پایداری در شبکه قدرت
- شروع کننده موضوع hosseinassar
- تاریخ شروع
hosseinassar
مدیر ارشد
hosseinassar
مدیر ارشد
hosseinassar
مدیر ارشد
barghghodrat.ir
عضو جدید
بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
معرفی و بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
بررسی و مطالعه انواع پایداری استاتیک و دینامیک و گذرا از موارد بسیار با اهمیت در سیستمهای قدرت مدرن می باشد . جزوه زیر برای درس دینامیک سیستمهای قدرت برای دانشجویان کارشناسی ارشد برق قدرت مفید می باشد
معرفی و بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
معرفی و بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
بررسی و مطالعه انواع پایداری استاتیک و دینامیک و گذرا از موارد بسیار با اهمیت در سیستمهای قدرت مدرن می باشد . جزوه زیر برای درس دینامیک سیستمهای قدرت برای دانشجویان کارشناسی ارشد برق قدرت مفید می باشد
معرفی و بررسی انواع پایداری در سیستمهای قدرت
پایداری ولتاژ
پایداری ولتاژ
پایداری ولتاژ
1-
با تغییر ساختار جدیدی که در سالهای اخیر در سیستمهای قدرت پدید آمده که باعث میشود ئاحدهای تولیدی توان الکتریکی هرچه بیشتری را از خطوط انتقال عبور دهند، انتظار می رود شاهد فروپاشی ولتاژ گسترده تر و بیشتر سیستم های قدرت باشیم. برای مثال عبور توان بیش از حد یک خط انتقال باعث افت ولتاژ بیش از حد و کاهش ظرفیت انتقال توان الکتریکی به بخش مشخصی از سیستم قدرت گردد. (برای کمک کرده به واحدهای تولیدی در مواجهه و مقابله با این مسئله شرکت EPRI دست به تهیه این متن زده است که توضیح کامل و مناسبی است در مورد پایداری ولتاژ، تجزیه و تحلیل، سنجش، جلوگیری و کاهش اثرات آن.
2- پایداری ولتاژ چیست؟تعریف IEEE از پایداری ولتاژ عبارتست از توانایی یک سیستم قدرت در نگهداری ولتاژ دائمی در همه باسهای سیستم بعد از بروز اغتشاش در شرایط مشخصی از بهره برداری. اغتشاش ممکن است خروج ناگهانی یکی از تجهیزات باشد یا افزایش تدیریجی بار. هنگامی که توان الکتریکی انتقالی به بار رو به افزایش است تا بتواند بار اضافه شده را تامین کند (بار ممکن است مکانیکی، حرارتی یا روشنایی باشد9، و هر دو مؤلفه یعنی توان و ولتاژ قابل کنترل بمانند، سیستم قدرت پایداری ولتاژی خواهد بودو اگر سیستم بتواند بار الکتریکی را منتقل کند و ولتاژ از دست برود سیستم تاپایدار ولتاژ است. فروپاشی ولتاژ هنگامی رخ یم دهد که افزاییش بار باعث غیرقابل کنترل شدن ولتاژ در ناحیه مشخصی از سیستم قدرت گردد. بنابراین ناپایداری ولتاژ در طبیعت خود یک پدیده ناحیه ای است، که میتواند بصورت فروپاشی ولتاژ کلی بدل گردد بدون هیچ پاسخ سریعی.
3. موضوعات پایداری ولتاژ چه هستند؟
آگاهی در مورد مشخصات بار که از شبکه های قدرت بزرگ قابل دسترسی هستند.
· روشهای کنترل ولتاژ در ژنراتور ها، دستگاههای کنترل توان راکتیو (مانند خازنهای موازی، راکتورها) در شبکه.
· توانایی شبکه در انتقال قدرت، به خصوص توان راکتیو، از نظر تولید به نقاط مصرف
· هماهنگی بین رله های حفاظتی و ادوات کنترل سیستم قدرت.
4-در هنگام برزو ناپایداری چه اتفاقاتی می افتد؟
ممکن است توان راکتیو خروجی ژنراتورهای سیستم قدرت کاهش یابد تا از حرارت بیش از حد آنها جلوگیری به عمل آید، این کار باعث میگردد ذخیره توان راکتیو سیستم قدرت کاهش یابد و از دست برود. از طرفی با کاهش یافتن ولتاژ موتورها از حرکت باز می مانند که خود باعث مصرف توان راکتیو بسیاری میگردد که نهایتاً این امر فروپاشی کامل ولتاژ را در پی دارد.
5-چه چیزهایی باعث بروز فروپاشی ولتاژ در شبکه میگردند؟
پایداری ولتاژ
پایداری ولتاژ
1-
با تغییر ساختار جدیدی که در سالهای اخیر در سیستمهای قدرت پدید آمده که باعث میشود ئاحدهای تولیدی توان الکتریکی هرچه بیشتری را از خطوط انتقال عبور دهند، انتظار می رود شاهد فروپاشی ولتاژ گسترده تر و بیشتر سیستم های قدرت باشیم. برای مثال عبور توان بیش از حد یک خط انتقال باعث افت ولتاژ بیش از حد و کاهش ظرفیت انتقال توان الکتریکی به بخش مشخصی از سیستم قدرت گردد. (برای کمک کرده به واحدهای تولیدی در مواجهه و مقابله با این مسئله شرکت EPRI دست به تهیه این متن زده است که توضیح کامل و مناسبی است در مورد پایداری ولتاژ، تجزیه و تحلیل، سنجش، جلوگیری و کاهش اثرات آن.
2- پایداری ولتاژ چیست؟تعریف IEEE از پایداری ولتاژ عبارتست از توانایی یک سیستم قدرت در نگهداری ولتاژ دائمی در همه باسهای سیستم بعد از بروز اغتشاش در شرایط مشخصی از بهره برداری. اغتشاش ممکن است خروج ناگهانی یکی از تجهیزات باشد یا افزایش تدیریجی بار. هنگامی که توان الکتریکی انتقالی به بار رو به افزایش است تا بتواند بار اضافه شده را تامین کند (بار ممکن است مکانیکی، حرارتی یا روشنایی باشد9، و هر دو مؤلفه یعنی توان و ولتاژ قابل کنترل بمانند، سیستم قدرت پایداری ولتاژی خواهد بودو اگر سیستم بتواند بار الکتریکی را منتقل کند و ولتاژ از دست برود سیستم تاپایدار ولتاژ است. فروپاشی ولتاژ هنگامی رخ یم دهد که افزاییش بار باعث غیرقابل کنترل شدن ولتاژ در ناحیه مشخصی از سیستم قدرت گردد. بنابراین ناپایداری ولتاژ در طبیعت خود یک پدیده ناحیه ای است، که میتواند بصورت فروپاشی ولتاژ کلی بدل گردد بدون هیچ پاسخ سریعی.
3. موضوعات پایداری ولتاژ چه هستند؟
آگاهی در مورد مشخصات بار که از شبکه های قدرت بزرگ قابل دسترسی هستند.
· روشهای کنترل ولتاژ در ژنراتور ها، دستگاههای کنترل توان راکتیو (مانند خازنهای موازی، راکتورها) در شبکه.
· توانایی شبکه در انتقال قدرت، به خصوص توان راکتیو، از نظر تولید به نقاط مصرف
· هماهنگی بین رله های حفاظتی و ادوات کنترل سیستم قدرت.
4-در هنگام برزو ناپایداری چه اتفاقاتی می افتد؟
ناپایداری ولتاژ اغلب هنگامی رخ می دهد که بروز یک خطا ظرفیت سیستم انتقال یک شبکه قدرت را کاهش می دهتد. پس از بروز این خطا، به سرعت بار مصرفی بارهای حساس به ولتاژ افت می کند آنگونه که ولتاژ افت کرد.
این کاهش بارگیری بصورت موقتی باعث می شود که سیستم قدترت پایدار بماند. به هر حال با گذشت زمان توان مصرفی بارها افزایش خواهد یافت چرا که بسیاری از بارها بصورت دستی یا اتئماتیک کنترل میشدند تا بتوانند نیازهای فیزیکی ویژه و تعیین شده ای را برآورده کنند و همچنین نپ ترانسفورماتورهای قدرت به گونه ای تغییر خواهند کرد تا بتوان ولتاژ مورد نیاز را تامین نمود با اینکه ولتاژ در سمت ائلیه ترانس 0ولتاژ سیستم انتقال) مقدار مطلوب را نداشته باشد و از حد مطلوب پائینتر باشد. از هنگامی که بار به مقدار اولیه خود (قبل از بروز خطا) دست یافت، ممکن است سیستم قدرت وارد مرحله ناپایداری ولتاژ گردد که زمینه فروپاشی ولتاژ نیز هست. در خلال این مرحله بهره برداران (Operators) سیستم قدرت ممکن است کنترل ولتاژ و پخش بار در شبکه را از دست بدهند.
ممکن است توان راکتیو خروجی ژنراتورهای سیستم قدرت کاهش یابد تا از حرارت بیش از حد آنها جلوگیری به عمل آید، این کار باعث میگردد ذخیره توان راکتیو سیستم قدرت کاهش یابد و از دست برود. از طرفی با کاهش یافتن ولتاژ موتورها از حرکت باز می مانند که خود باعث مصرف توان راکتیو بسیاری میگردد که نهایتاً این امر فروپاشی کامل ولتاژ را در پی دارد.
5-چه چیزهایی باعث بروز فروپاشی ولتاژ در شبکه میگردند؟
از آنجایی که واحدهای تولیدی در صددذ انتقال توان هرچه بیشتر از خطوط انتقال هستند، وقوع فروپاشی ولتاژ محتمل تر است، چرا که توان راکتیو مصرفی خطهایی که بیش از حد بارگیری شده اند بیشتر است.
تجهیزاتی که بصورت پل به یکدیگر متصل هستند و همچنین موتورهای سرعت ثابت که مقدار مشخصی توان مصرف رمی کنند – حتی در مواقعی که ولتاژ کاهش می یابد – می توانند به طور موثری کاهش بار موقتی و طبیعی را که به سرعت کاهش ولتاژ شبکه رخ داده و می تواعث خروج در سیستم گردد را کاهش دهد. در پی انجام موارد فوق سیستم قدرت بص.رت ناپایدار درخواهد آمد (Whde Less Stable).
تغییر دهنده های تپ بار اثر ناپایدار کننده مشابهی دارند. برای جبران کاهش ولتاژ در اولیه سیستم، آنها با افزایش نسبت سعی در نگهداشتن ولتاژ ثانویه بصورت ثابت خواهد داتش. نتیجتاً ولتاژ در اولیه سیستم در قسمت ثانویه ظاهر نخواهد شد تا زمانی که LTC(Load Top Changer) به حد نهایی خود نرسد. علاوه بر موارد فوق عمل LTC سبب برزو افزایش توان راکتیو مصرفی در اولیه یم گردد، که باعث ناپایداری ولتاژ اولیه سیستم میگردد.
ادوات FACTS مانند SVCها و STAT COM ها می توانند از ظرفیت انتقال توان را با تامین ولتاژ بصورت اکتیو افزایش دهند اما فقط برای یک نقطه. در انتهای رنج کاری، یک تجهیز FACTS بطور ناگهانی توانایی خود را در کنترل از دست می دهد و بصورت یک تجهیز ثابت عمل می کند. توان راکتیو خروجی از یک خازن ثابت با کاهش ولتاژ نیز کم می شود (معمولاً با توان دوم ولتاژ V[SUP]2[/SUP]). بدذون کنترل ولتاژ راکتیو، ولتاژ خط پایدار باقی نمی ماند یا اینکه به نقطه ای که فروپاشی ولتاژ در آن رخ می دهد نزدیکتر می گردد نسبت به موقعی که کنترل ولتاژ اکتیو صورت می گرفت.
به عبارت ساده تر، یک فروپاشی ولتاژ هنگامی رخ یم دهد که مقدار توان راکتیو قابل کنترل کافی وجود ندارد و در دسترس نیست تا بتوان توان راکتیو مورد نیاز سیستم قدرت و مصرف کننده را تامین نمود. اگر این نقصان در توان راکتیو به اندازه کافی بزرگ باشد، ولتاژ سیستم کاهش خواهد یافت تا سطحی که برگشت به حالت اولیه غیرممکن گردد.
یک عامل محرک یا آغازگر مورد نیاز است تا فروپاشی ولتاژ واقع گردد. برای مثال ممکن است یک خط انتقال که نقش کلیدی در شبکه ایفا می کند ممکن است به علت برزو خطا از سرویس خارج گردد. از آنجایی که خطوط باقی مانده سعی در انتقال و جبران توان اکتیو ئ راکتیو مورد نیاز دارند، کمبود توان راکتیو بیشتر شده و ولتاژ سطح پایینتری را به خود اختصاص می دهد. همچنان که کمبود توان راکتیو افزایش یابد، کاهش سطح ولتاژ بیشتر شده و خطوط بیشتری شامل خطا میشوند. در این شرایط بروز فروپاشی ولتاژ ناحیه ای یا کلی امری طبیعی است.
6. آیا انواع مختلفی از فروپاشی ولتاژ وجود دارد؟
- فروپاشی ولتاژ در درازمدت: این نوع فروپاشی هنگامی رخ می دهد که ژنراتورها و تولید کننده های توان الکتریکی از منابع بار بسیار دور هستند و خطوط انتقال به میزان زیاید بارگیری میشدند و سیستم نمی تواند ولتاژ قابل قبول را در منابع بار ارایه دهد. هنگامی که سیستم نمی تواند مقدار کافی توان راکتیو به منطقه بار انتقال دهد، برای مثال، وقتی با کاهش تولید با انتقال مواجه هستیم فروپاشی ولتاژ می تواند حادث گردد. ممکن است بروز این فروپاشی ولتاژ از چند دقیقه تا چند ساعت به طول بینجامد.
- فروپاشی ولتاژ کلاسیک: این مورد هنگامی رخ می دهد که در یک سیستم قدرت بهم پیوسته با تولید پراکند. یک خطا باعث جدا شدن سیستم گردد و سیستم قدرت دارای ذخیره توان راکتیو کافی نباشد تا بتواند نیازهای سیستم و بار مصرف کنندگان را تامین کند. هر چقدر کمبود توان راکتیو بیشتر باشد کاهش ولتاژ نیز بیشتر خواهد بود. نهایتاً ولتاژ به نقطه ای می رسد که بازگشت به حالت اولیه امکان پذیر نیم باشد و سیستم دچار فروپاشی میگردد. این واقعه می تواند بین 1 تا 5 دقیقه بعد از بروز خطا رخ دهد.
- فروپاشی ولتاژ گذرا: دو دسته فروپاشی در این قسمت وجود دارد، اما هر دو کمتر از 15 ثانیه بعد از بروز اغتشاش رخ می دهند. فروپاشی ولتاژ سریع می تواند توام با کاهش سنکرونیزم باشد یا اینکه فروپاشی هنگامی رخ یم دهد که تعداد زیادی از موتورها با هم از کار بیفتند و بخواهیم همه را با هم دوباره به راه بیاندازیم. این مورد می تواند منجر به مصرف توان راکتیو زیاید گردد و فروپاشی ولتاژ را در پی دارد.
7. تفاوت فروپاشی ولتاژ ناپایداری حالت ماندگار کلاسیک در چیست؟
با توجه به آنچه که تا اینجا گفته شد فروپاشی ولتاژ از کاهش یافتن دامنه بصورت دینامیکی نشأت می گیرد، اما متغیرهای دیگری از سیستم قدرت را نیز شامل میگردد. برای مثال زوایای ماشین نیز در فروپاشی شامل هتسند. بنابراین تفاوت دقیقی نمیتوان بین فروپاشی ولتاژ و اغتشاشات ناپایدار ساز زاویه یا کاهش پایداری حالت دائمی قایل شد، همچنین همه فروپاشی ها نسبت های مختلفی از پایداری ولتاژ و ناپایداری زاویه را در خود دارند. به خاطر داشته باشید که در بسیاری از فروپاشی های ولتاژ ناهماهنگی بین توان اکتیو و زاویهتوان راکتیو و کاهش دامنه ولتاژ در شرایط بارگیری بی شاز حد برزو می کند.
