پاورپوینت امنیت سیستم و خدمات جانبی در بازارهای برق : بازار برق-بارفروشی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

امنیت سیستم و خدمات جانبی در بازارهای برق
فصل پنجم
بازار برق-بارفروشی

اسلاید 2 :

فهرست مطالب
مقدمه
شرح نیازها
مسائل مربوط به تعادل در سیستم قدرت
مسائل مربوط به شبکه
بازیابی سیستم
روشهای تامین خدمات جانبی
روش اجباری
برپایی بازار خدمات جانبی
فراهم سازی خدمات جانبی توسط سمت تقاضا
خرید خدمات جانبی
کمی سازی نیاز به خدمات جانبی
بهینه سازی همزمان ذخیره و انرژی در بازار برق متمرکز
تخصیص هزینه ها
فروش خدمات جانبی
بازار برق-بارفروشی

اسلاید 3 :

مقدمه

بازار انرژي الكتريكي، تنها به پشتوانه يك سيستم قدرت شكل مي گيرد.
محدودیتی که شرکت کنندگان در بازار برق دارند این است که باید در همین بستر سیستم قدرت به مبادله انرژی بپردازند. لذا این بستر باید از امنیت قابل قبولی برخوردار باشد.
امنیت سیستم قدرت: قابلیت حفظ تداوم عملکرد سیستم قدرت در شرایط عادی و وقوع پیشامد؛ (حفظ ولتاژ شینها و توان عبوری از خطوط و ترانسفورماتورها)
بهر ه برداران باید اقدامات اصلاحي و پيشگيرانه را در مواجهه با حوادث ممكن، به کار می گیرند.
معيارهاي پيشگيرانه به گونه اي طراحي مي شوند كه سيستم در وضعيتي قرار گيرد كه
رخداد يك حادثه باعث ناپايداري آن نشود.
در عمل اين به معناي كار كردن سيستم در كمتر از ظرفيت كامل آن است. از منظر بازار، این به معنای عدم مکان برخي مبادلات است.
بازار برق-بارفروشی

اسلاید 4 :

مثال

اگر ظرفیت واحدهای تولید، هریک، 100 مگاوات باشد حداکثر بار قابل تامین به صورت ایمن، 100 مگاوات است. چون برای محدودسازي عواقب ناشي از يك پیشامد ، باید اقدام اصلاحی انجام شود (یعنی به اندازه توان یکی از واحدها باید ذخیره در سیستم وجود داشته باشد).
در يك محيط سنتي همه منابعي كه در اقدام اصلاحي به کار گرفته می شوند، تحت كنترل یک نهاد هستند (شركت يكپارچه عمودي).

لیکن در يك محيط رقابتي برخي از اين منابع، متعلق به سایرشركت كنندگان مي باشد.
بنابراين آنها ديگر آزادانه در اختيار بهره بردار سيستم نمي باشند و بايد به عنوان خدمتي تلقّي شوند
كه باید خريداري شوند. اين گونه خدمات را خدمات جانبي مي ناميم؛ زيرا وظيفه پشتيباني از مبادلات انرژی (بعنوان كالاي اصلي) را بر عهده دارند.
بازار برق-بارفروشی

اسلاید 5 :

خدمات جانبی نیاز به مکانیزم جداگانه دارند

در حالي كه برخي خدمات جانبي، به تحويل انرژي الكتريكي منجر می شوند، اما ً اهميت اين خدمات، بیشتر به خاطر پتانسیل آنها برای تامین انرژی و یا آمادگی برای ارائه سایر خدمات است.
در نتيجه ارزش گذاری آنها بايد بر اساس توانایی در پاسخ گويي به نيازها ، انجام شود.
از این رو، پرداخت بابت خدمات جانبي، نبايد بر مبنای انرژي انجام شود. بلکه باید سازوكار جداگانه اي براي تضمين تأمين آنها و نيز پرداخت بابت اين خدمات ضروری در نظر گرفت.
بعضی از خدمات جانبی منجر به تحویل انرژی نمی شوند، بلکه اهمیت آنها به لحاظ وجود پتانسیل برای تامین انرژی (درصورت نیاز) است

