بخشی از مقاله
چکیده
تنظیم بهینه ولتاژ یکی از مسایل مهم مطرح شده در مورد شبکه الکتریکی هوشمند میباشد.نوآوریهای شبکه هوشمند بر روی چندین عامل استوار است که یکی از مهمترین این موارد نفوذ منابع تولید پراکنده میباشد. نفوذ منابع تولید پراکندهای همچون سیستمهای بادی و سیستمهای فتوولتاییک در سیستمهای قدرت به طور پیوستهای در حال افزایش میباشد.
با آنکه سیستمهای تولید پراکنده دارای تاثیرات مناسب در مواردی همچون قابلیت اعتماد و تلفات توان هستند، گاهی اوقات به دلیل تولید توانی که با شرایت شبکه سازگار نیست دچار مشکلاتی در کنترل ولتاژ میشود. به ویژه انتظار میرود منابع تولید پراکنده باعث افزایش عملیات کلیدزنی تجهیزات کنترل ولتاژ معمولی همچون ترانسفورماتورهای تغییر دهنده تپ و خازنهای موازی شوند. به منظور بررسی مدلهای پیشنهادی در این مقاله از شبکه توزیع نمونه واقعی 27 شینه شهر مشکین شهر استفاده شده است.
-1 مقدمه
در سیستمهای توزیع فعلی و آینده که در آن انواع گوناگونی از منابع پراکنده انرژی در شبکه تعبیه میشوند، عملکرد، مقولهای چالش برانگیز بوده و پایش و کنترل هوشمند برای فائق آمدن بر این چالشها، ابزاری حیاتی میباشند.در دهه گذشته، در مهندسی سیستم توان،پایش همزمان شبکه توزیع یک بحث داغ بوده است. در سیستمهای توان به منظور کمک به بهرهبردارها جهت مدیریت موثر این سیستمها، سیستمهای کنترلی و راههای مختلف ارتباطی جدیدی تعبیه شدهاند.
در این مقاله، یک روش کنترل بلادرنگ ولتاژ ارائه شده است که از کاهش بار به عنوان بخشی از برنامههایپاسخگویی بار جهت حفظ ولتاژ فیدرهایتوزیع در گسترهمعین استفاده میکند. از آنجایی که تولید تجدیدپذیر و تغییرات غیرقابل پیشبینی در تقاضای بار و همچنین پیشامدهای شبکه توزیع معمولاً در برخی شینهای تخطی از ولتاژ را تشخیص میدهند. کنترل بلادرنگ ولتاژ که در اینجا پیشنهاد شده است، با این فرض که در برخی از شینها امکان تخطی ولتاژ وجود دارد،صورت داده شده است. فرض شده که در شرایط عادی، کنترل ولتاژ بر اساس یک برنامه کنترل ولتاژ انجام میگیرد که در روز ماقبل اجرای برنامهها، از قبل زمانبندی میشود.
-2برخی از ویژگیهای شبکه هوشمند
امروزه شرکتهای برق در سراسر جهان با مشکلات زیادی روبرو میباشند. به عنوان مثال در حال حاضر تنها یک سوم از انرژی سوختی مورد استفاده به انرژی الکتریکی تبدیل میشود و گرمای تلف شده نیز بازیابی نمیگردد. همچنین کمبود انرژی و وجود آلایندههای زیست محیطی از جمله این مشکلات میباشند. شبکه برق فعلی ذاتاً دارای ارتباط یکطرفه میباشد. علاوه بر این به علت ساختار سلسله مراتبی شبکه برق موجود از خطاهای سلسلهوار رنج میبرد. این گونه مشکلات با وجود شبکه برق فعلی قابل حل نخواهند بود. .[1]
شبکههای هوشمند با هدف رفع مشکلات فعلی و مدیریت بهتر و کارآمدتر سیستم قدرت مطرح شدند. این شبکهها امکان پایش کامل و کنترل لحظه به لحظه تجهیزات را برای شبکههای برق فراهم میکنند. انتظار میرود که ایجاد این شبکهها، کنترل و بهرهبرداری سیستم قدرت را بهبود بخشد و امکان استفاده گسترده از تولیدات پراکنده را فراهم کند.