تفا.ت فروپاشی ولتاژ و ناپایداری کلاسیک حالت دائمی موارد مورد تاکید زیر است:
بحث پیرامون فروپاشیدگی ولتاژ شامل بار و دامنه ولتاژ میشود در حالی که بحث پیرامون ناپایداری کلاسیک حالت دائمی روی ژنراتورها و زاویه ها متمرکز میشود. همچنین فروپاشیدگی ولتاژ اغلب شامل دینامیک از نوع طولانی تری است و اثرات تغییرات پیوسته مانند افزایش بار بعلاوه اتفاقات گسسته مانند خروج یک خط می باشد.
8- نقش توان راکتیو در فروپاشی ولتاژ چیست؟
درست است که فروپاشی ولتاژ یک ناپایداری است که شامل بسیاری از مولفه های سیستم قدرت و متغیرهاشان میگردد اما بصورت نوعی با تامین نشدن توان راکتیو که نتیجه موارد زیر است مرتبط می باشد.
· محدودیت در امر تولید توان راکتیو 0محدودیت های ژنراتور)
· محدودیت در امر انتقال توان راکتیو (تلفات توان راکتیو با بارگیری بیشتر از خظ افزایش می یابد) اگر بارگیری از خظ زیاد شود مقدار زیادی از توان راکتیو ورودی خط که باید در بار مصرف گردد مورد مصرف توسط خط قرار می گیرد برای اینکه تلفات اضافی خط را جبران کند و افت ولتاژ در طول خط نیز افزایش می یابد.
· افزایثش بار راکتیو. میازن مصرف توان راکتیو با افزایش بار افزایش می یابد، اگر موتورها از حرکت بازایستند یا تغییری در ترکیب بار بوجود اید مانند گرما، رطوبت هوا که توسط کمپرسورهای دستگاههای هواساز جبران شدند.
· کاهش توان راکتیو شارژ خطوط انتقال با کاهش ولتاژ.
9. آیا ممکن است بتوان ناپاداری ولتاژ را پیشگویی کرد؟
بلی. دو دسته نرم افزار کامپیوتری وجود دارد که م تواند پایداری ولتاژ سیستمهای قدذرت بزرگ را تجزیه و تحلیل – و پیشگویی – کنند. پایه و اساس آنها بر پخش بار تکتیو و راکتیو حالت دائمی قرار دارد، دسته دوم نیز مبتنی بر شبیه سازی تغییرات زمانی (Time-variung simulation) هستند. علاوه بر موارد فوف روشهای ریاضی نیز وجود دارند که شامل منحنی های V-Q وP-V ، تحلیل به روش modal و همچنین اندیسهای کارایی(Performance indice) هستند.
- تحلیل بوسیله پخش بار:
با اینکه پایداری ولتاژ امری دینامیکی است، تحلیل پخش بار (حالت دائمی)، که روشی ساده تر و دارای محاسبات کمتری نسبت بخ اتحلیل متغیر زمانی است، بسیار ارزشمند است. تحلیلی پخش بار مختص زمانی است که مقدار بسیار زیادی از بار بصورت غیر موتوری است. این روش در مطالعات وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد هنگامی که محدوده های پایداری ولتاژ برای حالت های قبل و بعد از بروز خطا باید تعیین گردند. همچنین این روش بطور موفقیت آمیزی در عیب یابی اتفاقات به وقوع پیوسته سیستم های قدرت واقعی بکار رفتهد است. در پی برزو یک خطا، یا در خلال افزایش بار، تحلیل پخش بار تصویر لحظه ای از سیستم قدرت را شبیه سازی می کند. این روش تحلیل برای بازه های زمانی که در ذیل آورده یم شود دارای معنی خواهد بود:
· 10 تا 30ئ ثانیه بعد از وقوع خطا: سیستم بطور نسبی ساکن خواهد شد تا نوسانات از بین بروند. کنترل تغییر دهئنده های تپا زیر بار، محدود کردن فوق تحریک و کنترل تولید خودکار آنچنان مهم نیستند. بارها نسبت به ولتاژ حساس هستند.
· 2 تا 5 دقیقه بعد از بروز خطا: ممکن است تغییر تپ زیر بار تکمیل شده باشد. رگولاسیون صورت گرفته توسط تپ صنچر در نزدیکی بارها ترمیم بارهای حساس نسبت به ولتاژ را در پی دارد. جریان میدان ژنراتورها ممکن است تا حداقل خود کاهش یابد. کنترل تولید خودکار (AGC: Automatic Generation Control) کامل می شود اگر نامتعادلی بار زیاد نباشد.
· 5 دقیقه یا بیشتر بعد از بروز خطا: بار احیا شده که اکنون از افت ولتاژ آسیب دیده توسط کنترل کننده های ترموستاتیک بازسازی میشود. کنترل تولید خودکار، دوباره برنامه ریزی تولید و پخش بار اقتصادی و همچنین دستورالعمل راه اندازی مجدد بهره برداری نیز در این مرحله باید اجرا گردند.
- تحلیل بوسیله متغیرهای زمانی:
برنامه های پایداری گذرا و همچنین برنامه های طویل المدت یات میان مدت را می توان برای تحلیل متغیر زمانی بکار برد. کاربردهای ممکن برای بکار بردن این روش تحلیل عبارتند از:
· هماهنگ کردم زمتانی تجهیزات: هنگامی که بازه های زمانی با یکدیگر همپوشانی دارند به عنوان مثال سیستم تحریک ژنراتور و کنترل گاورنر، طرح های حفاظتی پیچیده و مخصوص، SVCها، تغییرات بار ناشی از تغییرات فرکانس و ولتاژ (مانند آنچه در مورد موتورهای القایی و دستگاههای تهویه مطبوع گفته شد) و همچنین لود شدینگ تحت ولتاژ کمتر.
· شناختن و آشکارسازی هرچه بیشتر پدیده و ممانعت از بکار بردن تجهیزات اضافی: مدل سازی دامه زمانی تاکید بیشتری بر تحلیل های دقیقتر و مدل سازی دقیقتر دارد.
· تاکید بر کاهش تحلیل های استاتیک با محاسبات پیچیده.
· بهبود کیفیت شبیه سازی: به خصوص در نزدیکی مرزهای پایداری.
· شبیه سازی وقایع دینامیکی سریع مرتبط با فازها و مراحل نهایی فروپاشی ولتاژ
· تهیه و ارایه میزان کارایی سیستم با به کار بردن نمودارهای زمانی که میزان پایداری ولتاژ را نشان می دهند.
برای کسب بینش مضاعف نسبت به مکانیزم ناپایداری ولتاژ، مهندسان می توانند تحلیل مقادیر وزنی را در نقاط متعددی برای سنجش میزان ناپایداری ولتاژ بکار ببرند. برای مثال مقادیر ویژه یک سیستم خطی سازی شده می توانند محاسبه شوند تا بتوانند تصاویر لحظه ای پس از فروشناندن حالت گذرا را نشان دهند.
مقایدر ویژه بریا نشان دادن دوباره تنزل کردن نرخ پادیاری ولتاژ در هنگام تغییر تپ پیوسته نیز بکار می روند و محاسبه می شوند. (این مورد برای سیستم های قدرت واقعی کاربرد آنچنانی ندارند). به هر حال، تحلیل مقادیر ویژه یا هر نوع تحلیل که مربوط به سیستم های هطی سازی شده می باشد می تواند گاهی اوقات منجر به برزو خطا در مورد حس کردن مقدار ایمنی گردد چرا که آستانه های پایداری همیشه تحت تأثیر عناصر غیرخطی هستند مانند ژنراتورها، ادوات FACTS یا تغییر دهنده های تپ زیر بار که می توانند به نهایت مقدار عملیاتی خود برسند. علت این امر این است که تحلیل مقادیر ویژه یا هر نوع تحلیل رمبوط به سیستمهای خطی سازی شده فقط هنگامی می تواند مورد استفاده قرار بگیرد که شرایط سیستم حول یک نقطه کار ثابت تغییر می کند و تحت تغییرات و اغتشاشات کوچکی قرار دارد و می توان معادلاتا سیستم های غیر خطی را در حول آنها خطی سازی نمود. ناآگاهی نسبت به هناصر غیرخطی دینامیکی سیستم، مخصوصاً در حوالی فروپاشیدگی ولتاژ می تواند منجر به نتایج غلط و تصمیم گیری هیا اشتباه شود.
- به کار بردن منحنی های P-V و V-Q
منحنی های V-Q که اسان ترین ابزار برای تحلیل پایداری ولتاژ هستند جبه مهندسان اجازه می دهند تا مقاومت سیستم را با اضافه کردن بار راکتیو بسنجند. برای مثال منحنی V-Q در شکل 1 نشان می دهد که یک بانک خازنی شنت (موازی با شبکه) ولتاژ سیستم را افزایش می دهد و آستانه توان راکتیو را افزایش می دهد.
نحوه عملکرد در سطور زیر مشخص شده است:
* یک کندانسور سنکرون مجازی در یک باس مورد آزمایش تصور کنید. باس مورد آزمایش بصورت یک باس از نوع PV درخواهد آمد بدون هیچ محدودیتی برای توان راکتیو.
* ولتاژهای مختلفی را برای آن درنظر بگیرید.
* نمودار مقدار توان راکتیو را نسبت به ولتاژ رسم کنید.
* نمودار های V-Q را برای شرایط قبل و بعد از اغتشاش رسم کنید همچنین برای مقادیر مختلفی از بارهای مدل سازی شده
نکته: دامنه ولتاژ معنی دار مابین 9/0 تا 1/1 پریونیت می باشد. استفاده از منحنی های V-Q برای بررسی مشکلات بزرگ سیستم کاربرد آنچنانی ندارد.
منحنی های V-Q راه خوبی برای اینکه بتوان تعیین کرد که ایا ولتاژ تحت بار مشخصی پایدار خواهد بود یا خیر؟
منحنی های P-V به عنوان انتخابی دیگر در تحلیل پایداری ولتاژ در سطوح مختلف بارگذاری موثر خواهند بود.
همچنین معادلات سیستم پیچیده تر خواهد شد و سخت تر حل می شوند. هنگامی که قدرت قابل انتقال به حداکثر خود می رسد بنابراین، برای یک شبکه بزرگ تحلیل P-V در نزدیکی محدودیت تا حدی مبهم و پیچیده است. (آای ممکن است سیستم منجر به خطا شود در حل مسئله به علت محدودیت هیا انتقال که به حد آنها رسدیه ایم و حال هیچ راه حلی نداریم و اینکه آیا ممکن است به جواب نرسیم و علت اینکه الگوریتم انتخابی خوب عمل نمی کند؟ در جواب باید یگوییم که بستگی دارد به یک راه حل با الگوریتم غیر همگرا می تواند یک سیستم ناپایدار را به درستی نشان دهید یا خود الگوریتم شکل داشته باشد).
پایداری ولتاژ می تواند در هر نقطه ای از منحنی P-V یک سیستم خطی سازی شده یا بوسیله تحلیل حساسیت یا تحلیل به زوش مدال در حالت دائمی سنجیده شود. سه منحنی نشان داده شده در شکل 2 مربوط هستند به 3 ضریب قدرت بار در نقطه دریافت بار و ضریب قدرت 9/0 پس فاز حالت طبیعی و نرمال سیستم را نشان می دهد. منحتی مربوط به ضریب قدرت واحد (0 و 1) نتیجه اتصال بانک خازنی نسبت به نقطه پایانی خط (محل بار) است که توان راکتیو مورد نیاز بار را تامین می کند، این توان راکتیو با افزایش توان راکتیو درخواستی بار تا حد مجاز آن افزایش می یابد. ضریب قدرت 9/0 پیش فاز اضافه کردن اتصال بانک خازنی دیگری به نقطه اتصال بار است. به این نکته دقت کنید که برای هر منحنی در سطح ولتاژ وجود دارد به ازای دو مقدار توان. بریا سیستم قدرت نرمال در حال طبیعی کنترل بار و کنترل ولتاژ نقطه کار بالاتر به عنوان نقطه کار پایدار و نقطه کار تحتانی به عنوان نقطه کار ناپایدار تلقی می گردد.
- اندیس های کارایی
اندیس های کارایی که می توانند به عنوان پارامترهای تغییر یافته سیتسم مونیتور شوند بسیار مفید هستند. برای اینکه تعیین کنیم سیستم چقدر به تاپایداری نزدیک شده است. این اندیسها عبارتند از:
* ضریب حساسیت:
ابزار شناخته دشه برای مهندسان تولید در جهت آشکارسازی مسئله پادیاری ولتاژ و اندازه گیری صحیح تجهیزات. این ضرایب برای اولین بار در پیشگویی مسئله کنترل ولتاژ منحنی های Q-V ژنراتورها مورد استفاده قرار گرتفند که شامل نشانگر نزدیکی به نقطه فروپاشیدگی ولتاژ نیز میشدند (Voltage Collapse Proximity Indicator: VCPI) و همینطور ضریب حساسیت ولتاژ(Voltage Sensivity Factor:VFS).
* مقادیر منفرد ویژه: مقادیر مینیمم منفرد و مینیمم مقادیر ویژه نشانگرهیا حساس تری هستند.
بریا فروپاشیدگی ولتاژ تا ولتاژهای باس. اندیس ها را می توان برای تعیین اندازه گام مگاوات یا مگاوار بعدی در محاسبات پخش بار برای تعیین منحنی های P.V تحلیل های مربوط به آنها بکار برد.
- آستانه های بارگذاری
مقدار بار اضافه شده (در الگوی مشخصی از اضافه بار) که می تواند منجر به فروپاشیدگی ولتاژ گردد آستانه بارگذاری پایه ای تری و گسترده ترین اندیس برای فروپاسیدگی ولتاژ است. مهندسان انتخاب های متعددی در مشخص کردن آستانه بارگذاری دارند. تغییر در بارگذاری مکی تواند توسط حاصلجمع مقادیر مطلبق تغییرات توان بار یا با استفاده ازمجذور حاضل جمع مربعات تغییرات توان بار تعیین گردد.
همچنین این امر ممکن است که بتوان از آستانه بارگذاری برای اندازه گیری مقدار توان انتقالی بین دو ناحیه استفاده کرد. در هنگامی که ظرفیبت انتقال بین آن دو ناحیه مورد مطالعه قرلر می گیرد.
همواره اینگونه در نظر گرفته می شود که بارها دارای ضریب قدرت ثابتی باشند. در چنین حالتی اندازه گیری تغییر در بارگذاری تغییر توان حقیقی میسر خواهد بود. مزیت دیگر بارهای با ضریب قدرت ثابت اندازه گیری تغییرات بارگذاری آ”نهاست که با حاصلجمع مقادیر جمطلق تغییرات توان بار حاصل می گردد.
- آستانه توان راکتیو:
فروپاشی ولتاژها هنگامی که محدودیت های جاری توان راکتیو حاصل نشود رخ نمی دهد بخصوص در منابع راکتیو بزرگ. پس با آشکارسازی توان راکتیو انتقال داده شده و رزروهای مرتبط با آن در یک سیستم قدرت، بهره برداران می توانند میزان نزدیک شدن به فروپاشیدگی ولتاژ را تعیین کنند (تخمین بزنند) و اقلام اصلاحی مورد نیاز را بکار برند که عباراتند از لود شرینگ، به خصوص بریا نواحی مه نیاز به اضافه توان راکتیو دارند. آستانه هاید توان راکتیو استفاده می شدند برایذ سنجش میزان مشکلات ناپایداری ولتاژ گروه هایی از باس بارها در سیستم قدرت این محدوده ها بر پایه اختلاف بین منابع تولید توان راکتیو (ژنراتورها، SVCها، و کندانسورهای سنکرون) و مصرف کننده های توان راکتیو (انواع بارها و خطوط انتقال) در هر باس از یک گروه یا ناحیه کنترل ولتاژ قرار دارند.
10- راهنما برای بکارگیری آستانه امنیت ولتاژ
در گذشته واحدهیا تولیدی سهی در ثابت نگهداشتن سطح ولتاژ قبل و بعد از بروز خطا داشتند که بر پایه تلرانس دستگاهها بود و بستگی بسیار زیادی به آن داشن. با توجه به اینکه موضوع بستگی ولتاژ سیستم قدرت را در پی دارد اما هیچ تضمینی برای وجود آستانه ای برای پایدار بودن ولتاژ ندارد. در نظر بگیرید یک سیستم قدرت ممکن است دارای سطوح ولتاژ خوبی قبل و بعد از بروز خطا باشد، اما بسیار محتمل است که در آستانه ناپایداری ولتاژ و ضوابط ولتاژی قرار داشته باشد. بریا مثال اگر مطالعات در سیستم قدرت نشان دهنده ناپایداری ولتاژ ممکن است حادث شود هنگامی که رزروهای توان راکتیو چدر ژنراتور مشخص با ادوات FACTS به مقادیر مشخصی برسند، در این حالات واحدهای تولیدی می توانند این مقادیر اندازه گیری شده را به عنوان نشانگرهای مستقیم پایداری و یا ناپیداری ولتاژ استفاده کنند.