اسلاید 6 :

در تبیین دلایل نیاز به خدمات جانبی می توان به موضوعات مهم اشاره کرد.
مسایل مربوط به تعادل در سیستم قدرت (ضرورت کنترل فرکانس و تبادل بین نواحی؛ هم تولید و هم مصرف به تغییرات فرکانس حساسند).
مسایل مربوط به شبکه
مسایل مربوط به بازیابی سیستم قدرت
شرح نیازها به خدمات جانبی

اسلاید 7 :

مسایل مربوط به تعادل در سیستم قدرت

تعادل بین بار و تولید، در اثر تغییرات پیوسته بارها، کنترل ناصحیح خروجی ژنراتورها، و خروج ناگهانی واحد تولید و یا خط انتقال، بهم می خورد.

گاهی اوقات این عدم تعادلها؛ با انحرافهای بزرگ فرکانس همراه است، که ممکن است موجب فروپاشی سیستم شود.

انحرافات کوچک فرکانس هم باید سریعاً برطرف شوند ، چون باعث تضعیف سیستم قدرت می شوند و توانایی سیستم در مواجهه با پیشامدها را تضعیف می کنند.

اسلاید 8 :

مثال 5-2

انرژی معامله شده در بازار توسط تابع پلکانی نشان داده شده است. که با بار واقعی متفاوت است زیرا اولاً بدیهی است که قادر به دنبال کردن تغییرات تصادفی و چرخه ای بار در هر دوره نیست؛ ثانیاً همواره پیش بینی تقاضا با خطا همراه است.

همچنین تابع پلکانی نشان دهنده تولید انتظاری هم می باشد . عملاً واحدها نمی توانند این تغییرات را با دقت کامل برآورد ه سازند.، بطوریکه علاوه بر تفاوتهای جزئی در هر دوره، تفاوتهایی در گذر بین دوره ها وجود دارد. (به دلیل محدودیت نرخ تنظیم واحدهای تولید). همچنین در دوره 4، خروج ناگهانی واحد تولید به عنوان عاملی از عدم تعادل عمده نشان داده شده است.

اسلاید 9 :

مثال 5-2؛ عدم تعادل

عدم تعادل بین تولید واقعی وبار، دارای سه مولفه وابسته به زمان است: تغییرات تصادفی سریع، تغییرات چرخه ای کندتر، کمبودهای بزرگ موردی (ناشی از وقفه تولید)
برای مواجهه با هریک از این عوامل، اپراتور سیستم باید خدمات جانبی مورد نیاز را تامین کند.

اسلاید 10 :

عدم تعادل

خدمت تنظیم (regulation service): برای پاسخگویی به تغییرات سریع بارها و تغییرات کوچک ناخواسته در تولید طراحی می شوند.(حفظ فرکانس در مقدار نامی یا در نزدیکی آن)

واحدهای تولیدی که از سرعت خوبی برخوردار هستند، این خدمت را ارائه می دهند. (واحدهای مجهز به گاورنر با ضریب تنظیم معین)

خدمت ردگیری بار (load-following service): برای جبران عدم تعادل ناشی از تغییرات کندتر و بین دوره ای بار. واحدها باید توانایی این خدمت را داشته باشند

خدمات تنظیم، بطور نسبی کم؛ و خدمات ردگیری بار به خوبی قابل پیش بینی هستند؛ و نیز اقدامات پیشگیرانه محسوب می شوند.

خدمت ذخیره(reserve service): برای جبران عدم تعادل ناشی از کمبود تولید زیاد که پایداری سیستم را تهدید میکنند، طراحی می شوند. این خدمت برای تامین اقدام اصلاحی استفاده می شود.