شبکه هوشمند باید قادر به ترمیم خود و بازگشت سریع به شرایط مطلوب با وجود خطاهای ایجاد شده باشد. همچنین شبکههای هوشمند خودگردان خود را در جهت یافتن راههای جدید جهت انجام مبادلات اقتصادی انرژی در سیستم قدرت یاری خواهند کرد. به طور کلی باید گفت هنوز تعریف جامعی برای شبکههای الکتریکی هوشمند ارائه نگردیدهاست. نهادهای بینالمللی مختلف در حال تجربه کردن سناریوهای مختلفی هستند تا شاید بتوانند به یک جمع بندی واحد در این زمینه برسند.
حال به پارهای از ویژگیهای شبکه هوشمند میپردازیم. شبکه هوشمند به طور معمول به شرکت توزیع برق امکان نظارت از راه دور و اعمال فرمان و کنترل تجهیزات شبکه را به صورت لحظهای میدهد. شبکه هوشمند میتواند با ایجاد ارتباط بین اجزای شبکه و مشترکان، به کمک نرمافزارهای هوشمند نسبت به بازیابی خودکار شبکه، پخش بار خودکار شبکه به منظور کاهش تلفات و استفاده بهینه از تجهیزات و... اقدام کند. ویژگی دیگر شبکه هوشمند فراهم آوردن امکان اتصال مولدهای کوچک به شبکه توزیع است. توضیحاتی در مورد ویژگیهای شبکه هوشمند:
· تنوع در گزینههای تولید: شبکه هوشمند میتواند انرژی تولیدی از منابع مختلف و تجدیدپذیر را به شبکه متصل کند.
· مدیریت مصرف: توسعه شبکه هوشمند امکان کنترل دقیق روزانه میزان مصرف انرژی را به مشترکان میدهد.
· افزایش کیفیت توان شبکه: شبکه هوشمند با کاهش خاموشیها و افزایش کیفیت برق، به مصرفکنندگان این اطمینان را میدهد که هر زمان متقاضی انرژی گردند، میتوانند انرژی موردنیاز خود را از شبکه یا مصرفکنندگان دیگر کسب کنند.
· کارایی و بهینه سازی: شبکههوشمندمیتواند با استفاده از زیرساختهایموجود و کاهشتلفاتحداکثر انرژیرا انتقال دهد.
· استفاده از تمامی منابع تولید و ذخیره انرژی: شبکه هوشمند تمامی منابع تولید را به هم پیوند میزند تا مشتری به یک منبع انرژی دست یابد. با استفاده از تجهیزات ذخیره انرژی این اطمینان حاصل میشود که انرژی تلف نخواهد شد.
· قابلیت خود ترمیمی: شبکه هوشمند قادر است خطاهای ایجاد شده در شبکه را شناسایی و نسبت به رفع خودکار اختلالات اقدام کند.
بازار خرده فروشی برق: شبکههای هوشمند باعث رونق بازار برق میشود. به عنوان مثال وجود مولدهای بسیار ریز در شبکه باعث میشود منبع خوبدرآمدی برای اقتصادمحلی به وجود آید.
-3پاسخگویی بار در شرایط اضطراری و کنترل ولتاژ
کنترل ولتاژ میتواند در هر سطحی از سیستم توان - تولید، انتقال، توزیع - بواسطه خازنهای موازی، تپ چنجرها، تولید پراکنده و کاهش تقاضا صورت پذیرد. وقتی برخی از مصرفکنندگان موافقت میکنند که تقاضای بار خود را کاهش دهند، پخش توان اکتیو و راکتیو در فیدرها کاهش مییابد و به تبع آن، افت ولتاژ در شبکه توزیع نیز میتواند به نحوی جبران گردد که ولتاژ شینها از محدودیتهای ولتاژ تخطی نکنند.
برای مشتریانی که در زمان رویدادهای مربوط به قابلیت اطمینان بار خود را کاهش میدهند، پرداختهای تشویقی در نظر میگیرند. سطح پرداخت عمولاً از قبل تعیین میشود، در زمانی که پیشامدی در شبکه رخمیدهد،بهرهبردار سیستم مشتریان متعهد را برای کاهش بار خود فرا میخواند. مدت زمان پاسخ به ماهیت رویداد وابسته است.[2]
بارهای واکنشگر1قبلاً قرارداد مشارکت خود را امضاء نمودهاند و فقط انتخاب آنها به صورت بلادرنگ توسط بهرهبردار سیستم توزیع 2 - DSO - صورت میگیرد.[3] جهت تنظیم ولتاژ در شینها، کنترل تپ چنجر اصلی انتقال و کاهش تقاضا مدنظر است. حتی اگر اثر سایر دستگاههای کنترل ولتاژ نظیر خازنهای کلیدزنی و 3DGها را بتوان به حساب آورد، هدف اصلی روش پیشنهادی برآورد کارآیی پاسخگویی بار در فرآیند کنترل ولتاژ میباشد.