در حالت کلی تر آستانه هیا امنیت ولتاژ توسط اختلاف بین مقادیر کلیدی پارامترهای سیستم (Key stystem Parameters )KSP در نقطه کار کنونی و نقطه بحرانی پادیار ولتاژ تعیین می شوند. واحدهای تولیدی متفاوت ممکن است از پارامترهای کلیدی مختلفی استفاده کنند برای در موضوع اصلی که عبارتند از:
الف) پارامترهای کلیدی برپایه PV که عبارتند از بار یا توان انتقال یافته بین واسطه ها
ب) پارامترهای کلیدی بر پایه QV که عبارتند از توان راکتیو تزریقی به یک باس یا گروهی از باس ها.
ضوابط پایداری ولتاژ مشخص می کنند چه مقدار به عنوان آستانه برای امنیت ولتاژ در سیستم باید در نظر گرفته شود. ممکن است این مورد اینگونه عنوان شود که «سیستم باید اینگونه بهره برداری گردد برای نقطه کار مورد نظر و تحت هر اغتشاش محتمل با آستانه پایداری ولتاژ باید بزرگتر از x درصد (به MW یا MVARٌِ) از KSP باقی بماند. در ادامه این ضابطه برای آستانه پایداری ولتاژ ممکن است واحدهای تولیدی چضوابط دیگری برای بهره برداری در شرایط پادیار ولتاژ وضع کنند، که عبارتست از منع افزایش ولتاژ و رزرو توان راکتیو.
11- رفع نقایص طراحی
هنگامی که ضوابط پادیاری ولتاژ سیستم ارضا نشد، واحدهای تولیدی می توانند از ابزارهای رفع نقص متعددی برای دستیابی به پایداری ولتاژ استفاده کنند. دیگر مولفه های سیستم (ژنراتورها، سیستم های انتقال و توزیع و بار) می توانند بهبو.د یابند تا پایداری ولتاژ در سیستم قدرت بصورت کلی بهبود یابد. عملی بودن یا در دسترس بودن امکان هر یک از انتخاب هیا فوق بستگی به ویژگیهیا سیستم دارد. اما این موارد عبارتند از: کنترل توان اکتیو، جبران سازهای سری و موازی، لود شدینگ در ولتاژ پایین، سد کردن تغییر تپ زیر بار و اتوماسیون سیستم های توزیع. اگر ضوابز برای آستانه ولتاژ اضافه نشدند، مهندسان از تحلیل مودال برای مشخص کردن بهترین نقطه برای بکارگیری رفع نقص استفاده خواهند کرد.
در بسیاری از واحدهاتی تولیدی شرایطی که باعث بروز فروپاشی ولتاژ میگردد غیرطبیعی است، یا بصورت خطاهای درجه دوم بروز می کنند یا نشانه هیا غیر طبیعی بار. برای این سیستمهای تولیدی سخت افزاری که به کمک آن می توان از بروز فروپاشیدگی ولتاژ جلوگیری نموده بسیار گران و غیر ابل دسترس است. ضمناً با توجه به الینکه فروپاشیدگی ولتاژ یک مسئله ناحیه ای است و اگر ناحیه ای در یک سیستم قدرت دچار آن شد با طرح سیستم حفاظت صحیح و کارآمد می توان از گسترش فروپاشیدگی ولتاژ در همه سیستم و همچنینی دیگر باس های آن جلوگیری نمود. بسیاری از واحدهای تولیدی در جهان از لودشرینگ در ولتاژهای پایین برای این منظور استفاده می کنند.
12- چه ابزارهایی برای تحلیل پایداری ولتاژ در دسترس هستند.
ولتاژهای تولیدی می توانند ابزارهایی برای سنجش پایداری ولتاژ یا امنیت سیستم قدرت به اختیار بگیرند که عبارتند از:
* نرم افزار VSTAB که ساخته شرکت EPRI است برای تحلیل سیستم های قدرت بزرگ که در سیستم های قدرت بزرگ تست و مورد بهره برداری قرار گرفتند.
13- تحلیل پادیاری ولتاژ توسط نرم افزار NEPLAN
به عنوان قسمتی از نرم افزار NEPLAN ما جدول پایداری ولتاژ 4 عمل را در تحلیل پایداری ولتاژ استاتیکی انجام می دهد. که عبارتند از: تحلیل V-Q (منحنی های V-Q)، تحلیل P-V (منحنی های P-V)، آنالیزب حساسیت V-Q و تحلیل مقادیر ویژه V-Q (آنالیز مودال). این ماجول امکان سنجش و آزمون شرایط مختلفی از سیستم قدرت را می دهد. این نرم افزار یک ابزار ایده آل و توانمند است و می توان با استفاده از آن بینش کلی تری نسبت به طبیعت مسئله پادیاری ولتاژ بدست اورد و می تواند ابزار مواجهه با مسئله پایداری ولتاژ را به نحو احسن در اختیار کاربر بگذارد.
کاربردها:
بسیاری از مضووعات پادیاری ولتاژ می تواند توسط روشهای استاتیک مورد بحث و بررسی قرار گیرد. در این روش آزمون وجود و نحوه تعادل جدر نقطه مورد نظر بهره برداری قابل انجام است. دو موضوع مهم در این آزمایش سنجیده می شوند که عبارتند از:
الف: سیستم چقدر به ناپایداری ولتاژ نزدیک شده است؟
ب: چرا ناپایداری ولتاژ بروز کرده است؟
مزین موارد مطوجه فوق در این است که آنها اطلاعات مورد نیاز پادیاری ولتاژ را ارایه می دهند که از زاویه دید مناسبی از سیستم قدرت گرفته شده اند و همچنین بطور واضح نقاط مشکل دار ولتاژ شبکه را مشخص می کنند. ماجول پادیاری ولتاژ ترم افزار NEPLAN ابزار پیشرفته، کارآمد و سریع التعلیم برای کاربر است که موضوعات متعددی از بحث پایداری ولتاژ را می تواند بررسی و تجزیه و تحلیل کند.
* تعیین ضعیفترین باس ها در شبکه قدرت
* معرفی نواحی تاپایدار وضعیت در شبکه قدرت (غیر قابل کنترل)
* معرفی بارهاید ضعیف و بارهای بزرگ که به شبکه متصل هستند
* توزیع توان راکتیو توسط منابه تولید توان راکتیو در شبکه برای دستیابی آستانه پایداری ولتاژ
* اطلاعات مربوط به حساسیت ولتاژ
* میزان یا درجه پادیاری ولتاژ
* دیگر اندازه گیری های سفید برای بررسی و تحلیل پادیاری ولتاژ در سیستم قدرت
برخلاف روش هیا استاتیک بکارگیری روش شبیه سازی زمانی می تواند در بررسی وقایعی که زمان سنجی و تحلیل زمانی آنها می تواند در بررسی پادیاری ولتاژ و وقایعی که منجر به ناپایداری ولتاژ شده اند بسیار مفید و میسر واقع گردد.
ماجول پایداری گذرا در نرم افزار NEPLAN ابزار مناسبی برای این نوع شبیه سازی زمانی می باشد.
* تجزیه و تحلیل P-V (منحنی های P-V)
تحلیل P-V یک ابزار حالت دائمی است که توسط آن می توان منحنی هایی بسط و گسترش داد که به ولتاژ باس های سیستم قدرت که به نواحی بار توان میرسانند مربوط است. ولتاژ باس مونیتور می شوند در جریان افزایش حد مجازی از بارها در نقاط بار. از مزایای این روش آن است که در خلال آن می توان افزایش بار میزان نزدیک شدن به فروپاشی ولتاژ را سنجید.
- ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل:
* اطلاعات استاندارد پخش بار
- خروجی این نوع روش تحلیل
* منحنی های P-V برای کلید باس های موجئد در شبکه
* تجزیه و تحلیل V-Q (منحنی های V-Q)
تحلیل به روش V-Q روشی برای بررسی امکان بروز فروپاشی ولتاژ را در دسترس قرار می دهد. منحنی های V-Q توسط اعمال چندین حالت پخش بار بدست خواهند آمد. کمترین نقطه یک منحنی V-Q نقطه بحرانی آن است (دقیقاً در جایی که dQ/dV=0 می گردد) کلیه نقاط موجود در سمت چپ نقطه بحرانی ناپایدار تلقی میگردند همچنین کلیه نقاط موجود در سمتن جراست نقطه بحرانی پایدار تلقی می شوند.
- ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل
* اطلاعات استاندارد پخش بار
- خروجی این نوع روش تحلیل
* منحنی های V-Q مخصوص کلید باس های سیتم قدرت
* آنالیز حساسیت V-Q
ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل
* اطلاعات مورد نیاز پخش بار استاندارد
- خروجی این نوع روش تحلیل
* حساسیت خودی V-Q. افزایش تغییرات داخله ولتاژ اگر میزان توان راکتیو تزریقی تغییر کند.
* حساسیت متقابل V-Q افزایش تغییرات دامنه ولتاژ کلید باس ها اگر توان راکتیو تزریقی به یک باس دچار تغییر شود.
* تحلیل مقادیر ویژه Q-V (روش تحلیل مودال)
تحلیل به روش مقادیر ویژه دارای این مزین است که اطزلاعات را با توجه هب مکانیزم ناپایداری تهیه و تولید می کند. دامه و اندازه مقادیر ویژه به عنوان نسبت و ضریبی برای نزدیک شدن به ناپایداری بکار برده می شوند. تحلیل جمقادیر ویژه بسیار کمک می کند در معرض نواحی و تجهیزات که باعث بروز ناپایداری ولتاژ می شوند .
- ورودی های مورد نیاز این روش تحلیل
* اطلاعات مورد نیاز بخش بار استاندارد
* مقادیر ویژه (حساسیت های ولتاژ مودال)
* بردارهای ویژه
* ضرایب مشارکت باس ها در ناپایدارسازی ولتاژ
* ضرایب مشارکت شاخه ها و نقاط بار در ناپایدارسازی ولتاژ
* ضرایب مشارکت ژنراتورها در ناپایداری سازی ولتاژ
* مشخصات اصلی
- محاسبات خودکار: برای تهیه منحنی های V-Q و P-V با حساسیت خودی و متقابل با مقادیر ئیژه، بردارهای ویژه، ضرایب مشارکت باس ها، شاخه ها و بارها و ژنراتورها.
- جداول نتیجه: خروجی نرم افزار در قالب جداولی تهیه می شود که می توان آنها را به راحتی در محیط نرم افزار MS-EXCELL مورد استفاده قرار داد.
- متن های نتیجه: گزارشات در قالب متن های قابل استاده در اکثر نرم افزارهای واژه پرداز قابل دسترسی هستند.
- نتایج گرافیکی: نتایج حاصل توسط عملیات انجام گرفته توسط نرم افزار بوسیله قابلیت های گرافیکی آن قابل رویت هستند. شکل ها و نمودارها به سادگی قابل انتقال به نرم افزارهای گرافیکی هستند از قبیل MS-WORD
- تنها چیز مورد نیاز برای انجام تحلیل های پایداری ولتاژ وجود ماجول پخش بار نرم افزار NEPLAN است.
تجهیزاتی که بصورت پل به یکدیگر متصل هستند و همچنین موتورهای سرعت ثابت که مقدار مشخصی توان مصرف رمی کنند – حتی در مواقعی که ولتاژ کاهش می یابد – می توانند به طور موثری کاهش بار موقتی و طبیعی را که به سرعت کاهش ولتاژ شبکه رخ داده و می تواعث خروج در سیستم گردد را کاهش دهد. در پی انجام موارد فوق سیستم قدرت بص.رت ناپایدار درخواهد آمد (Whde Less Stable).
تغییر دهنده های تپ بار اثر ناپایدار کننده مشابهی دارند. برای جبران کاهش ولتاژ در اولیه سیستم، آنها با افزایش نسبت سعی در نگهداشتن ولتاژ ثانویه بصورت ثابت خواهد داتش. نتیجتاً ولتاژ در اولیه سیستم در قسمت ثانویه ظاهر نخواهد شد تا زمانی که LTC(Load Top Changer) به حد نهایی خود نرسد. علاوه بر موارد فوق عمل LTC سبب برزو افزایش توان راکتیو مصرفی در اولیه یم گردد، که باعث ناپایداری ولتاژ اولیه سیستم میگردد.
ادوات FACTS مانند SVCها و STAT COM ها می توانند از ظرفیت انتقال توان را با تامین ولتاژ بصورت اکتیو افزایش دهند اما فقط برای یک نقطه. در انتهای رنج کاری، یک تجهیز FACTS بطور ناگهانی توانایی خود را در کنترل از دست می دهد و بصورت یک تجهیز ثابت عمل می کند. توان راکتیو خروجی از یک خازن ثابت با کاهش ولتاژ نیز کم می شود (معمولاً با توان دوم ولتاژ V[SUP]2[/SUP]). بدذون کنترل ولتاژ راکتیو، ولتاژ خط پایدار باقی نمی ماند یا اینکه به نقطه ای که فروپاشی ولتاژ در آن رخ می دهد نزدیکتر می گردد نسبت به موقعی که کنترل ولتاژ اکتیو صورت می گرفت.
به عبارت ساده تر، یک فروپاشی ولتاژ هنگامی رخ یم دهد که مقدار توان راکتیو قابل کنترل کافی وجود ندارد و در دسترس نیست تا بتوان توان راکتیو مورد نیاز سیستم قدرت و مصرف کننده را تامین نمود. اگر این نقصان در توان راکتیو به اندازه کافی بزرگ باشد، ولتاژ سیستم کاهش خواهد یافت تا سطحی که برگشت به حالت اولیه غیرممکن گردد.
یک عامل محرک یا آغازگر مورد نیاز است تا فروپاشی ولتاژ واقع گردد. برای مثال ممکن است یک خط انتقال که نقش کلیدی در شبکه ایفا می کند ممکن است به علت برزو خطا از سرویس خارج گردد. از آنجایی که خطوط باقی مانده سعی در انتقال و جبران توان اکتیو ئ راکتیو مورد نیاز دارند، کمبود توان راکتیو بیشتر شده و ولتاژ سطح پایینتری را به خود اختصاص می دهد. همچنان که کمبود توان راکتیو افزایش یابد، کاهش سطح ولتاژ بیشتر شده و خطوط بیشتری شامل خطا میشوند. در این شرایط بروز فروپاشی ولتاژ ناحیه ای یا کلی امری طبیعی است.
6. آیا انواع مختلفی از فروپاشی ولتاژ وجود دارد؟
- فروپاشی ولتاژ در درازمدت: این نوع فروپاشی هنگامی رخ می دهد که ژنراتورها و تولید کننده های توان الکتریکی از منابع بار بسیار دور هستند و خطوط انتقال به میزان زیاید بارگیری میشدند و سیستم نمی تواند ولتاژ قابل قبول را در منابع بار ارایه دهد. هنگامی که سیستم نمی تواند مقدار کافی توان راکتیو به منطقه بار انتقال دهد، برای مثال، وقتی با کاهش تولید با انتقال مواجه هستیم فروپاشی ولتاژ می تواند حادث گردد. ممکن است بروز این فروپاشی ولتاژ از چند دقیقه تا چند ساعت به طول بینجامد.
- فروپاشی ولتاژ کلاسیک: این مورد هنگامی رخ می دهد که در یک سیستم قدرت بهم پیوسته با تولید پراکند. یک خطا باعث جدا شدن سیستم گردد و سیستم قدرت دارای ذخیره توان راکتیو کافی نباشد تا بتواند نیازهای سیستم و بار مصرف کنندگان را تامین کند. هر چقدر کمبود توان راکتیو بیشتر باشد کاهش ولتاژ نیز بیشتر خواهد بود. نهایتاً ولتاژ به نقطه ای می رسد که بازگشت به حالت اولیه امکان پذیر نیم باشد و سیستم دچار فروپاشی میگردد. این واقعه می تواند بین 1 تا 5 دقیقه بعد از بروز خطا رخ دهد.
