و خطر برای داراییهای شبکه های توزیع برق را مهیا میسازد

این روش دارای مزایای کاهش عمر عملیاتی و سرمایهگذاری، انجام تعمیرات و نگهداری شبکه به روش دقیق و بهینهسازی مدیریت از دو بخش کلیدی مدیریت دارایی مبتنی بر CBRM دارایی میباشد که از شرایط و مدیریت ریسک تشکیل شده است. همچنین این روش فرآیندی میباشد که شرکتهای برق به کمک آن قادر خواهند بود با اطلاع از وضعیت تجهیز خود در مورد آن مدیریت داشته باشند تا بتوانند در مورد تخصیص و بهینهسازی بودجه بر اساس وضعیت دارائی خود تصمیم بگیرند. شکل شماره - - 1 بخشهای تشکیل دهنده CBRM را نشان می-دهد.

شکل - : - 1 بخش های تشکیل دهنده CBRM

-3 ریسک خودروهای برقی

حضور خودروهای الکتریکی به همراه تولیدات پراکنده در سیستم قدرت منجر به فواید و نیز ایجاد ریسکهای اجتناب-ناپذیری میشود. براساس نتایج این مراجع، خودروهای الکتریکی میتوانند بهعنوان ذخیرهساز انرژی تولیدات پراکنده عمل کنند. یعنی، تولیدات پراکنده مانند سلولهای خورشیدی عموماً در ساعات روز توان تولید میکنند. از این رو خودروهای الکتریکی در این ساعات توان از تولیدات پراکنده دریافت میکنند و در ساعات پیک بار به شبکه تحویل میدهند. از این رو، شاخصهای شبکه بهبود یافته، قابلیت اطمینان شبکه افزایش یافته و هزینه انرژی به مراتب کاهش مییابد.

کلمنت [4] تاثیر شارژ PHEVها را در شبکه توزیع خانگی مورد ارزیابی قرار داده است. سو [5] تأثیر مجموعهای از PHEVها بر شبکه را در سناریوهای مختلف شارژ مطالعه کرده است. روئی [6] تاثیر PHEV در سیستمهای قدرت را از جنبههای مختلف مورد ارزیابی قرار داده است.

بسته به موقعیت سیستم شارژ خودروها، کنترل شارژ خودروها میتواند به دو بخش شارژ خانگی و شارژ در جایگاههای عمومی تقسیم شود. در یک جایگاه عمومی ممکن است هزاران خودرو جهت شارژ وجود داشته باشند که باید شارژ این خودروها به دقت مدیریت شود. به عنوان نمونه زمانی که مردم اول صبح سر کار میرسند، میخواهند خودرو خود را شارژ نمایند که بایستی شارژ آنها طبق برنامه مدیریت شود. در غیر اینصورت شبکه با اضافه بار مواجه شود و باعث قطعی شبکه خواهد شد.

تأثیر شارژ خودروها بر روی یک فیدر توزیع نوعی در مقاله [7] بررسی شده است. دو استراتژی برای شارژ در نظر گرفته شده یکی اینکه تمام خودروها در یک ساعت خاص شارژ شوند و دیگر اینکه خودروها در ساعات کم باری شارژ شوند. با توجه با اینکه هیچ یک از سناریوها به اضافه بار ترانس منجر نشدند عمل شارژ سریع هم انجام شد که منجر به اضافه بار ترانس در ساعت 6 شد. آخرین سناریو که به آن پرداخته شد تعداد 5 خودرو به ازای هر ترانس بود که مطمئناً به اضافه ترانس منجر میشود به همین دلیل دو روش برای جلوگیری از این اتفاق پیشنهاد شد. یکی شارژ یکی در میان خودروها و دیگری قطع بارهای غیرضروری خانه در زمان شارژ خودرو.