-1-3تخمین ولتاژ بین شینهایDG
در یک فیدر، در برخی از شینها سطوح ولتاژ ممکن است از محدودههای مجاز عبور کنند که علت این امر میتواند هم تغییرات تقاضای توان بار و هم تزریق توان از جانب تعدادی DG باشد. در چنین حالاتی،تنظیم ولتاژ به بیشترین و کمترین برآورد ولتاژ در فیدر نیاز دارد. در یک سیستم توزیع معمولی،بیشترین ولتاژ میتواند در شینفرعی،شینهایDG یا شینهای خازن روی دهد. با این حال، نقطه دارای کمترین ولتاژ میتواند در شینهای انتهایی یا میانی DGقرار گیرد.[4]
نقاط مینیمم ولتاژ معمولاً فقط میتوانند در انتهای فیدرها و همچنین بین شینهای اتصال DGحضور داشته باشند. ولتاژ نقاط پایانی میتواند توسط 4PMU قرائت شده و یا با استفاده از برآورد نقطه مینیمم ولتاژ در بین شینهای واحدهای DG، تخمین زده شود. برای برآورد نقطه مینیمم ولتاژ، فرض میشود که بار بین دو واحدDG در میانه مسیر متمرکز است.
-2-3پیکربندی پیشنهادی برای سیستم
رهیافتهای 1SCADA برای سیستمهای مدیریت توزیع 2 - DMS - در راستای پایش و کنترل، مزایای زیادی در اختیار میگذارند. SCADAجدید، امکان پایش مناسب تجهیزات به منظور حفظ عملیات در سطح بهینه از طریق تشخیص و تصحیح مشکلات قبل از آنکه به خطاهای حاد سیستمی مبدل شوند، را میسر میسازد.
یک سیستم SCADA از تعدادی واحدهای
ترمینال دور PMU - ها - تشکیل شده که دادههای میدانی را گردآوری و به یک شین اصلی از طریق یک راه ارتباطی میفرستد. PMU اینترفیسی - رابطی - برای حسگرهای آنالوگ و دیجیتال میدان در هر کدام از واحدهای دور فراهم میسازد. واحد اصلی دادههای جمعآوری شده را نمایش داده و همچنین این امکان را به وجود میآورد که بهرهبردار اقدامات کنترل از راه دور را صورت دهد.[7-6]
نرمافزار بهینه سازی Volt/VAr بخشی از DMS است که سطح ولتاژ مشتری را به منظور پیادهسازی قابلیت اطمینان الکتریکی، پروسههای بهینهسازی ولتاژ و ولت-آمپر، پردازش میکند. نرمافزار بهینهسازی Volt/VAr مسئول زمان بندی ولتاژ و توان راکتیو در روز ماقبل و همچنین کنترل بلادرنگ ولتاژ میباشد. این تحقیق بر پیاده سازی کنترل Volt/VAr به صورت بلادرنگ تمرکز دارد. DMS دادههای مورد نیاز را از SCADA اصلی دریافت میکند که SCADAنیز دادهها را از PMUها، سیستمهای اطلاعات جغرافیایی - 3GIS - و سیستمهای اطلاعات مشتری 4 - CIS - گردآوری میکند.
همچنین وضعیت فعلی کارکرد تجهیزات مانند DGها، تپ چنجرها و خازنهای کلیدزنی به عنوان اطلاعات ورودی برای DMS مورد نیاز است تا فرآیندهای کنترلی لازم را اجرایی کند. با شروع از PMU، سنجش و محاسبات درونی توسط هر کدام از PMUها انجام شده و پارامترهای معین به PMU بعدی فرستاده میشود. این فرایند تا زمانی که دادهها به سیستم اصلی مدیریت داده SCADA برسد، ادامه داده میشود. این دادههای دریافتی از PMUها به DMS فرستاده میشوند.
در این وهله، برای تعیین کاهش بار مورد نیاز جهت ارتقاء پروفیل ولتاژ، الگوریتم پیشنهادی اجرا میشود. سپس، نتایج خروجی از نرم افزار کنترل بلادرنگ ولتاژ به SCADA اصلی فرستاده میشود. در خاتمه، SCADA اصلی از طریق یک لینک ارتباطی، درخواست کاهش بار را به مشتریان انتخابی جهت کاهش مصرف آنها، میفرستد.