- فروپاشی ولتاژ گذرا: دو دسته فروپاشی در این قسمت وجود دارد، اما هر دو کمتر از 15 ثانیه بعد از بروز اغتشاش رخ می دهند. فروپاشی ولتاژ سریع می تواند توام با کاهش سنکرونیزم باشد یا اینکه فروپاشی هنگامی رخ یم دهد که تعداد زیادی از موتورها با هم از کار بیفتند و بخواهیم همه را با هم دوباره به راه بیاندازیم. این مورد می تواند منجر به مصرف توان راکتیو زیاید گردد و فروپاشی ولتاژ را در پی دارد.
7. تفاوت فروپاشی ولتاژ ناپایداری حالت ماندگار کلاسیک در چیست؟
با توجه به آنچه که تا اینجا گفته شد فروپاشی ولتاژ از کاهش یافتن دامنه بصورت دینامیکی نشأت می گیرد، اما متغیرهای دیگری از سیستم قدرت را نیز شامل میگردد. برای مثال زوایای ماشین نیز در فروپاشی شامل هتسند. بنابراین تفاوت دقیقی نمیتوان بین فروپاشی ولتاژ و اغتشاشات ناپایدار ساز زاویه یا کاهش پایداری حالت دائمی قایل شد، همچنین همه فروپاشی ها نسبت های مختلفی از پایداری ولتاژ و ناپایداری زاویه را در خود دارند. به خاطر داشته باشید که در بسیاری از فروپاشی های ولتاژ ناهماهنگی بین توان اکتیو و زاویهتوان راکتیو و کاهش دامنه ولتاژ در شرایط بارگیری بی شاز حد برزو می کند.
تفا.ت فروپاشی ولتاژ و ناپایداری کلاسیک حالت دائمی موارد مورد تاکید زیر است:
بحث پیرامون فروپاشیدگی ولتاژ شامل بار و دامنه ولتاژ میشود در حالی که بحث پیرامون ناپایداری کلاسیک حالت دائمی روی ژنراتورها و زاویه ها متمرکز میشود. همچنین فروپاشیدگی ولتاژ اغلب شامل دینامیک از نوع طولانی تری است و اثرات تغییرات پیوسته مانند افزایش بار بعلاوه اتفاقات گسسته مانند خروج یک خط می باشد.
8- نقش توان راکتیو در فروپاشی ولتاژ چیست؟
درست است که فروپاشی ولتاژ یک ناپایداری است که شامل بسیاری از مولفه های سیستم قدرت و متغیرهاشان میگردد اما بصورت نوعی با تامین نشدن توان راکتیو که نتیجه موارد زیر است مرتبط می باشد.
· محدودیت در امر تولید توان راکتیو 0محدودیت های ژنراتور)
· محدودیت در امر انتقال توان راکتیو (تلفات توان راکتیو با بارگیری بیشتر از خظ افزایش می یابد) اگر بارگیری از خظ زیاد شود مقدار زیادی از توان راکتیو ورودی خط که باید در بار مصرف گردد مورد مصرف توسط خط قرار می گیرد برای اینکه تلفات اضافی خط را جبران کند و افت ولتاژ در طول خط نیز افزایش می یابد.
· افزایثش بار راکتیو. میازن مصرف توان راکتیو با افزایش بار افزایش می یابد، اگر موتورها از حرکت بازایستند یا تغییری در ترکیب بار بوجود اید مانند گرما، رطوبت هوا که توسط کمپرسورهای دستگاههای هواساز جبران شدند.
· کاهش توان راکتیو شارژ خطوط انتقال با کاهش ولتاژ.
9. آیا ممکن است بتوان ناپاداری ولتاژ را پیشگویی کرد؟
بلی. دو دسته نرم افزار کامپیوتری وجود دارد که م تواند پایداری ولتاژ سیستمهای قدذرت بزرگ را تجزیه و تحلیل – و پیشگویی – کنند. پایه و اساس آنها بر پخش بار تکتیو و راکتیو حالت دائمی قرار دارد، دسته دوم نیز مبتنی بر شبیه سازی تغییرات زمانی (Time-variung simulation) هستند. علاوه بر موارد فوف روشهای ریاضی نیز وجود دارند که شامل منحنی های V-Q وP-V ، تحلیل به روش modal و همچنین اندیسهای کارایی(Performance indice) هستند.
- تحلیل بوسیله پخش بار:
با اینکه پایداری ولتاژ امری دینامیکی است، تحلیل پخش بار (حالت دائمی)، که روشی ساده تر و دارای محاسبات کمتری نسبت بخ اتحلیل متغیر زمانی است، بسیار ارزشمند است. تحلیلی پخش بار مختص زمانی است که مقدار بسیار زیادی از بار بصورت غیر موتوری است. این روش در مطالعات وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد هنگامی که محدوده های پایداری ولتاژ برای حالت های قبل و بعد از بروز خطا باید تعیین گردند. همچنین این روش بطور موفقیت آمیزی در عیب یابی اتفاقات به وقوع پیوسته سیستم های قدرت واقعی بکار رفتهد است. در پی برزو یک خطا، یا در خلال افزایش بار، تحلیل پخش بار تصویر لحظه ای از سیستم قدرت را شبیه سازی می کند. این روش تحلیل برای بازه های زمانی که در ذیل آورده یم شود دارای معنی خواهد بود:
· 10 تا 30ئ ثانیه بعد از وقوع خطا: سیستم بطور نسبی ساکن خواهد شد تا نوسانات از بین بروند. کنترل تغییر دهئنده های تپا زیر بار، محدود کردن فوق تحریک و کنترل تولید خودکار آنچنان مهم نیستند. بارها نسبت به ولتاژ حساس هستند.
· 2 تا 5 دقیقه بعد از بروز خطا: ممکن است تغییر تپ زیر بار تکمیل شده باشد. رگولاسیون صورت گرفته توسط تپ صنچر در نزدیکی بارها ترمیم بارهای حساس نسبت به ولتاژ را در پی دارد. جریان میدان ژنراتورها ممکن است تا حداقل خود کاهش یابد. کنترل تولید خودکار (AGC: Automatic Generation Control) کامل می شود اگر نامتعادلی بار زیاد نباشد.
· 5 دقیقه یا بیشتر بعد از بروز خطا: بار احیا شده که اکنون از افت ولتاژ آسیب دیده توسط کنترل کننده های ترموستاتیک بازسازی میشود. کنترل تولید خودکار، دوباره برنامه ریزی تولید و پخش بار اقتصادی و همچنین دستورالعمل راه اندازی مجدد بهره برداری نیز در این مرحله باید اجرا گردند.
- تحلیل بوسیله متغیرهای زمانی:
برنامه های پایداری گذرا و همچنین برنامه های طویل المدت یات میان مدت را می توان برای تحلیل متغیر زمانی بکار برد. کاربردهای ممکن برای بکار بردن این روش تحلیل عبارتند از:
· هماهنگ کردم زمتانی تجهیزات: هنگامی که بازه های زمانی با یکدیگر همپوشانی دارند به عنوان مثال سیستم تحریک ژنراتور و کنترل گاورنر، طرح های حفاظتی پیچیده و مخصوص، SVCها، تغییرات بار ناشی از تغییرات فرکانس و ولتاژ (مانند آنچه در مورد موتورهای القایی و دستگاههای تهویه مطبوع گفته شد) و همچنین لود شدینگ تحت ولتاژ کمتر.
· شناختن و آشکارسازی هرچه بیشتر پدیده و ممانعت از بکار بردن تجهیزات اضافی: مدل سازی دامه زمانی تاکید بیشتری بر تحلیل های دقیقتر و مدل سازی دقیقتر دارد.
· تاکید بر کاهش تحلیل های استاتیک با محاسبات پیچیده.
· بهبود کیفیت شبیه سازی: به خصوص در نزدیکی مرزهای پایداری.
· شبیه سازی وقایع دینامیکی سریع مرتبط با فازها و مراحل نهایی فروپاشی ولتاژ
· تهیه و ارایه میزان کارایی سیستم با به کار بردن نمودارهای زمانی که میزان پایداری ولتاژ را نشان می دهند.
برای کسب بینش مضاعف نسبت به مکانیزم ناپایداری ولتاژ، مهندسان می توانند تحلیل مقادیر وزنی را در نقاط متعددی برای سنجش میزان ناپایداری ولتاژ بکار ببرند. برای مثال مقادیر ویژه یک سیستم خطی سازی شده می توانند محاسبه شوند تا بتوانند تصاویر لحظه ای پس از فروشناندن حالت گذرا را نشان دهند.
مقایدر ویژه بریا نشان دادن دوباره تنزل کردن نرخ پادیاری ولتاژ در هنگام تغییر تپ پیوسته نیز بکار می روند و محاسبه می شوند. (این مورد برای سیستم های قدرت واقعی کاربرد آنچنانی ندارند). به هر حال، تحلیل مقادیر ویژه یا هر نوع تحلیل که مربوط به سیستم های هطی سازی شده می باشد می تواند گاهی اوقات منجر به برزو خطا در مورد حس کردن مقدار ایمنی گردد چرا که آستانه های پایداری همیشه تحت تأثیر عناصر غیرخطی هستند مانند ژنراتورها، ادوات FACTS یا تغییر دهنده های تپ زیر بار که می توانند به نهایت مقدار عملیاتی خود برسند. علت این امر این است که تحلیل مقادیر ویژه یا هر نوع تحلیل رمبوط به سیستمهای خطی سازی شده فقط هنگامی می تواند مورد استفاده قرار بگیرد که شرایط سیستم حول یک نقطه کار ثابت تغییر می کند و تحت تغییرات و اغتشاشات کوچکی قرار دارد و می توان معادلاتا سیستم های غیر خطی را در حول آنها خطی سازی نمود. ناآگاهی نسبت به هناصر غیرخطی دینامیکی سیستم، مخصوصاً در حوالی فروپاشیدگی ولتاژ می تواند منجر به نتایج غلط و تصمیم گیری هیا اشتباه شود.
- به کار بردن منحنی های P-V و V-Q
منحنی های V-Q که اسان ترین ابزار برای تحلیل پایداری ولتاژ هستند جبه مهندسان اجازه می دهند تا مقاومت سیستم را با اضافه کردن بار راکتیو بسنجند. برای مثال منحنی V-Q در شکل 1 نشان می دهد که یک بانک خازنی شنت (موازی با شبکه) ولتاژ سیستم را افزایش می دهد و آستانه توان راکتیو را افزایش می دهد.
نحوه عملکرد در سطور زیر مشخص شده است:
* یک کندانسور سنکرون مجازی در یک باس مورد آزمایش تصور کنید. باس مورد آزمایش بصورت یک باس از نوع PV درخواهد آمد بدون هیچ محدودیتی برای توان راکتیو.
* ولتاژهای مختلفی را برای آن درنظر بگیرید.
* نمودار مقدار توان راکتیو را نسبت به ولتاژ رسم کنید.
* نمودار های V-Q را برای شرایط قبل و بعد از اغتشاش رسم کنید همچنین برای مقادیر مختلفی از بارهای مدل سازی شده
نکته: دامنه ولتاژ معنی دار مابین 9/0 تا 1/1 پریونیت می باشد. استفاده از منحنی های V-Q برای بررسی مشکلات بزرگ سیستم کاربرد آنچنانی ندارد.
منحنی های V-Q راه خوبی برای اینکه بتوان تعیین کرد که ایا ولتاژ تحت بار مشخصی پایدار خواهد بود یا خیر؟
منحنی های P-V به عنوان انتخابی دیگر در تحلیل پایداری ولتاژ در سطوح مختلف بارگذاری موثر خواهند بود.
همچنین معادلات سیستم پیچیده تر خواهد شد و سخت تر حل می شوند. هنگامی که قدرت قابل انتقال به حداکثر خود می رسد بنابراین، برای یک شبکه بزرگ تحلیل P-V در نزدیکی محدودیت تا حدی مبهم و پیچیده است. (آای ممکن است سیستم منجر به خطا شود در حل مسئله به علت محدودیت هیا انتقال که به حد آنها رسدیه ایم و حال هیچ راه حلی نداریم و اینکه آیا ممکن است به جواب نرسیم و علت اینکه الگوریتم انتخابی خوب عمل نمی کند؟ در جواب باید یگوییم که بستگی دارد به یک راه حل با الگوریتم غیر همگرا می تواند یک سیستم ناپایدار را به درستی نشان دهید یا خود الگوریتم شکل داشته باشد).
پایداری ولتاژ می تواند در هر نقطه ای از منحنی P-V یک سیستم خطی سازی شده یا بوسیله تحلیل حساسیت یا تحلیل به زوش مدال در حالت دائمی سنجیده شود. سه منحنی نشان داده شده در شکل 2 مربوط هستند به 3 ضریب قدرت بار در نقطه دریافت بار و ضریب قدرت 9/0 پس فاز حالت طبیعی و نرمال سیستم را نشان می دهد. منحتی مربوط به ضریب قدرت واحد (0 و 1) نتیجه اتصال بانک خازنی نسبت به نقطه پایانی خط (محل بار) است که توان راکتیو مورد نیاز بار را تامین می کند، این توان راکتیو با افزایش توان راکتیو درخواستی بار تا حد مجاز آن افزایش می یابد. ضریب قدرت 9/0 پیش فاز اضافه کردن اتصال بانک خازنی دیگری به نقطه اتصال بار است. به این نکته دقت کنید که برای هر منحنی در سطح ولتاژ وجود دارد به ازای دو مقدار توان. بریا سیستم قدرت نرمال در حال طبیعی کنترل بار و کنترل ولتاژ نقطه کار بالاتر به عنوان نقطه کار پایدار و نقطه کار تحتانی به عنوان نقطه کار ناپایدار تلقی می گردد.
- اندیس های کارایی
اندیس های کارایی که می توانند به عنوان پارامترهای تغییر یافته سیتسم مونیتور شوند بسیار مفید هستند. برای اینکه تعیین کنیم سیستم چقدر به تاپایداری نزدیک شده است. این اندیسها عبارتند از:
* ضریب حساسیت:
ابزار شناخته دشه برای مهندسان تولید در جهت آشکارسازی مسئله پادیاری ولتاژ و اندازه گیری صحیح تجهیزات. این ضرایب برای اولین بار در پیشگویی مسئله کنترل ولتاژ منحنی های Q-V ژنراتورها مورد استفاده قرار گرتفند که شامل نشانگر نزدیکی به نقطه فروپاشیدگی ولتاژ نیز میشدند (Voltage Collapse Proximity Indicator: VCPI) و همینطور ضریب حساسیت ولتاژ(Voltage Sensivity Factor:VFS).
* مقادیر منفرد ویژه: مقادیر مینیمم منفرد و مینیمم مقادیر ویژه نشانگرهیا حساس تری هستند.
بریا فروپاشیدگی ولتاژ تا ولتاژهای باس. اندیس ها را می توان برای تعیین اندازه گام مگاوات یا مگاوار بعدی در محاسبات پخش بار برای تعیین منحنی های P.V تحلیل های مربوط به آنها بکار برد.
- آستانه های بارگذاری
مقدار بار اضافه شده (در الگوی مشخصی از اضافه بار) که می تواند منجر به فروپاشیدگی ولتاژ گردد آستانه بارگذاری پایه ای تری و گسترده ترین اندیس برای فروپاسیدگی ولتاژ است. مهندسان انتخاب های متعددی در مشخص کردن آستانه بارگذاری دارند. تغییر در بارگذاری مکی تواند توسط حاصلجمع مقادیر مطلبق تغییرات توان بار یا با استفاده ازمجذور حاضل جمع مربعات تغییرات توان بار تعیین گردد.
همچنین این امر ممکن است که بتوان از آستانه بارگذاری برای اندازه گیری مقدار توان انتقالی بین دو ناحیه استفاده کرد. در هنگامی که ظرفیبت انتقال بین آن دو ناحیه مورد مطالعه قرلر می گیرد.
همواره اینگونه در نظر گرفته می شود که بارها دارای ضریب قدرت ثابتی باشند. در چنین حالتی اندازه گیری تغییر در بارگذاری تغییر توان حقیقی میسر خواهد بود. مزیت دیگر بارهای با ضریب قدرت ثابت اندازه گیری تغییرات بارگذاری آ”نهاست که با حاصلجمع مقادیر جمطلق تغییرات توان بار حاصل می گردد.