خدمت ذخیره در دو گروه تقسیم بندی می شود:

ذخیره چرخان (دارای پاسخ سریع نسبت به تغییر فرکانس باشند و ظرفیت ذخیره آنها باید به سرعت در دسترس باشد)

ذخیره غیرچرخان (ذخیره تکمیلی): مجبور به پاسخ سریع نیستند. از منابعی که با شبکه سنکرون نیستند اما امکان عملکرد سریع را دارند، استفاده می شود. بارهای قابل قطع هم از مصادیق این خدمت می باشند. در تعريف خدمات ذخيره، علاوه بر سرعت و نرخ پاسخ، ميزان زماني كه طي آن واحدهاي توليدي بايد بتوانند اين پاسخ را حفظ كنند، مشخص مي شود.

اسلاید 11 :

عدم تعادل

به طور كلي، اگر زماني كه بين بسته شدن بازارآزاد و زمان - واقعي سپري ميشود، كوتاه باشد، بهره بردار سيستم مي تواند بخش عمده اي از نيازهاي متعادل سازي را از بازار لحظه اي بخرد.

از سوي ديگر اگر بازار بر اساس روز بعد كار كند، احتمالاً يك سازوكار پيچيده براي تدارك خدمات متعادل سازي مورد نياز است.

، مهمترين عامل در تعيين توانايي یک واحد تولید در ارائه خدمات متعادل سازي، نرخ تنظيم خروجي آن است. در برخي موارد، مكان واحد در شبكه ممكن است روي توانايي آن در ارائه اين خدمات تأثير بگذارد. يك نيروگاه كه از طريق يك خط انتقال با تراكم دائمي به قسمت سيستم متصل است، گزينه مناسبی براي ارائه اين خدمات نيست.

اسلاید 12 :

مثال 5-3-پاسخ فركانسي سيستم در پي يك خروج عمده توليد و پاسخ خدمات ذخيره

اسلاید 13 :

مسایل مربوط به شبکه و ضرورت اقدامات پیشگیرانه

محدوديت هاي انتقال توان :
اولاً : با توجه به اینکه تغییرات بارها و تولید، ولتاژ شینها وفلوی خطوط و ترانسفورماتورها را تحت تاثیر قرار می دهد، باید تاثیر این تغییرات در امنیت سیستم قدرت توسط اپراتور تحت نظارت باشد.بطوریکه موجب نقض قیود امنیت نشود.

ثانیاً: هیچ پیشامدی نباید منجر به ناپایداری سیستم شود. این ناپایداریها به چند شکل ظاهر می شوند:
اضافه بارشدن خطوط و ترانسفورماتورها ناشی ازخروج یک خط انتقال. (ممکن است خروج های زنجیره ای را به دنبال داشته باشد)

فروپاشی ولتاژ ناشی از قطع واحد تولید یا تجهیز جبران سازی توان راکتیو
ناپایداری زاویه ای روتور ناشی از وقوع خطا در خط انتقال مهم
وقتی حالت سیستم به گونه ای است که یک پیشامد محتمل، می تواند زمینه هریک از ناپایداریها باشد، بهره بردار سیستم باید اقدامات پیشگیرانه را فراهم نماید

اسلاید 14 :

مسایل مربوط به شبکه و ضرورت اقدامات پیشگیرانه

برخی از اقدامات پیشگیرانه، کم هزینه اند. نظیرافزایش حاشیه پایداری ولتاژ از طریق تنظیم تپ ترانسفورماتورها، تنظیم ولتاژ مرجع ژنراتورها؛ کلیدزنی بانکهای خازنی و راکتوری؛ یا تنظیم جابجاگر فاز، برای کنترل توان اکتیو عبوری در شبکه انتقال و حذف اضافه بار خطوط
اگرچه این اقدامات اثرگذارند، اما تاثیر محدودی در افزایش امینت سیستم دارند.