-1-3  ریسک ناشی از شارژ و دشارژ باتری خودروها

شارژر خودروهای الکتریکی بهصورت آنبورد1 و آفبورد2 ساخته میشود. بهطوریکه در شارژر آنبورد ساختار الکترونیکی موردنیاز در داخل خودرو قرار داده شده و احتیاج به لوازم اضافی در بیرون خودرو نیست. این شارژرها دارای سرعت شارژ کم میباشند. شارژرهای آفبورد جهت شارژ سریع خودرو به کار میروند. کلیهی تجهیزات الکترونیکی این شارژرها در یک جایگاه شارژ نصب میشود

استانداردهای چادمو ،IEEE P2030 و IEC 61851 مشخصات جایگاههای شارژ سریع را بیان کردهاند .[9] راندمان، کیفیت توان، مشخصات تکنیکی [4] و قابلیت V2X3 باید در طراحی جایگاه شارژ سریع مدنظر قرار گیرد. طراحی جایگاههای شارژ سریع در [10] انجام شده است.

با توجه به نگرانیهای زیست محیطی و ویژگیهای مثبت اتصال خودروهای برقی به شبکه، تعداد خودروهای برقی روز به روز در حال افزایش است، به گونهای که طبق گزارش [2] تعداد خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه - PHEV - 3 در سال 2020 نسبت به سال 2010، 44 درصد افزایش مییابد. همچنین وزارت انرژی ایالات متحده طبق گزارشی اعلام کرده است که فروش سالانه خودروهای برقی در سال 2035 به بیش از 300 هزار خودرو در سال افزایش مییابد.

-4 مراحل اجرای - CBRM -

برای ایجاد یک مدیریت کارآمد برای نگهداری تجهیزات شبکههای توزیع برق، ضرورت دارد ابتدا منظور از وضعیت، تعریف و مشخص گردد. امروزه به عنوان مفهوم و یا ابزاری که ما را به میزان عمر باقیمانده HI از شاخص برای گستره وسیعی از تجهیزات نزدیک میکند استفاده میشود.

این شاخص از مجموعه بازدیدها و کنترلهایی که برای اطمینان از وضعیت تجهیزات شبکه توزیع برق لازم است انجام شود تعیین می گردد. سپس احتمال اشکال در تجهیز مشخص می شود. در مرحله بعد وضعیت آتی تجهیزات و احتمال اشکال در آینده تعیین می گردد و پس از وضعیت کلی تجهیز، احتمال اشکال در آن با یک عدد مشخص می گردد.[10] بنابراین با حصول چنین اطلاعات مهمی قادر خواهیم بود در مورد نحوه تخصیص بودجه و سرمایه گذاری جهت بهینهسازی هر گروه از تجهیزات شبکه برق اقدام نمائیم. شاخص سلامت و نگهداری تاسیسات بطور کلی عبارت است از محاسبه یک شاخص کمی برای تعیین میزان پیگیری و تمرکز در نگهداری موثر تاسیسات و حفظ تجهیزات شبکه.[11] اقدامات لازم در جهت کلیه تاسیسات شبکه های توزیع برق HI پیاده سازی و محاسبه شاخص به شرح ذیل می باشد:

1.    تعیین پارامترهای موثر در نگهداری و سلامت تاسیسات هر تجهیز با نظر خبرگان

2.    وزن دهی پارامترهای موثر در شبکه توزیع بر اساس اهمیت نسبی آنها در مقایسه با یکدیگر

3.    Thermography

4.    Ultrasonic

5.    بررسی حالتهای مختلف هر پارامتر و تدوین روند مقدار دهی پارامتر با بازدید ماهیانه شبکه توزیع برق توسط کارشناسان فنی و با تجربه

6.    محاسبه شاخص سلامت هر تجهیز و یا هر بخشی از شبکه توزیع بر اساس جمع وزن دهی مقادیر تخصیص داده شده به پارامترها

7.    محاسبه شاخص کل تاسیسات برای هر بخش از شبکه توزیع شهرستانها و تعیین برنامه انجام تعمیرات مورد نیاز همچنین شاخص سلامت فقط برای تجهیزاتی که در صورت خرابی منجر به قطعی شبکه فشارمتوسط میگردد، در نظر گرفته شده است.

در واقع شاخص سلامت هر تجهیز مجموعهای چند بخشی است که هر بخش معرف یکی از عوامل پیری تجهیز می باشد. چون بیان خرابی یک تجهیز توسط یک مقدار کمی توسط کارشناساین بسیار مشکل است لذا مقادیر تعریف شده بر اساس شدت عواقب ناشی از خرابی در تجهیز تعریف شده است. جدول شماره - 1 - معیار شدت عواقب و مقدار عددی آنها را نشان می دهد.