- آستانه توان راکتیو:
فروپاشی ولتاژها هنگامی که محدودیت های جاری توان راکتیو حاصل نشود رخ نمی دهد بخصوص در منابع راکتیو بزرگ. پس با آشکارسازی توان راکتیو انتقال داده شده و رزروهای مرتبط با آن در یک سیستم قدرت، بهره برداران می توانند میزان نزدیک شدن به فروپاشیدگی ولتاژ را تعیین کنند (تخمین بزنند) و اقلام اصلاحی مورد نیاز را بکار برند که عباراتند از لود شرینگ، به خصوص بریا نواحی مه نیاز به اضافه توان راکتیو دارند. آستانه هاید توان راکتیو استفاده می شدند برایذ سنجش میزان مشکلات ناپایداری ولتاژ گروه هایی از باس بارها در سیستم قدرت این محدوده ها بر پایه اختلاف بین منابع تولید توان راکتیو (ژنراتورها، SVCها، و کندانسورهای سنکرون) و مصرف کننده های توان راکتیو (انواع بارها و خطوط انتقال) در هر باس از یک گروه یا ناحیه کنترل ولتاژ قرار دارند.
10- راهنما برای بکارگیری آستانه امنیت ولتاژ
در گذشته واحدهیا تولیدی سهی در ثابت نگهداشتن سطح ولتاژ قبل و بعد از بروز خطا داشتند که بر پایه تلرانس دستگاهها بود و بستگی بسیار زیادی به آن داشن. با توجه به اینکه موضوع بستگی ولتاژ سیستم قدرت را در پی دارد اما هیچ تضمینی برای وجود آستانه ای برای پایدار بودن ولتاژ ندارد. در نظر بگیرید یک سیستم قدرت ممکن است دارای سطوح ولتاژ خوبی قبل و بعد از بروز خطا باشد، اما بسیار محتمل است که در آستانه ناپایداری ولتاژ و ضوابط ولتاژی قرار داشته باشد. بریا مثال اگر مطالعات در سیستم قدرت نشان دهنده ناپایداری ولتاژ ممکن است حادث شود هنگامی که رزروهای توان راکتیو چدر ژنراتور مشخص با ادوات FACTS به مقادیر مشخصی برسند، در این حالات واحدهای تولیدی می توانند این مقادیر اندازه گیری شده را به عنوان نشانگرهای مستقیم پایداری و یا ناپیداری ولتاژ استفاده کنند.
در حالت کلی تر آستانه هیا امنیت ولتاژ توسط اختلاف بین مقادیر کلیدی پارامترهای سیستم (Key stystem Parameters )KSP در نقطه کار کنونی و نقطه بحرانی پادیار ولتاژ تعیین می شوند. واحدهای تولیدی متفاوت ممکن است از پارامترهای کلیدی مختلفی استفاده کنند برای در موضوع اصلی که عبارتند از:
الف) پارامترهای کلیدی برپایه PV که عبارتند از بار یا توان انتقال یافته بین واسطه ها
ب) پارامترهای کلیدی بر پایه QV که عبارتند از توان راکتیو تزریقی به یک باس یا گروهی از باس ها.
ضوابط پایداری ولتاژ مشخص می کنند چه مقدار به عنوان آستانه برای امنیت ولتاژ در سیستم باید در نظر گرفته شود. ممکن است این مورد اینگونه عنوان شود که «سیستم باید اینگونه بهره برداری گردد برای نقطه کار مورد نظر و تحت هر اغتشاش محتمل با آستانه پایداری ولتاژ باید بزرگتر از x درصد (به MW یا MVARٌِ) از KSP باقی بماند. در ادامه این ضابطه برای آستانه پایداری ولتاژ ممکن است واحدهای تولیدی چضوابط دیگری برای بهره برداری در شرایط پادیار ولتاژ وضع کنند، که عبارتست از منع افزایش ولتاژ و رزرو توان راکتیو.
11- رفع نقایص طراحی
هنگامی که ضوابط پادیاری ولتاژ سیستم ارضا نشد، واحدهای تولیدی می توانند از ابزارهای رفع نقص متعددی برای دستیابی به پایداری ولتاژ استفاده کنند. دیگر مولفه های سیستم (ژنراتورها، سیستم های انتقال و توزیع و بار) می توانند بهبو.د یابند تا پایداری ولتاژ در سیستم قدرت بصورت کلی بهبود یابد. عملی بودن یا در دسترس بودن امکان هر یک از انتخاب هیا فوق بستگی به ویژگیهیا سیستم دارد. اما این موارد عبارتند از: کنترل توان اکتیو، جبران سازهای سری و موازی، لود شدینگ در ولتاژ پایین، سد کردن تغییر تپ زیر بار و اتوماسیون سیستم های توزیع. اگر ضوابز برای آستانه ولتاژ اضافه نشدند، مهندسان از تحلیل مودال برای مشخص کردن بهترین نقطه برای بکارگیری رفع نقص استفاده خواهند کرد.
در بسیاری از واحدهاتی تولیدی شرایطی که باعث بروز فروپاشی ولتاژ میگردد غیرطبیعی است، یا بصورت خطاهای درجه دوم بروز می کنند یا نشانه هیا غیر طبیعی بار. برای این سیستمهای تولیدی سخت افزاری که به کمک آن می توان از بروز فروپاشیدگی ولتاژ جلوگیری نموده بسیار گران و غیر ابل دسترس است. ضمناً با توجه به الینکه فروپاشیدگی ولتاژ یک مسئله ناحیه ای است و اگر ناحیه ای در یک سیستم قدرت دچار آن شد با طرح سیستم حفاظت صحیح و کارآمد می توان از گسترش فروپاشیدگی ولتاژ در همه سیستم و همچنینی دیگر باس های آن جلوگیری نمود. بسیاری از واحدهای تولیدی در جهان از لودشرینگ در ولتاژهای پایین برای این منظور استفاده می کنند.
12- چه ابزارهایی برای تحلیل پایداری ولتاژ در دسترس هستند.
ولتاژهای تولیدی می توانند ابزارهایی برای سنجش پایداری ولتاژ یا امنیت سیستم قدرت به اختیار بگیرند که عبارتند از:
* نرم افزار VSTAB که ساخته شرکت EPRI است برای تحلیل سیستم های قدرت بزرگ که در سیستم های قدرت بزرگ تست و مورد بهره برداری قرار گرفتند.
13- تحلیل پادیاری ولتاژ توسط نرم افزار NEPLAN
به عنوان قسمتی از نرم افزار NEPLAN ما جدول پایداری ولتاژ 4 عمل را در تحلیل پایداری ولتاژ استاتیکی انجام می دهد. که عبارتند از: تحلیل V-Q (منحنی های V-Q)، تحلیل P-V (منحنی های P-V)، آنالیزب حساسیت V-Q و تحلیل مقادیر ویژه V-Q (آنالیز مودال). این ماجول امکان سنجش و آزمون شرایط مختلفی از سیستم قدرت را می دهد. این نرم افزار یک ابزار ایده آل و توانمند است و می توان با استفاده از آن بینش کلی تری نسبت به طبیعت مسئله پادیاری ولتاژ بدست اورد و می تواند ابزار مواجهه با مسئله پایداری ولتاژ را به نحو احسن در اختیار کاربر بگذارد.
کاربردها:
بسیاری از مضووعات پادیاری ولتاژ می تواند توسط روشهای استاتیک مورد بحث و بررسی قرار گیرد. در این روش آزمون وجود و نحوه تعادل جدر نقطه مورد نظر بهره برداری قابل انجام است. دو موضوع مهم در این آزمایش سنجیده می شوند که عبارتند از:
الف: سیستم چقدر به ناپایداری ولتاژ نزدیک شده است؟
ب: چرا ناپایداری ولتاژ بروز کرده است؟
مزین موارد مطوجه فوق در این است که آنها اطلاعات مورد نیاز پادیاری ولتاژ را ارایه می دهند که از زاویه دید مناسبی از سیستم قدرت گرفته شده اند و همچنین بطور واضح نقاط مشکل دار ولتاژ شبکه را مشخص می کنند. ماجول پادیاری ولتاژ ترم افزار NEPLAN ابزار پیشرفته، کارآمد و سریع التعلیم برای کاربر است که موضوعات متعددی از بحث پایداری ولتاژ را می تواند بررسی و تجزیه و تحلیل کند.
* تعیین ضعیفترین باس ها در شبکه قدرت
* معرفی نواحی تاپایدار وضعیت در شبکه قدرت (غیر قابل کنترل)
* معرفی بارهاید ضعیف و بارهای بزرگ که به شبکه متصل هستند
* توزیع توان راکتیو توسط منابه تولید توان راکتیو در شبکه برای دستیابی آستانه پایداری ولتاژ
* اطلاعات مربوط به حساسیت ولتاژ
* میزان یا درجه پادیاری ولتاژ
* دیگر اندازه گیری های سفید برای بررسی و تحلیل پادیاری ولتاژ در سیستم قدرت
برخلاف روش هیا استاتیک بکارگیری روش شبیه سازی زمانی می تواند در بررسی وقایعی که زمان سنجی و تحلیل زمانی آنها می تواند در بررسی پادیاری ولتاژ و وقایعی که منجر به ناپایداری ولتاژ شده اند بسیار مفید و میسر واقع گردد.
ماجول پایداری گذرا در نرم افزار NEPLAN ابزار مناسبی برای این نوع شبیه سازی زمانی می باشد.
* تجزیه و تحلیل P-V (منحنی های P-V)
تحلیل P-V یک ابزار حالت دائمی است که توسط آن می توان منحنی هایی بسط و گسترش داد که به ولتاژ باس های سیستم قدرت که به نواحی بار توان میرسانند مربوط است. ولتاژ باس مونیتور می شوند در جریان افزایش حد مجازی از بارها در نقاط بار. از مزایای این روش آن است که در خلال آن می توان افزایش بار میزان نزدیک شدن به فروپاشی ولتاژ را سنجید.
- ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل:
* اطلاعات استاندارد پخش بار
- خروجی این نوع روش تحلیل
* منحنی های P-V برای کلید باس های موجئد در شبکه
* تجزیه و تحلیل V-Q (منحنی های V-Q)
تحلیل به روش V-Q روشی برای بررسی امکان بروز فروپاشی ولتاژ را در دسترس قرار می دهد. منحنی های V-Q توسط اعمال چندین حالت پخش بار بدست خواهند آمد. کمترین نقطه یک منحنی V-Q نقطه بحرانی آن است (دقیقاً در جایی که dQ/dV=0 می گردد) کلیه نقاط موجود در سمت چپ نقطه بحرانی ناپایدار تلقی میگردند همچنین کلیه نقاط موجود در سمتن جراست نقطه بحرانی پایدار تلقی می شوند.
- ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل
* اطلاعات استاندارد پخش بار
- خروجی این نوع روش تحلیل
* منحنی های V-Q مخصوص کلید باس های سیتم قدرت
* آنالیز حساسیت V-Q
ورودی های مورد نیاز نرم افزار برای انجام تحلیل
* اطلاعات مورد نیاز پخش بار استاندارد
- خروجی این نوع روش تحلیل
* حساسیت خودی V-Q. افزایش تغییرات داخله ولتاژ اگر میزان توان راکتیو تزریقی تغییر کند.
* حساسیت متقابل V-Q افزایش تغییرات دامنه ولتاژ کلید باس ها اگر توان راکتیو تزریقی به یک باس دچار تغییر شود.
* تحلیل مقادیر ویژه Q-V (روش تحلیل مودال)
تحلیل به روش مقادیر ویژه دارای این مزین است که اطزلاعات را با توجه هب مکانیزم ناپایداری تهیه و تولید می کند. دامه و اندازه مقادیر ویژه به عنوان نسبت و ضریبی برای نزدیک شدن به ناپایداری بکار برده می شوند. تحلیل جمقادیر ویژه بسیار کمک می کند در معرض نواحی و تجهیزات که باعث بروز ناپایداری ولتاژ می شوند .
- ورودی های مورد نیاز این روش تحلیل
* اطلاعات مورد نیاز بخش بار استاندارد
* مقادیر ویژه (حساسیت های ولتاژ مودال)
* بردارهای ویژه
* ضرایب مشارکت باس ها در ناپایدارسازی ولتاژ
* ضرایب مشارکت شاخه ها و نقاط بار در ناپایدارسازی ولتاژ
* ضرایب مشارکت ژنراتورها در ناپایداری سازی ولتاژ
* مشخصات اصلی
- محاسبات خودکار: برای تهیه منحنی های V-Q و P-V با حساسیت خودی و متقابل با مقادیر ئیژه، بردارهای ویژه، ضرایب مشارکت باس ها، شاخه ها و بارها و ژنراتورها.
- جداول نتیجه: خروجی نرم افزار در قالب جداولی تهیه می شود که می توان آنها را به راحتی در محیط نرم افزار MS-EXCELL مورد استفاده قرار داد.
- متن های نتیجه: گزارشات در قالب متن های قابل استاده در اکثر نرم افزارهای واژه پرداز قابل دسترسی هستند.
- نتایج گرافیکی: نتایج حاصل توسط عملیات انجام گرفته توسط نرم افزار بوسیله قابلیت های گرافیکی آن قابل رویت هستند. شکل ها و نمودارها به سادگی قابل انتقال به نرم افزارهای گرافیکی هستند از قبیل MS-WORD
- تنها چیز مورد نیاز برای انجام تحلیل های پایداری ولتاژ وجود ماجول پخش بار نرم افزار NEPLAN است.
آخرین ویرایش:
مثال ها
مثال ها
مثال ها
مثال ها
مثال ها
مقدمه:
ناپایداری ولتاژ، معمولاً در سیستمهای تحت بارگذاری شدید رخ می دهد. ممکن است فروپاشی ولتاژ دلایل دیگری داشته باشد اما مسئله اصلی ضعف ذاتی سیستم قدرت است. عوامل ذاتی سیستم قدرت است. عوامل اصلی فروپاشی واتاژ عبارتند از: محدودیت های کنترل توان راکتیو یا ولتاژ ژنراتور، مشخصه هیا بار، مشخصه های وسایل جبران سازی راکتیو، و عمل کرد وسایل کنترل ولتاژ مانند ترانسفورماتورهای دارای تغییر دهنده تپ زیر بار.
2- مشخصه های سیستم انتقال:
در حقیقت روابط بین توان انتقال دهده شده (PR)، ولتاژ طرف گیرنده (VR)، و تزریق توان راکتیو (Q1) است که مشخصه سیستم انتقال را توصیف می کند. در این بررسی یک سیستم مثالی ساده بسنده کرده این در حالی که در سیستمهای پیچیده با تعداد زیادی از منابع ولتاژ ماشین های بار و بوسیله بخش بار می توان مشخصات مشابهی را تعیین نمود. نمایش نمادین سیستم بصورت زیر است که شامل منبع تولید توان ES، امپدانس انتقال Z[SUB]LTV[/SUB] و بار Z[SUB]LP[/SUB] می باشد. (شکل 1)
جریان I ولتاژ مصرف کننده VR و توان مصرف کننده Pe بصورت زیر محاسبه میشوند.
اگر نمودارهای I، VR و PR را بصورت تابعی از تقاضای توان توسط بار رسم کنیم. (با فرض , ( شکل 2 نمایشگر آنها خواهد بود. با افزایش توان درخواستی توسط بار (کاهش Z[SUB]LN[/SUB]( > hfjnh PR قدری افزایش یافته سرانجام پس از رسیدن به مقدار حداکثر به کندی کاهش می یابد. پس می توان اینطور نتیجه گرفت که حداکثر توان راکتیوی وجود دارد که یم تواند بوسیله امپدانس از منبع با ولتاژ ثابت عبور کند. هنگامی که این مقدار توان حداکثر است، افت ولتاژ در خط انتقال برابر VR باشد، به عبارت دیگر هنگامی که Z[SUB]LD[/SUB]/Z[SUB]LN[/SUB]=1 باشدو مقادیر VR و I متناظر با حداکثر توان مقادیر بحرانی هستند. سمت چپ نمودار P نشانگر مارکرد پایدار سیستم وسمت راست آن محل کارکرد ناپایدار سیستم است.