با افزایش بار در سیستم، شرایطی ایجاد خواهد شد که فقط با اعمال محدودیت در خطوط میتوان امنیت سیستم را حفظ کرد. این قیود، توان تولیدی واحدهای نیروگاهی واقع در بالادست خطوط بحرانی را محدود خواهد کرد و فرصت فروش انرژی را از این تولید کنندگان سلب می کند.

اسلاید 15 :

اگر ظرفیت هر خط، 200مگاوات باشد؛ حداکثر توان قابل تحویل در شین B 200 مگاوات خواهد بود.(با ملاحظه پیشامد خروج یک خط)

اگر هر خط بتواند 10% اضافه بار را به مدت محدودی تحمل نماید؛ حداکثر توان قابل تحویل 220 مگاوات خواهد بود.

برای ملاحظه پایداری گذرا، با فرض ثابت اینرسی H=2 s؛ و راکتانس گذرای 0.9pu و راکتانس هر خط معادل 0.3pu و ولتاژ هر شین مساوی 1.0pu و وقوع خطال در نزدیکی شین A و رفع آن پس از 100 میلی ثانیه، حداکثر توان قابل انتقال از A به B برای حفظ پایداری گذرا ، برابر 108 مگاوات می باشد.

برای ملاحظه پایداری ولتاژ؛ میزان تامین توان راکتیو در B تاثیر زیادی بر انتقال توان دارد.

اگر پشتیبانی توان راکتیو در شین B وجود نداشته باشد، در شرایطی که ولتاژ B از 0.95 کمتر نشود، 198 مگاوات به B قابل تحویل خواهد بود. اما اگر یک خط از مدار خارج شود، برای حفظ پایداری ولتاژ؛ توان قابل تحویل در B به 166 مگاوات محدود خواهد شد.

اما اگر در شین B به میزان 25 مگاوار پشتیبانی توان راکتیو وجود داشته باشد، حداکثر توان قابل انتقال برای حفظ پایداری ولتاژ، 190 مگاوات می باشد.

معیار پایداری ولتاژ در این بررسی، همگرایی پخش بار بوده است.
در این مثال، پایداری ولتاژ بیشترین محدودیت را بر توان انتقالی اعمال نموده است.
مثال 5-4: بررسی حداکثر توان تحویلی ژنراتور A به شین B

اسلاید 16 :

خدمت کنترل ولتاژ و پشتیبانی توان راکتیو

از طریق منابعی که تحت کنترل مستقیم بهره بردار قرار دارند (خازنها، راکتورها و جبران کننده های استاتیکی ) قابل تامین است.

لیکن، واحدهای تولید، مهمترین منابع تامین توان راکتیو می باشند. لذا در تعریف خدمت کنترل ولتاژ، شرایط و نحوه استفاده از منابع تحت مالکیت شرکتهای تولید باید مشخص شوند. ژنراتورهای تامین کننده این خدمت، علاوه بر تولید توان اکتیو، به تبادل توان راکتیو با شبکه می پردازند.
همچنین این خدمت می تواند از طریق ایجاد بازار توان راکتیو فراهم گردد.
در تامین خدمت کنترل ولتاژ، باید پیشامدها هم درنظر گرفته شوند.

اسلاید 17 :

مثال5-5:بررسی ماهیت خدمت کنترل ولتاژ

نحوه کنترل ولتاژ شین B ؟ (تزریق توان راکتیو در شین B و از طریق توان راکتیو ژنراتور شین A)
فرض: ضریب قدرت بار B واحد باشد. ولتاژ شین A در مقدار نامی تثبیت شده باشد.

نمودار توان راکتیو تزریقی در شین B بر حسب توانهای انتقالی از A به B در شکل 5-6 نشان داده شده است.
وقتی توان انتقالی از Aبه B کوچک است، توان راکتیو خازنهای خط از توان راکتیو مصرفی راکتانس خط بیشتر است. ژنراتور شینB باید توان راکتیو اضافی را جذب کند تا در این شین اضافه ولتاژ ایجاد نشود.

