بخشی از مقاله
چکیده _ این مقاله یک روش احتمالاتی برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ با توجه به عدم قطعیت تولید توربینهای بادی ارائه میدهد. همبستگی بین تولید توربینهای باد در مدل احتمالاتی ارائه شده، درنظر گرفته شده است. براساس مدل پیشنهادی ماتریسی به نام ماتریس همبستگی تشکیل شده و براساس ماتریس موردنظر سناریوهای مختلف برای تولید توربینهای بادی تولید میشوند.
تغییر نقطه کار توان اکتیو و راکتیو تولیدی نیروگاهها، حذف و پاسخگویی بار راهکارهای پیشنهادی برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ بوده که به دو دسته وابسته به سناریو و مستقل از سناریو تقسیم میشوند. تغییر توان راکتیو نیروگاهها، پاسخگویی و حذف بار در دسته راهکارهای وابسته به سناریو قرار گرفته، در حالی که تغییر توان اکتیو نیروگاهها در دسته راهکارهای مستقل از سناریو جای میگیرد. شبیه-سازیها رو شبکه استاندارد 118 IEEE باسه انجام گرفته و نتایج اثر عدم قطعیت و وابستگی بهم تولید توربینهای بادی رو مسئله پیشگیری از ناپایداری ولتاژ را نشان میدهد.
مقدمه
پایداری ولتاژ به صورت توانایی سیستم در نگهداری ولتاژ پایدار در تمام باسها بعد از مواجهه با یک رخداد تعریف میشود.[1] یکی از دلایل عمده اکثر خاموشیها در سرتاسر جهان ناپایداری ولتاژ میباشد . بنابراین مطالعات زیادی در این زمینه انجام گرفته و راهکارهای متعددی جهت شناسایی و جلوگیری از ناپایداری ولتاژ ارائه شده است . به طور کلی تحقیقات در زمینه پایداری ولتاژ را میتوان به دو بخش تقسیم کرد:
-1 معیارهای ناپایداری ولتاژ: هدف این دسته ارائه معیارهایی جهت شناسایی ناپایداری ولتاژ و یا اندازهگیری حاشیه پایداری ولتاژ سیستم قدرت میباشد.
-2 راهکارهای اصلاحی و یا پیشگیرانه برای جلوگیری از ناپایداری ولتاژ شبکه: تحقیقات این دسته مربوط به ارائه راهکارهای اصلاحی و یا پیشگیرانه بهینه برای جلوگیری از ناپایداری ولتاژ و اطمینان از حاشیه پایداری ولتاژ مطلوب سیستم قدرت میباشد. راهکارهای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ به طور کلی عبارتند از: تغییر نقطه کار منابع توان اکتیو و راکتیو، پاسخگویی و حذف بار. حذف بار به عنوان مهمترین، پرهزینهترین و همچنین سریعترین راهکار پیشگیری از ناپایداری ولتاژ میباشد . مقالات مختلفی به ارائه یک روش حذف بار بهینه برای حفظ پایداری ولتاژ شبکه پرداختهاند.[4-2]
اما در اکثر مواقع حذف بار پر هزینه بوده و برای مشترکین امری ناخوشایند محسوب میشود. بنابراین، راهکارهایی مانند تغییر توان اکتیو و راکتیو نیروگاهها و پاسخگویی بار میتواند هزینههای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ را در حد امکان کاهش دهند. تعدادی از مقالات راهکارهای فوق الذکر را به منظور پیشگیری از ناپایداری ولتاژ به کار بستهاند. در مراجع[6-5] یک روش برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ براساس تفاوت مقدار توان ظاهری جاری شده در ترمینالهای ابتدا و انتهای خط انتقال ارائه شده است و به محض شناسایی شرایط بحرانی یک سیگنال به منابع تولید کننده توان راکتیو جهت افزایش تولیدشان ارسال میشود.
یک طرح جامع کنترل ولتاژ در مرجع[7] ارائه شده است. راهکارهای کنترلی در این مرجع شامل تغییر نقطه کار منابع تولید کننده توان اکتیو و راکتیو، پاسخگویی و حذف بار میباشد. جایابی آنلاین خازنهای قابل کلیدزنی برای جلوگیری از ناپایداری ولتاژ در مرجع[8] مورد توجه قرار گرفته است. این روش براساس اندازهگیری مقادیر واقعی ولتاژ و جریان بارهای سیستم قدرت میباشد. در این مرجع، عملیات کنترلی با استفاده از مفهوم ناحیه جذب اعمال شده است.
تغییر نقطه کار منابع تولید کننده توان راکتیو به عنوان راهکاری برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ در مرجع[9] مطرح شده است. در این مرجع منابع به دو نوع مهم و غیر مهم تقسیم شده و بهبود حاشیه پایداری ولتاژ سیستم قدرت با استفاده از افزایش یا کاهش تولید توان راکتیو در این دو دسته ژنراتور به صورت جداگانه انجام گرفته است.