تقاضای باری بیش از توان حداکثر کنترل توان با تغییر بار ناپایدار خواهد بود، به عبارت دیگر کاهش امپدانس بار توان را کاهش می دهد. در این ناحیه ولتاژ بار ممکن است کاهش پیدا بکند یا نکند، این موضوع به مشخصه ولتاژ – بار بستگی دارد. از طرف دیگر اگر بار بوسیله ترانسفورماتوری با تغییر دهنده تپ زیر بار تامین شود عمل تغییر تپ سعی در افزایش ولتاژ بار و رسیدن آن به مقدار نامی خواهد داشت که بر اثر آلان Z[SUB]LP[/SUB] کاهش می یابد. که این مورد VR را باز هم کمتر می کند و همین امر باعث کاهش فزاینده ای در ولتاژ نیگردد که این پدیده ناپایداری ولتاژ افت روش رایج در نمایش این پدیده رسم نمودار مربوطه به رابطه VR و PR بریا مقادیر مختلفی از ضریب توان بار در ES ثابت است. در شکل 2 کمکان هندسی نقاط بحراتنی بصورت خطوط مقطع نشان داده شده اند فقط نقاط کار بالای نقاط کار بحرانی شرایط کار رضایتبخش را نشان می دهد. لازم بهخ ذکر است سیستمهای عملی قدرت نیز که شامل منابع ولتاژ و تنشهای زیادی هستند نیز مشخصه های مشابهی را بین انتقال توان اکتیو و ولتاژ رشین های بد از خود نشان می دهند.
مشاهده می شود که سیستمهای پیچیده مشخصه هیا P-V مشابهی با سیستم شعاعی ساده شکل 1 دارند چنین مشخصه های نشان دهنده وجود عناصر عمدتاً اندوکتیو در شبکه هستند.
یک روش دیگر و سودمندتر برای برخی جنبه های پادیاری ولتاژ رابطه V-Q است که حساسیت و تغییر ولتاژهای شین را نیبت به تزریق با جذب توان راکتیو نشان می دهند. شکل (3) نمایش نم,دار V-R بریا سیستم شعاعی شکل 1 است که بریا مقادیر مختلف توان بار رسم شده است. این مشخصه ها آسانتر از مشخصه های P-V مربوط به سیستمهای با ساختار غیر شعاعی بدست می آیند و برای بررسی جبران سازهای توان راکتیو نیز مناسبتر هستند. بخش پایینی منحنی V-Q که در آن dQ/du مساوی صفر است، حد پایداری ولتاژ را نمایش می دهد. طرف راست منحنی V-Q محدوه کار پایدار است و طرف چپ آن محدوده کار ناپایدار چرا که اکثر وسایل کنترل کننده توان راکتیو افزایش Q با افزایش V همراه است (برعکس همچنین ممکن است در طرف چپ ولتاژ آنقدر کم شود که وسایل حفاظتی فعال شوند به این جهت بخش پایینی منحنی V-Q علاوه بر شناسایی حد پایداری حداقل توان راکتیو برا ی بهره برداری پادیار به دست می دهد.
تا این مرحله که نقش سیستم انتقال را در پایداری ولتاژ بررسی کردیم موارد زیر به عنوان دلایل اصلی پایداری ولتاژ مطرح میشدند.
1- بار روی خط انتقال بسیار زیاد است
2- منابع ولتاژ از مراکز بار بسیار دور هستند
3- ولتاژ منبع خیلی پایین است
4- جبران سازی راکتیو بار ناکافی است
3- مشخه های ژنراتور:
در یک سیستم قدرت AVR مهمترین وسیله کنترل ولتاژ است. در حالت عادی توسط AVR ولتاژ ترمینال ژنراتور ثابت نگهداشته میشود. اگر ولتاژ سیستم پایین باشد ممکن است تقاضای توان راکتیو برروی ژنراتورها از حدود جریان تحریک و یا جریان آرمیچر آنها فراتر رود. جریان تحریک ژنراتور بطور خودکار به کمک یک محدودکننده فوق تحریک محدود می شود. (Over Excitation Limitter: OXL) در یک جریان تحریک ثابت، ولتاژ ترمینال ثابت در پشت راکت سن سنکرون قرار دارد این موضوع را کتانس را افزایش می دهد که خود وضعیت فروپاشی ئلتاژ را هم بدتر می کند. در اکثر ژنراتورها، حد جریان آرمیچر بطور دستی و بوسیله اپراتورها تنظیم میشود. در برخی دیگر از ژنراتورها از محدود کننده های جریان آرمیچر بطور خودکار همراه با زمان تاخیر برای محدود کردن خروجی توان راکتیو استافده میشود. برای بررسی موضوع از دست دادن کنترل ولتاژ شکل 4 را در نظر بگیرید.
سیستم فوق از یک بار بزرگ که از شین بی نهایت تغذیه می کند به همراه یک ژنراتور میانی تشکیل شده است. اگر در شین میانی ولتاژ مقدار خود ثابت باقی بماند مشخصه P-V با P[SUB]MAX[/SUB] بزرگتر در شکل 5 بدست می آید. اگر واحد تولید کننده به حد جریان تحریک خود برسدذ ولتاژ شن V[SUB]1[/SUB] در حد خود باقی نمی ماند در این حالت مشخصه P-V با منحنی 2 نشان داده می شود. مشخص است که نقطه نظر کار مستقر برروی منحنی 1 بسیار پایدارتر از نقطه کار مستقر بر منحنی 2 است.
4- مشخصه های بار:
مشخصه های بار و سیستم کنترل ولتاژ را می توان از عوامل موثر در پایداری ولتاژ برشمرد. بارهایی که مولفه های حقیقی و راکتیو آنها با ولتاژ تغییر می کند با تغییر انتقال توان از سیستم بر مشخصه های انتقال تأثیر می گذارند. همواره سیستم کنترل ولتاژ و تغییر دهنده های تپ زیر بار سعی در ثابت نگه داشتن ولتاژ سربار دارند. هنگامی که تغیری دهنده تپ زیر بار به انتهای بازه تپ خود می رسد ولتاژ سیستم شروع به افت می کند. بارهای اکتیو راکتیو خانگی با این افت ولتاژ کاهش می یابند که باعث کم شدن بارگیری خط و نهایتاً افزایش تلفات راکتیو خط میشوند.
در حالی که بارهای صنعتی تغییرات کمی خواهند داشت پس خازنهای ناحیه صنعتی توان راکتیو کمتری تولید می کنند که نهایتاً باعث افزایش کلی توان راکتیو خط میشود. کاهش ولتاژ در سیستم توزیع و نهایتاً کم شدن بار باعث می شود بارهای حرارتی و ترموستاتیک مدت طولانی تری کار کنند که این امر باعث می شود تعداد زیادی از این تجهیزات با هم شروع به کار کنند. این نوع بار را بار حساس به ولتاژ گویند که در اثر بروز پددیه فوق ولتاژ سیستم توزیع میزان بیشتری افت خواهد کرد. موتورهای القایی نیز با کاهش 10 الی 15 درصدی ولتاژ متوقف میشوند که باعث میگردد توان راکتیو بالایی صرف کنند، که این امر در کاهش ولتاژ مزید به علت خواهد بود.
5- مشخصه های وسایل جبران ساز راکتیو:
1- خازن موازی (Shunt Capasiter)
با استفاده از خازن شنت می توان در نقطه مصرف توان راکتیو مورد نیاز بار را تامین نموده که این امر باعث جلوگیری از فروپاشی ولتاژ= تا حد مطلوبی می شود. اثر وجود خازن شنت در شبکه بصورت زیر خواهد بود:
* تنظیم ولتاژ در سیستمهایی که از خازن شنت به مقدار زیاد استفاده کرده اند مشکل خواهد بود.
* عملکرد پایدار با خازن شنت مشکل خواهد بود.
* تولید توان راکتیو توسط خازن متناسب با مجذور ولتاژ است، حال اگر علت دیگری باعث کاهش ولتاژ شود تولید توان راکتیو توسط خازن نیز متاثر از آن کم خواهد شد.
2- خازن های سری:
مهمترین نکته در مورد پادیاری ولتاژ در حضور خازن سری تناسب توان راکتیو شده توسط آن با جریان عبوری در خط است. پس هر تغییری در ولتاژ سیستم اثر چندانی بر تولید توان راکتیو توسط خازن سری ندارد و می توان گفت این مورد اثر مطلوبی بر پایداری ولتاژ نیز دارد. از این نوع خازن برای کوتاه سازی طول موثر خطوط طولانی استفاده می شود. خازن سری امپدانس مشخصه خط و طول الکتریکی را تواماً کاهش می دهد که باعث تنظیم و پایداری توام ولتاژ می شود.
3- SVC و کندانسو سنکرون:
SVC تا حداکثر خروجی خازنی تنظیم می کند اما هنگامی که به نهایت حالت خازنی خود رسید تبدیل به یک خازن ساده می شود. که ممکن است باعث ناپایداری ولتاژ گردد. بر خلاف SVC کندانسور سنکرونی دارای یک منبع ولتاژ داخلی است اما ولتاژهای پاتیین شبکه به تغذیه توان راکتیو شبکه ادامه می دهد و باعث عملکرد پادیار ولتاژ در شبکه می شود.
6- فروپاشی ولتاژ
هرگاه در یک سیستم قدرت با افزایش تقاضای توان راکتیو مواجه شویم اگر این تقاضای اضافی به کمک ذخیره های توان راکتیو ژنراتورها و جبرانسازها برآئرده شود سیستم در یک سطح ولتاژ پادیار استقرار می یابد. اما اگر به علت ترکیب تعدادی از رویدادها در یک زمان و وضعیت سیستم تقاضای توان راکتیو توسط ذخیره سازها و جبران سازها برآورده نشود نهایتاً کاهش ولتاژ در سیستم به فرو.پاشیدگی ولتاژ تبدیل یم شود که خود باعث از کار افتادگی قسمت عمده ای از سیستم یا همه آن خواهد شد.
طرح فروپاشی ولتاژ
7- دسته بندی پایداری ولتاژ:
بر اسا تحلیل و بررسی وقایع منجر به فروپاشیدگی ولتاژ در سطح جهان گاین پدیده به دو دسته قابل تفکیک است که هر دسته روش بررسسی متناسب با شرایط خود را طلب می کند.
الف) دسته اول: پادیاری ولتاژ اغتشاش بزرگ
توانایی سیستم قدرت در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های بزرگ از قبیل خط های سیستم، از دست دادن بار، از دست دادن تولید در این دسته مد نظر خواهد بود و بریا بررسی آن از تحلیل های دینامیکی و غیر خطی استفاده می شود. علت این امر نیز بررسی عملکرد تغیری دهنده های تپ زیر بار و محدود کننده های جریان تحریک ژنراتورها و ... در مدت زمان کافی است. به کمک شبیه سازهیا غیرخطی در حوزه زمان با بکار بردن مدل سازی مناسب پادیاری ولتاژ اغتشاش بزرگ را بررسی نمود. شامل دو بخش گذرا و میان مدت میشود.
ب) پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک:
این نوع از بررسی، توانایی سیستم را در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های کوچک مانند تغییرات تدریجی در باره افزایش و کاهش تندریجی مصرف توانی راکتیو بار را می سنجد. این نوع از پادیاری ولتاژ را یم توان بوسیله روش های حالت ماندگار که از خطی ساختن معادلات دینامیک سیستم در یک نقطه کار معلوم استفاده می کنند بررسی کرد. در این روش چون پس از بروز اغتشاش ولتاژهای سیستم به سطح اولیه باز نمی گردند لازم است ناحیه سطح ولتاژ قابل قبول تعریف شده. در نهایت با توجه به روش تحلیل فوق می توان گفت سیستم پایدار محدود در ناحیه تعریف شده ولتاژی می باشد.
8) روشهای تحلیلی پایداری ولتاژ:
الف) نزدیکی به ناپایداری ولتاژ.
هموراه در ذهن بهره بردایر بردارهای سیستم قدرت هنگام بروز اغتشاش یا تغییرات بار این سوال مطرح می شود که «سیستم چه مقدار به ناپایداری ولتاژ نزدیک است؟». کمیتهایی مانند مقدار بار مصرفی شبکه، عبور توان اکتیو در حد فاصل مجاز سیستم انتقال و ذخیره توان راکتیو که همگی کمیت های فیزیکی و در دسترس سیستم قدرت هستند تعیین کننده فاصله تا ناپایداری هستند. هر یک از موارد فوق به شاخصه های سیستم مفروض و میزان حاشیه و تصمیم های بهره برداری مربوط میگردد. ضمناً پیشامدهای احتمالی مانند بروز خط ها در نظر گرفت.
ج) حفاظت ها و کنترل ها:
حفاظت تحریک ژنراتور، اضافه جریان آمرمیچر، اضافه جریان خط انتقال، منترل های بانک های خازنی و بارزدایی کمبود ولتاژ را باید در مدل هایی از سیستم قدرت برای مطالعه پایداری ولتاژ بررسی و تحلیل نمود.
10) تحلیل دینامیکی:
رفم معادلات کلی یک سیستم قدرت به صورت X=F(x,y) می باشد به همراه معادلات جبری به شکل I=(x,y)=Y[SUB]N[/SUB]V که در آن:
X = بردار حالت سیستم
V = بردار ولتاژ شین های سیستم
I= بردار تزریق جریان
Y[SUB]N[/SUB] = ماتریس اومپدانس گره سیستم
چون در معادلات موظف هستیم تغییر دهنده های تپ را نمایش دهیم همچنین کنترل های تغیری فاز عناصر ماتریس Y[SUB]N[/SUB] بصورت توابعی از ولتاژ در زمان بدست می آیند. بردار نزریق جریان I تابعی از حالت سیستم و بردار ولتاژ شین V می باشد که شرایط مرزی در ترمینال تجهیزات مختلف سیستم قدرت را نشان می دهد. این رابطه بین I و X بصورت تابعی از زمان خواهد بودئ چرا که وسایل دارای ماهین وابسته به زمان هستند. روش حل معادلات فوق مبتنی بر روش های انتگرال گیری عددی و همچنین تحلیل های پحش بار می باشند.
11) تحلیلی استاتیکی:
روش استاتیکی مبنی برد ضبط تصویر وضعیت سیستم در محدوده هیا زمانی مختلفی می باشد. در تحلیل دینامیکی سیستم را تحت معادله X=f(x,y) بررسی می کنیم در این روش بجای مشتقات متغیر حالت صفر می گذریم درنتیجه متغیر حالت مقداری متناظر با محدوده زمانی معین را اختیار می کند. در نهایت این روش منتهی به این می شود که کلیه معادلات مستقیم به معادلات جبری خالص تبدیل می شوند. به این علت تحلیل حاضر را استاتیکی گویند.
در این روش پادیاری بوسیله محاسبه منحنیهای P-V و V-Q در شینهای بار تعیین می شوند. شینهای بار قبلاُ برای محاسبه منحنی های انتخاب می شوند. این منحنی ها با اجرای دفعات زیادی از پخش بار بدست می آیند. با توجه به اینکه می توان این روش را خودکار کرد اما بسیار زمان بر است. این روش به بررسی شینها بصورت منفی تمرکز دارد و اطلاعات را برای پادیاری هر شین بصورت جداگانه به دست می دهند که این امر موقعیت پایداری را بصورت غیر واقعی مخدوش می کند. برای تحلیل های V-Q و P-V باید شین ها به دقت انتخاب شوند و ممکن است برای بررسی کاملتر تعداد زیادتری از این شینها لازم باشند.
تحلیل مدال برروی تحلیل پایداری ولتاژ سیستمهای عملی بکار گرفته می شوند. مزیت این روش این است که از دیدگاه سیستمی اطلاعات مربوط بله پایداری ولتاژ را به دست می دهند و ناحیه ای که در آینده مشکل پیدا خواهند کرد را به وضوح شناسایی می کند. این روش اطزلاعاتی را در خصوص مکانیزم بروز ناپایداری ولتاژ نیز به دست می دهد. تحلیل حساسیت نیز به عنوان مقدمه برای بررسی تحلیل مدال بررسی می شود.
الف) تحلیل حساسیت: V-Q
معائلات جبری را می توان به صورت بیان کرد
(رجوع به صفحع 308 از کتاب کندور) که در آن:
= تغییر در توان اکتیو شین
= تغییر در تزریق توان راکتیو شین
= نغییر در زاویه ولتاژ شین
= تغییر در دامنه ولتاژ شین
عناصر ماتریس ژاکوبین بین توان انتقالی و تغییرات ولتاژ شین را بدست می دهند. رابطه خطی بین توان دو ولناژ برای هر وسیله هنگامی که در معادله است بصورت زیر بیان می شود.