در توان انتقالی بین 100 تا 145 مگاوات، تعادل توان راکتیو تولیدی خازن خط و مصرفی راکتانس خط به گونه ای است که ولتاژ در حدود قابل قبول خود باقی می ماند. در این شرایط نیازی به تزریق توان راکتیو در شین B نمی باشد.

وقتی انتقال توان از 145 مگاوات بیشتر می شود، برای حفظ ولتاژ، باید تلفات راکتیو خطوط از طریق تزریق توان راکتیو در شین B جبران شود.

اسلاید 18 :

اگر ژنراتور B از مدار خارج شود، ولتاژ شین B باید توسط ژنراتور A کنترل شود. در توان انتقالی کم، ولتاژ در شین B بالا خواهد بود. برای کنترل این ولتاژ، باید ولتاژ ژنراتور شین A، کاهش یابد و لازمه آن جذب توان راکتیو توسط ژنراتور A است. در انتقال توان 49 مگاوات، ولتاژ شین B در حداکثر مجاز، و ولتاژ شین A در حداقل محاز قرار دارند. لذا انتقال توان کمتر از 49 مگاوات مجاز نیست.

در انتقال توان بالا، ولتاژ شین Aباید افزایش یابد تا ولتاژ شین B در مقدار حداقل خود قرار گیرد. در انتقال توان 172.5 مگاوات، ولتاژ A حداکثر و ولتاژ شین B حداقل خواهد بود. بنابراین انتقال توان بیش از 172.5 مگاوات مجاز نیست.

بنابراین حتی در شرایط عادی بهره برداری، کنترل محلی ولتاژ، کارآمدتر از کنترل از راه دور است.
مثال5-5

اسلاید 19 :

مثال5-5
میزان صحیح پشتیبانی توان راکتیو، در توانایی تامین توان راکتیو و جلوگیری از فروپاشی ولتاژ با ملاحظه پیشامد است.

شکل 5-7 ، توان راکتیو تزریقی مورد نیاز در شین B را برای ممانعت از فروپاشی ولتاژ در اثر خروج یک خط نشان می دهد.

در توان انتقالی کمتر از 85 مگاوات، سیستم قدرت بدون نیاز به پشتیبانی توان راکتیو در شین B پایداری ولتاژ را حفظ میکند.

اما در توانهای انتقالی بیش از 85 مگاوات، نیاز به تزریق توان راکتیو در شین B ، به شدت افزایش می یابد.
توانهای اکتیو و راکتیو عبوری قبل از پیشامد و بعد از آن در شکل نشان داده شده است.
قبل از پیشامد، برای انتقال توان 130 مگاوات، ژنراتور A باید توان راکتیو 26 مگاوار را جذب نماید.
بعداز پیشامد،برای ممانعت از فرواشی ولتاژ، هر دو ژنراتور باید توان راکتیو تولید کنند. خطوط انتقال در این شرایط 107 مگاوار مصرف خواهند کرد.

اسلاید 20 :

خدمات پایداری و بازیابی

خدمات پایداری: خدماتی که بهره بردار سیستم به منظور حفظ پایداری گذرا و دینامیکی از طریق ژنراتورها فراهم می کند.بطوریکه در شرایط وقوع یک خطا، برخی از ژنراتورها و یا بارها بطور خودکار از مدار خارج شوند تا پایداری حفظ شود. بطور مشابه، پایدارسازهای سیستم قدرت که برای بهبود پایداری دینامیکی مورد استفاده قرار میگیرند.
خدمات بازیابی سیستم: برای بازگرداندن سیستم قدرت به دنبال فروپاشی ، خدماتی مورد نیاز است که باید توسط اپراتور سیستم از تامین کنندگان آن خریداری شود.