ارزیابی اثر عدمقطعیتها در مرحله طراحی و همچنین بهرهبرداری سیستم قدرت یکی از نیازهای اساسی میباشد. باد یا به عبارت بهتر، تولید بادی یکی از پارامترهای مهم همراه با عدم قطعیت در سیستمهای قدرت میباشد. بنابراین، عدم قطعیت تولید نیروگاههای بادی باید در تحلیل سیستم قدرت مورد توجه قرار گیرد. مقالات مختلفی مدلسازی عدم قطعیت تولید توربین-های بادی را مورد توجه قرار دادهاند. مرجع[10] اثر عدم قطعیت تولید بادی و خورشیدی روی پاسخگویی بار بهینه را در یک میکروگرید جزیرهای مورد توجه قرار داده است.
یک روش برای طراحی و توسعه خطوط انتقال در محیط تجدید ساختار یافته با درنظر گرفتن عدم قطعیت باد در مرجع[11] مورد توجه قرار گرفته است. همبستگی توان بادی برای پخش بار بهینه احتمالی در مرجع[12] ارائه شده است. روش برآورد نقطهای برای حل پخش بار بهینه احتمالاتی در این مرجع مورد استفاده قرار گرفته است.
الگوریتم بهینهسازی براساس زیست جغرافیایی در مرجع[13] برای پخش بار بهینه احتمالاتی چند هدفه ارائه شده است. تبدیل نتف براساس روش برآورد نقطهای سنتی برای مدل کردن همبستگی بین توربینهای بادی در این مرجع مورد استفاده قرار گرفته است. یک روش برای استخراج راه حل مقاوم در مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاهها با قید امنیت در مرجع[14] مورد توجه بوده است. در این مسئله عدم قطعیت تولید بادی نیز در نظر گرفته شده است.
یک روش برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ با درنظر گرفتن عدم قطعیت تولید نیروگاههای بادی و بار در مرجع[ 15] ارائه شده است. هدف روش موردنظر، دستیابی به حاشیه پایداری ولتاژ مطلوب با کمترین هزینه ممکن میباشد. در این مرجع فرض شده که توان تولیدی توربینهای بادی و همچنین توان مصرفی بارها به طور همزمان و به یک اندازه افزایش یا کاهش مییابند که یک فرض ساده و به دور از واقعیت میباشد.
در این مقاله یک روش جدید برای پیشگیری از ناپایداری ولتاژ با درنظر گرفتن عدم قطعیت همبسته بهم تولید توربینهای بادی، مدل غیر خطی سیستم قدرت، هزینه راهکارهای پیشگیرانه و پاسخگویی بار ارائه شده است . اثر عدم قطعیت موردنظر و همچنین همبستگی بین تولید توربینهای بادی براساس سناریوهای تولیدی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
درنهایت، سازماندهی مقاله موردنظر به صورت زیر است. در بخش 2 مدلسازی عدم قطعیت همبسته بهم تولید توربینهای بادی ارائه شده است. فرمولاسیون مسئله پیشگیری از ناپایداری ولتاژ در بخش 3 بیان شده است. بخش 4 مربوط به سیستم شبیه سازی و تجزیه و تحلیل نتایج شبیه سازی بوده و درنهایت بخش 5 نتیجهگیری از مطالعه موردنظر را ارائه مینماید.
مدلسازی عدم قطعیت همبسته بهم تولید توربینهای بادی
بهطورکلی مقدار تولید توربینهای بادی در نقاط مختلف شبکه متأثر از شرایط جوی در منطقهموردنظر است. معمولاً توربینهایی که در شرایط جوی یکسان یا نزدیک بههم میباشند، دارای منحنی تولید توان مشابه در زمانهای مشخصی هستند. بنابراین هرچقدر شرایط جوی دو منطقه نزدیک بههم باشد، توان تولیدی توربینهای بادی آن دو منطقه همبستگی بیشتری با یکدیگر دارند. از این رو، مدلسازی عدم قطعیت تولید توان نیروگاههای بادی همبسته بهم و تولید سناریوهای مربوطه در این بخش ارائه خواهد شد.
فرمولاسیون مسئله پیشگیری از ناپایداری ولتاژ
یکی از معیارهای ارزیابی حاشیه پایداری ولتاژ باسهای سیستم قدرت استفاده از منحنی P-V هر باس است. این منحنی دامنه ولتاژ باس را برحسب توان جذب شده توسط باس نشان میدهد. شکل 1 منحنی P-V یک باس نمونه از سیستم قدرت میباشد. در این منحنی نقطه A متناظر با نقطه کار سیستم، نقطه B متناظر با مرز پایداری ولتاژ - نقطه فروپاشی ولتاژ - و λ حاشیه پایداری ولتاژ باس موردنظر میباشد.[7]
به منظور دستیابی به حاشیه پایداری ولتاژ مطلوب، توانهای اکتیو و راکتیو تولیدی ژنراتورهای سیستم قدرت میتواند تغییر یابد. در مواردی که توان کاهش مییابد معمولا هزینه فرصت به نیروگاه پرداخت میشود و در موارد افزایش توان باید هزینه توان الکتریکی به نیروگاه موردنظر پرداخت گردد. شکل 2 این فرضیه را برای توان اکتیو یک نیروگاه نمونه نشان میدهد.