= تغییر در خروجی توان اکتیو وسیله
=تغییر در خروجی توان راکتیو وسیله
= تغییر در دامنه ولتاژ وسیله
= تغییر در زاویه ولتاژ وسیله
[SUB]11[/SUB]A [SUB]12[/SUB]A [SUB]21[/SUB]A [SUB]22[/SUB]A همان عناصر ماتریس ژاکوبین هستند منتها مربوط به هر وسیله ولتاژ سیستم تحت تاثیر هر دو عامل P و R قرار دارد کبا توجه به این مورد می توان در هر نقطه کار P و Q قرار داد با توجه به این مورد می توان در هر نقطه کار P را ثابت و پایداری را با درنظر گرفتن رابطه V-Q ارزیابی نمود .
اگر در رابطه اصلی تحلیل حساسیت قرار دهیم داریم که در آن را ماتریس ژاکو بین کاهش یافته سیستم گویند. داریم ماتریس ژاکوبین کاهش یافته V-Q است. که iامین عنصر قطری آن بیانگر حساسیت V-Q در شین iام است. این ماتریس هیچگاه تشکیل نمی گردد و حساسیتهای V-Q توسط معادله محاسبه می شوند.
حساسیت V-Q در یک شین شیب منحنی Q-V را در نقطه کار داده دشه نمایش می دهد مقدار مثبت حساسیت نشان دهنده عملکرد پایدار است و هرچه حساسیت کوچکتر باشد سیستم پایدارتر خواهد بود. با کاهش حساسیت، دامنه حساسیت افزایش می یابد و مقدار آن در حد پایداری، نامحدود می شود. مقدار منفی حساسیت نشان دهنده عملکرد ناپایدار است. و حسسایت منفی کوچک نشان دهنده عملکرد بسیار ناپایدار است. به دلیل ماهیت غیر خطی روابط V-R دامنه حساسیتها برای شرایط مختلف سیستم معیار مستقیمی برای بیان درجه مسبی پاداری به دست نمی دهد.
ب) تحلیل مدل Q-V
مشخصه های پادیاری ولتاژ در سیستم را می توان بات محاسبه مقادیر و بردارهای ویژه ماتریس ژاکوبین کاهش یافته JR شناسایی نمود در این رابطه داریم.
1)
که در آن: = ماتریس بردار ویژه راست JR
= ماتریس بردار ویژه چپ JR
8 = ماتری قطری مقدارهای ویژه JR
همچنین با توجه هب معادله 1 داریم
با جایگذاری در معادله 2 نتیجه می شود
و یا به عبارتی
در رابطه فوق عبارتست از iامین ستون بردار ویژه راست و عبارتست از iامین ردیف یردار ویژه چپ JR. هر مقدار ویژه و بردارهای ویژه راست و پچ متناظر با و iامین مد پاسخ V-Q را تعریغ می کنند. چون معادله 3 را می توان بدین صورت نوشت:
بصورت
که در آن
که بردار تغییرات ولتاژ مدال است.
که بردار تغییرات توان راکتیو مدال است.
مانریس بصورت قطری است، اما در حالت کلی JR[SUP]-1[/SUP] غیر قطری است و این امر باعث تفاوت معادله های 4 و 5 میشود. معادله 5 معادله نرتبه اول غیر تجویزی را نشان می دهد پس برای iامین مد داریم:
اگر باشد iامین ولتاژ مدال و iامین تغییرات توان راکتیو مدال همجهت هستند که این امر نشان دهنده پایداری ولتاژ سیستم است. اما اگر باشد iامین ولتاژ مدال و iامین تغییر توان راکتیو مدال در جهت مخالف هستند که بیانگر ناپایداری ولتاژ سیستم است. دامنة هر تغییر ولتاژ مدال مساوی با حاصلضرب معکوس در دامنه تغیری توان راکتیو مدال است. در حقیقت دامنة درجه پایداری iامین ئلتاژ مدال را تعیین می کند. هرچه دامنه مثبت کوچکتر باشد iامین ولتاژ مدال به ناپایداری نزدیکتر می شود. اگر باشد iامین ولتاژ مدئال فرو می پاشد چرا که هر تغییر در توان راکتیو مدال موجب تغییر نامحدودی در ولتاژ مدال میشود.
حساسیت V-Q در شین K بصورت زیر ارایه می شود.
از معادله فوق مشاهده می شود که حساسیت های V-Q نمی تواند مدهای منفرد فروپاشی ولتاژ را شناسایی کنند و بجای آن اطلاعاتی راجع به اثر ترکیبی کلیه مدهای تغییرات توان راکتیو ولتاژ را فراهم می کنند. اگر از مقاومتهای شبکه انتقال ضرف نظر شود و ماتریس ادمیتانس گره متقارن باشد ماتریس ژاکوبین کاهش یافته JR نیز متقارن خواهد بود. در این صورت ماتریس مقادیر و بردارهای ویژه JR هم حقیقی می باشند. بعلاوه بردار ویژه راست و بردار ویژه چپ متناظر با هر مقدار ویژه JR حقیقی میباند.
دامنه مقادیر ویژه می توانند معیار مسبی از نزدیکی به ناپایداری ارایه دهند اما چون ذات مسئله غیر خطی است مقادیر ویژه نمی توانند مقادیر مطلقی را ارایه دهند. اگر هدف محاسبه فاصله برحسب مگاوات تا ناپایداری ولتاژ بادش سیستم بطور عمودی تحت بار قرار می گیرد تا ناپایدار شود و تحلیل مدال در هر نقطه کار اعمال گردد. تحلیل مدال به تعیین میزان پایداری سیستم و نیز تعیین مقدار بار اضافه یا سطح انتقال توان که باید اضافه شود کمک می کند. هنگامیکه سیستم به نقطه بحرانی پادیاری ولتاژ میرسد، تحلیل مدال در شناسایی نواحی بحرانی پادیاری ولتاژ و عناصری که در هر مد شمارکت دارند مفید است.
ضرایب مشارکت شین
مشارکت نسبی شین K در مورد i را توسط ضریبی با عنوان ضریب مشارکت توسط رابطه زیر تعیین می کنیم.
از معادله 8 متوجه می شویم که Pki سهم در حالت V-Q در شین Kام تعیین می شود. ضریب پایه عباراتی ضرایب مشارکت را برای ناحیه های مربوط به هر مد تعیین می شود. مجموع ضرایب مشارکت شین برای هر مد واحد است (چرا که بردارهای ویژه چپ و راست را نرمالیزه می کنیم). اندازه مشارکت شین در هر مد عبارتست از میزان موثر بودن اقدامات صورت گرفته در آن شین برای پایدارسازی مد.
در حالت کلی دو نوع مد برای مشارکت شین وجود دارد، اولین مد دارای تعدادی اندک شین با ضرایب مشارکت بزرگو تعدادی دیگر شین با مشارکت های نزدیک صفر است که نشان می دهد مد بسیار محلی است. در نوع دوم شینها با مشارکت هیا کوچک ولی نزدیک به هم و بقیه شین ها مشارکت نزدیک به صفر دارند که نشان می دهد مد محلی نمی باشد.
محاسبه کلیه مقادیر ویژه JR برای سیستمی عملی با چند هزار شیت غیر عملی و غیر ضروری است. از طرف دیگر محاسبه مقدار ویژه JR به تنهایی مافی نیست. چرا که معمولاً بیش از یک مد ضعیف متناظر به قسمتهای مختلف سیستم وجود دارد و انکان دارد هنگامی که سیستم تحت تنش قرار می گیرد مد مربوط به مقدار ویژه حداقل مشکل سازنرین مد نباشد. در عمل لازم است حداکثر 10 مقدار و شین برای مدهای بحرانی حساب شود.
ضریب مشارکت شاخه:
ضریب مشارکت شاخه و البته به مد iام را با فرض صفر بودن کلیه عناصر برد در تغییرات تواذن راکتیو مدل q به جزء iام آنها که برابر 1 فرض می شود را محاسبه می کنیم. برای این کار از معادله بردار متناظر با تغییررات توان راکتیو شین بصورت زیر بدست می آید:
که در آن عبارتست از I امین بردار ویژه راست JR، همچنین فرض می کنیم کلیه بردارهای ویژه راست نرمالیزه شده اند در نهایت:
از دو رابطه قبل داریم:
و بردار متناظر تغییر زاویه شین برابر است با
تغییرات معلوم زاویه و ولتاژ برای هر طرف فرستنده و گیرنده می توان تغییر خطی شده در تلفات راکتیو شاخه را محاسبه نمود.
مشارکت نسبی شاخه jام در مد iام با ضریب مشارکت شاخه توسط رابطه زیر ارائه میگردد:
ضریب مشارکت شاخه نشان می دهد که برای هر مد کدام شاخه بیشترین توان راکتیو را در پاسخ به تغییر افزایشی بار اکتیو مصرف می کند. شاخه هایی که ضریب مشارکت بالایی دارند یا دارای ارتباطات ضعیفی هستند یا به شدت بارگذاری شده اند. ضرایب مشارکت شاخه برای شناسایی تدابیر کمکی در کاهش مسایل پایداری ولتاژ ئ نیز برای انتخاب پیشامدها سودمند است.
ضریب مشارکت ژنراتور:
برای تغییر توان راکتیو معلوم، تغییرات ولتاژ و زاویه در هر ترمینال ماشین تعیین می شود. از این پارامترها برای محاسبه تغییر در خروجی توان راکتیو برای هر ماشین (ژنراتور) استفاده می شود. ضریب مشارکت که توسط رابطه زیرل تعیین می شود مشارکت نسبی ماشین mام را در مد iام تعیین می کند:
این ضریب نشان می دهد که در هر کدام ژنراتور بیشترین توان راکتیو را در پاسخ به تغییر افزایش در بارگذاری راکتیویته فراهم می کند. ضرایب مشارکت ژنراتور مهمی را در مورد توزیع مناسب ذخیره های راکتیو بین کلیه ماشین ها به منظور حفظ حاشیه پایداری ولتاژ به دست می دهند.
جلوگیری از فروپاشی ولتاژ:
برای پیشگیری از بروز فروپاشی ولتاژ در سیستمهای قدرت 2 روش بکار گرفته می شود که یکی مربوط به نحوه طراحی سیستم افت، در مقابل ناپایداری ولتاژ مقاوم باشد دیگری نحوه بهره برداری از سیستم قدرت است که شرایط بروز ناپایداری ولتاژ بروز ننماید
ناپایداری ولتاژ، معمولاً در سیستمهای تحت بارگذاری شدید رخ می دهد. ممکن است فروپاشی ولتاژ دلایل دیگری داشته باشد اما مسئله اصلی ضعف ذاتی سیستم قدرت است. عوامل ذاتی سیستم قدرت است. عوامل اصلی فروپاشی واتاژ عبارتند از: محدودیت های کنترل توان راکتیو یا ولتاژ ژنراتور، مشخصه هیا بار، مشخصه های وسایل جبران سازی راکتیو، و عمل کرد وسایل کنترل ولتاژ مانند ترانسفورماتورهای دارای تغییر دهنده تپ زیر بار.
2- مشخصه های سیستم انتقال:
در حقیقت روابط بین توان انتقال دهده شده (PR)، ولتاژ طرف گیرنده (VR)، و تزریق توان راکتیو (Q1) است که مشخصه سیستم انتقال را توصیف می کند. در این بررسی یک سیستم مثالی ساده بسنده کرده این در حالی که در سیستمهای پیچیده با تعداد زیادی از منابع ولتاژ ماشین های بار و بوسیله بخش بار می توان مشخصات مشابهی را تعیین نمود. نمایش نمادین سیستم بصورت زیر است که شامل منبع تولید توان ES، امپدانس انتقال Z[SUB]LTV[/SUB] و بار Z[SUB]LP[/SUB] می باشد. (شکل 1)
جریان I ولتاژ مصرف کننده VR و توان مصرف کننده Pe بصورت زیر محاسبه میشوند.
اگر نمودارهای I، VR و PR را بصورت تابعی از تقاضای توان توسط بار رسم کنیم. (با فرض , ( شکل 2 نمایشگر آنها خواهد بود. با افزایش توان درخواستی توسط بار (کاهش Z[SUB]LN[/SUB]( > hfjnh PR قدری افزایش یافته سرانجام پس از رسیدن به مقدار حداکثر به کندی کاهش می یابد. پس می توان اینطور نتیجه گرفت که حداکثر توان راکتیوی وجود دارد که یم تواند بوسیله امپدانس از منبع با ولتاژ ثابت عبور کند. هنگامی که این مقدار توان حداکثر است، افت ولتاژ در خط انتقال برابر VR باشد، به عبارت دیگر هنگامی که Z[SUB]LD[/SUB]/Z[SUB]LN[/SUB]=1 باشدو مقادیر VR و I متناظر با حداکثر توان مقادیر بحرانی هستند. سمت چپ نمودار P نشانگر مارکرد پایدار سیستم وسمت راست آن محل کارکرد ناپایدار سیستم است.
تقاضای باری بیش از توان حداکثر کنترل توان با تغییر بار ناپایدار خواهد بود، به عبارت دیگر کاهش امپدانس بار توان را کاهش می دهد. در این ناحیه ولتاژ بار ممکن است کاهش پیدا بکند یا نکند، این موضوع به مشخصه ولتاژ – بار بستگی دارد. از طرف دیگر اگر بار بوسیله ترانسفورماتوری با تغییر دهنده تپ زیر بار تامین شود عمل تغییر تپ سعی در افزایش ولتاژ بار و رسیدن آن به مقدار نامی خواهد داشت که بر اثر آلان Z[SUB]LP[/SUB] کاهش می یابد. که این مورد VR را باز هم کمتر می کند و همین امر باعث کاهش فزاینده ای در ولتاژ نیگردد که این پدیده ناپایداری ولتاژ افت روش رایج در نمایش این پدیده رسم نمودار مربوطه به رابطه VR و PR بریا مقادیر مختلفی از ضریب توان بار در ES ثابت است. در شکل 2 کمکان هندسی نقاط بحراتنی بصورت خطوط مقطع نشان داده شده اند فقط نقاط کار بالای نقاط کار بحرانی شرایط کار رضایتبخش را نشان می دهد. لازم بهخ ذکر است سیستمهای عملی قدرت نیز که شامل منابع ولتاژ و تنشهای زیادی هستند نیز مشخصه های مشابهی را بین انتقال توان اکتیو و ولتاژ رشین های بد از خود نشان می دهند.
مشاهده می شود که سیستمهای پیچیده مشخصه هیا P-V مشابهی با سیستم شعاعی ساده شکل 1 دارند چنین مشخصه های نشان دهنده وجود عناصر عمدتاً اندوکتیو در شبکه هستند.
یک روش دیگر و سودمندتر برای برخی جنبه های پادیاری ولتاژ رابطه V-Q است که حساسیت و تغییر ولتاژهای شین را نیبت به تزریق با جذب توان راکتیو نشان می دهند. شکل (3) نمایش نم,دار V-R بریا سیستم شعاعی شکل 1 است که بریا مقادیر مختلف توان بار رسم شده است. این مشخصه ها آسانتر از مشخصه های P-V مربوط به سیستمهای با ساختار غیر شعاعی بدست می آیند و برای بررسی جبران سازهای توان راکتیو نیز مناسبتر هستند. بخش پایینی منحنی V-Q که در آن dQ/du مساوی صفر است، حد پایداری ولتاژ را نمایش می دهد. طرف راست منحنی V-Q محدوه کار پایدار است و طرف چپ آن محدوده کار ناپایدار چرا که اکثر وسایل کنترل کننده توان راکتیو افزایش Q با افزایش V همراه است (برعکس همچنین ممکن است در طرف چپ ولتاژ آنقدر کم شود که وسایل حفاظتی فعال شوند به این جهت بخش پایینی منحنی V-Q علاوه بر شناسایی حد پایداری حداقل توان راکتیو برا ی بهره برداری پادیار به دست می دهد.
تا این مرحله که نقش سیستم انتقال را در پایداری ولتاژ بررسی کردیم موارد زیر به عنوان دلایل اصلی پایداری ولتاژ مطرح میشدند.
1- بار روی خط انتقال بسیار زیاد است
2- منابع ولتاژ از مراکز بار بسیار دور هستند
3- ولتاژ منبع خیلی پایین است
4- جبران سازی راکتیو بار ناکافی است
3- مشخه های ژنراتور:
در یک سیستم قدرت AVR مهمترین وسیله کنترل ولتاژ است. در حالت عادی توسط AVR ولتاژ ترمینال ژنراتور ثابت نگهداشته میشود. اگر ولتاژ سیستم پایین باشد ممکن است تقاضای توان راکتیو برروی ژنراتورها از حدود جریان تحریک و یا جریان آرمیچر آنها فراتر رود. جریان تحریک ژنراتور بطور خودکار به کمک یک محدودکننده فوق تحریک محدود می شود. (Over Excitation Limitter: OXL) در یک جریان تحریک ثابت، ولتاژ ترمینال ثابت در پشت راکت سن سنکرون قرار دارد این موضوع را کتانس را افزایش می دهد که خود وضعیت فروپاشی ئلتاژ را هم بدتر می کند. در اکثر ژنراتورها، حد جریان آرمیچر بطور دستی و بوسیله اپراتورها تنظیم میشود. در برخی دیگر از ژنراتورها از محدود کننده های جریان آرمیچر بطور خودکار همراه با زمان تاخیر برای محدود کردن خروجی توان راکتیو استافده میشود. برای بررسی موضوع از دست دادن کنترل ولتاژ شکل 4 را در نظر بگیرید.
سیستم فوق از یک بار بزرگ که از شین بی نهایت تغذیه می کند به همراه یک ژنراتور میانی تشکیل شده است. اگر در شین میانی ولتاژ مقدار خود ثابت باقی بماند مشخصه P-V با P[SUB]MAX[/SUB] بزرگتر در شکل 5 بدست می آید. اگر واحد تولید کننده به حد جریان تحریک خود برسدذ ولتاژ شن V[SUB]1[/SUB] در حد خود باقی نمی ماند در این حالت مشخصه P-V با منحنی 2 نشان داده می شود. مشخص است که نقطه نظر کار مستقر برروی منحنی 1 بسیار پایدارتر از نقطه کار مستقر بر منحنی 2 است.
4- مشخصه های بار:
مشخصه های بار و سیستم کنترل ولتاژ را می توان از عوامل موثر در پایداری ولتاژ برشمرد. بارهایی که مولفه های حقیقی و راکتیو آنها با ولتاژ تغییر می کند با تغییر انتقال توان از سیستم بر مشخصه های انتقال تأثیر می گذارند. همواره سیستم کنترل ولتاژ و تغییر دهنده های تپ زیر بار سعی در ثابت نگه داشتن ولتاژ سربار دارند. هنگامی که تغیری دهنده تپ زیر بار به انتهای بازه تپ خود می رسد ولتاژ سیستم شروع به افت می کند. بارهای اکتیو راکتیو خانگی با این افت ولتاژ کاهش می یابند که باعث کم شدن بارگیری خط و نهایتاً افزایش تلفات راکتیو خط میشوند.
در حالی که بارهای صنعتی تغییرات کمی خواهند داشت پس خازنهای ناحیه صنعتی توان راکتیو کمتری تولید می کنند که نهایتاً باعث افزایش کلی توان راکتیو خط میشود. کاهش ولتاژ در سیستم توزیع و نهایتاً کم شدن بار باعث می شود بارهای حرارتی و ترموستاتیک مدت طولانی تری کار کنند که این امر باعث می شود تعداد زیادی از این تجهیزات با هم شروع به کار کنند. این نوع بار را بار حساس به ولتاژ گویند که در اثر بروز پددیه فوق ولتاژ سیستم توزیع میزان بیشتری افت خواهد کرد. موتورهای القایی نیز با کاهش 10 الی 15 درصدی ولتاژ متوقف میشوند که باعث میگردد توان راکتیو بالایی صرف کنند، که این امر در کاهش ولتاژ مزید به علت خواهد بود.
5- مشخصه های وسایل جبران ساز راکتیو:
1- خازن موازی (Shunt Capasiter)
با استفاده از خازن شنت می توان در نقطه مصرف توان راکتیو مورد نیاز بار را تامین نموده که این امر باعث جلوگیری از فروپاشی ولتاژ= تا حد مطلوبی می شود. اثر وجود خازن شنت در شبکه بصورت زیر خواهد بود:
* تنظیم ولتاژ در سیستمهایی که از خازن شنت به مقدار زیاد استفاده کرده اند مشکل خواهد بود.
* عملکرد پایدار با خازن شنت مشکل خواهد بود.
* تولید توان راکتیو توسط خازن متناسب با مجذور ولتاژ است، حال اگر علت دیگری باعث کاهش ولتاژ شود تولید توان راکتیو توسط خازن نیز متاثر از آن کم خواهد شد.
2- خازن های سری:
مهمترین نکته در مورد پادیاری ولتاژ در حضور خازن سری تناسب توان راکتیو شده توسط آن با جریان عبوری در خط است. پس هر تغییری در ولتاژ سیستم اثر چندانی بر تولید توان راکتیو توسط خازن سری ندارد و می توان گفت این مورد اثر مطلوبی بر پایداری ولتاژ نیز دارد. از این نوع خازن برای کوتاه سازی طول موثر خطوط طولانی استفاده می شود. خازن سری امپدانس مشخصه خط و طول الکتریکی را تواماً کاهش می دهد که باعث تنظیم و پایداری توام ولتاژ می شود.
3- SVC و کندانسو سنکرون:
SVC تا حداکثر خروجی خازنی تنظیم می کند اما هنگامی که به نهایت حالت خازنی خود رسید تبدیل به یک خازن ساده می شود. که ممکن است باعث ناپایداری ولتاژ گردد. بر خلاف SVC کندانسور سنکرونی دارای یک منبع ولتاژ داخلی است اما ولتاژهای پاتیین شبکه به تغذیه توان راکتیو شبکه ادامه می دهد و باعث عملکرد پادیار ولتاژ در شبکه می شود.
6- فروپاشی ولتاژ
هرگاه در یک سیستم قدرت با افزایش تقاضای توان راکتیو مواجه شویم اگر این تقاضای اضافی به کمک ذخیره های توان راکتیو ژنراتورها و جبرانسازها برآئرده شود سیستم در یک سطح ولتاژ پادیار استقرار می یابد. اما اگر به علت ترکیب تعدادی از رویدادها در یک زمان و وضعیت سیستم تقاضای توان راکتیو توسط ذخیره سازها و جبران سازها برآورده نشود نهایتاً کاهش ولتاژ در سیستم به فرو.پاشیدگی ولتاژ تبدیل یم شود که خود باعث از کار افتادگی قسمت عمده ای از سیستم یا همه آن خواهد شد.
طرح فروپاشی ولتاژ
7- دسته بندی پایداری ولتاژ:
بر اسا تحلیل و بررسی وقایع منجر به فروپاشیدگی ولتاژ در سطح جهان گاین پدیده به دو دسته قابل تفکیک است که هر دسته روش بررسسی متناسب با شرایط خود را طلب می کند.
الف) دسته اول: پادیاری ولتاژ اغتشاش بزرگ
توانایی سیستم قدرت در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های بزرگ از قبیل خط های سیستم، از دست دادن بار، از دست دادن تولید در این دسته مد نظر خواهد بود و بریا بررسی آن از تحلیل های دینامیکی و غیر خطی استفاده می شود. علت این امر نیز بررسی عملکرد تغیری دهنده های تپ زیر بار و محدود کننده های جریان تحریک ژنراتورها و ... در مدت زمان کافی است. به کمک شبیه سازهیا غیرخطی در حوزه زمان با بکار بردن مدل سازی مناسب پادیاری ولتاژ اغتشاش بزرگ را بررسی نمود. شامل دو بخش گذرا و میان مدت میشود.
ب) پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک:
این نوع از بررسی، توانایی سیستم را در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های کوچک مانند تغییرات تدریجی در باره افزایش و کاهش تندریجی مصرف توانی راکتیو بار را می سنجد. این نوع از پادیاری ولتاژ را یم توان بوسیله روش های حالت ماندگار که از خطی ساختن معادلات دینامیک سیستم در یک نقطه کار معلوم استفاده می کنند بررسی کرد. در این روش چون پس از بروز اغتشاش ولتاژهای سیستم به سطح اولیه باز نمی گردند لازم است ناحیه سطح ولتاژ قابل قبول تعریف شده. در نهایت با توجه به روش تحلیل فوق می توان گفت سیستم پایدار محدود در ناحیه تعریف شده ولتاژی می باشد.
8) روشهای تحلیلی پایداری ولتاژ:
الف) نزدیکی به ناپایداری ولتاژ.
هموراه در ذهن بهره بردایر بردارهای سیستم قدرت هنگام بروز اغتشاش یا تغییرات بار این سوال مطرح می شود که «سیستم چه مقدار به ناپایداری ولتاژ نزدیک است؟». کمیتهایی مانند مقدار بار مصرفی شبکه، عبور توان اکتیو در حد فاصل مجاز سیستم انتقال و ذخیره توان راکتیو که همگی کمیت های فیزیکی و در دسترس سیستم قدرت هستند تعیین کننده فاصله تا ناپایداری هستند. هر یک از موارد فوق به شاخصه های سیستم مفروض و میزان حاشیه و تصمیم های بهره برداری مربوط میگردد. ضمناً پیشامدهای احتمالی مانند بروز خط ها در نظر گرفت.
ج) حفاظت ها و کنترل ها:
حفاظت تحریک ژنراتور، اضافه جریان آمرمیچر، اضافه جریان خط انتقال، منترل های بانک های خازنی و بارزدایی کمبود ولتاژ را باید در مدل هایی از سیستم قدرت برای مطالعه پایداری ولتاژ بررسی و تحلیل نمود.
10) تحلیل دینامیکی:
رفم معادلات کلی یک سیستم قدرت به صورت X=F(x,y) می باشد به همراه معادلات جبری به شکل I=(x,y)=Y[SUB]N[/SUB]V که در آن:
X = بردار حالت سیستم
V = بردار ولتاژ شین های سیستم
I= بردار تزریق جریان
Y[SUB]N[/SUB] = ماتریس اومپدانس گره سیستم
چون در معادلات موظف هستیم تغییر دهنده های تپ را نمایش دهیم همچنین کنترل های تغیری فاز عناصر ماتریس Y[SUB]N[/SUB] بصورت توابعی از ولتاژ در زمان بدست می آیند. بردار نزریق جریان I تابعی از حالت سیستم و بردار ولتاژ شین V می باشد که شرایط مرزی در ترمینال تجهیزات مختلف سیستم قدرت را نشان می دهد. این رابطه بین I و X بصورت تابعی از زمان خواهد بودئ چرا که وسایل دارای ماهین وابسته به زمان هستند. روش حل معادلات فوق مبتنی بر روش های انتگرال گیری عددی و همچنین تحلیل های پحش بار می باشند.
11) تحلیلی استاتیکی:
روش استاتیکی مبنی برد ضبط تصویر وضعیت سیستم در محدوده هیا زمانی مختلفی می باشد. در تحلیل دینامیکی سیستم را تحت معادله X=f(x,y) بررسی می کنیم در این روش بجای مشتقات متغیر حالت صفر می گذریم درنتیجه متغیر حالت مقداری متناظر با محدوده زمانی معین را اختیار می کند. در نهایت این روش منتهی به این می شود که کلیه معادلات مستقیم به معادلات جبری خالص تبدیل می شوند. به این علت تحلیل حاضر را استاتیکی گویند.
در این روش پادیاری بوسیله محاسبه منحنیهای P-V و V-Q در شینهای بار تعیین می شوند. شینهای بار قبلاُ برای محاسبه منحنی های انتخاب می شوند. این منحنی ها با اجرای دفعات زیادی از پخش بار بدست می آیند. با توجه به اینکه می توان این روش را خودکار کرد اما بسیار زمان بر است. این روش به بررسی شینها بصورت منفی تمرکز دارد و اطلاعات را برای پادیاری هر شین بصورت جداگانه به دست می دهند که این امر موقعیت پایداری را بصورت غیر واقعی مخدوش می کند. برای تحلیل های V-Q و P-V باید شین ها به دقت انتخاب شوند و ممکن است برای بررسی کاملتر تعداد زیادتری از این شینها لازم باشند.
تحلیل مدال برروی تحلیل پایداری ولتاژ سیستمهای عملی بکار گرفته می شوند. مزیت این روش این است که از دیدگاه سیستمی اطلاعات مربوط بله پایداری ولتاژ را به دست می دهند و ناحیه ای که در آینده مشکل پیدا خواهند کرد را به وضوح شناسایی می کند. این روش اطزلاعاتی را در خصوص مکانیزم بروز ناپایداری ولتاژ نیز به دست می دهد. تحلیل حساسیت نیز به عنوان مقدمه برای بررسی تحلیل مدال بررسی می شود.
الف) تحلیل حساسیت: V-Q
معائلات جبری را می توان به صورت بیان کرد
(رجوع به صفحع 308 از کتاب کندور) که در آن:
= تغییر در توان اکتیو شین
= تغییر در تزریق توان راکتیو شین
= نغییر در زاویه ولتاژ شین
= تغییر در دامنه ولتاژ شین
عناصر ماتریس ژاکوبین بین توان انتقالی و تغییرات ولتاژ شین را بدست می دهند. رابطه خطی بین توان دو ولناژ برای هر وسیله هنگامی که در معادله است بصورت زیر بیان می شود.
= تغییر در خروجی توان اکتیو وسیله
=تغییر در خروجی توان راکتیو وسیله
= تغییر در دامنه ولتاژ وسیله
= تغییر در زاویه ولتاژ وسیله
[SUB]11[/SUB]A [SUB]12[/SUB]A [SUB]21[/SUB]A [SUB]22[/SUB]A همان عناصر ماتریس ژاکوبین هستند منتها مربوط به هر وسیله ولتاژ سیستم تحت تاثیر هر دو عامل P و R قرار دارد کبا توجه به این مورد می توان در هر نقطه کار P و Q قرار داد با توجه به این مورد می توان در هر نقطه کار P را ثابت و پایداری را با درنظر گرفتن رابطه V-Q ارزیابی نمود .
اگر در رابطه اصلی تحلیل حساسیت قرار دهیم داریم که در آن را ماتریس ژاکو بین کاهش یافته سیستم گویند. داریم ماتریس ژاکوبین کاهش یافته V-Q است. که iامین عنصر قطری آن بیانگر حساسیت V-Q در شین iام است. این ماتریس هیچگاه تشکیل نمی گردد و حساسیتهای V-Q توسط معادله محاسبه می شوند.
حساسیت V-Q در یک شین شیب منحنی Q-V را در نقطه کار داده دشه نمایش می دهد مقدار مثبت حساسیت نشان دهنده عملکرد پایدار است و هرچه حساسیت کوچکتر باشد سیستم پایدارتر خواهد بود. با کاهش حساسیت، دامنه حساسیت افزایش می یابد و مقدار آن در حد پایداری، نامحدود می شود. مقدار منفی حساسیت نشان دهنده عملکرد ناپایدار است. و حسسایت منفی کوچک نشان دهنده عملکرد بسیار ناپایدار است. به دلیل ماهیت غیر خطی روابط V-R دامنه حساسیتها برای شرایط مختلف سیستم معیار مستقیمی برای بیان درجه مسبی پاداری به دست نمی دهد.
ب) تحلیل مدل Q-V
مشخصه های پادیاری ولتاژ در سیستم را می توان بات محاسبه مقادیر و بردارهای ویژه ماتریس ژاکوبین کاهش یافته JR شناسایی نمود در این رابطه داریم.
1)
که در آن: = ماتریس بردار ویژه راست JR
= ماتریس بردار ویژه چپ JR
8 = ماتری قطری مقدارهای ویژه JR
همچنین با توجه هب معادله 1 داریم
با جایگذاری در معادله 2 نتیجه می شود
و یا به عبارتی
در رابطه فوق عبارتست از iامین ستون بردار ویژه راست و عبارتست از iامین ردیف یردار ویژه چپ JR. هر مقدار ویژه و بردارهای ویژه راست و پچ متناظر با و iامین مد پاسخ V-Q را تعریغ می کنند. چون معادله 3 را می توان بدین صورت نوشت:
بصورت
که در آن
که بردار تغییرات ولتاژ مدال است.
که بردار تغییرات توان راکتیو مدال است.
مانریس بصورت قطری است، اما در حالت کلی JR[SUP]-1[/SUP] غیر قطری است و این امر باعث تفاوت معادله های 4 و 5 میشود. معادله 5 معادله نرتبه اول غیر تجویزی را نشان می دهد پس برای iامین مد داریم:
اگر باشد iامین ولتاژ مدال و iامین تغییرات توان راکتیو مدال همجهت هستند که این امر نشان دهنده پایداری ولتاژ سیستم است. اما اگر باشد iامین ولتاژ مدال و iامین تغییر توان راکتیو مدال در جهت مخالف هستند که بیانگر ناپایداری ولتاژ سیستم است. دامنة هر تغییر ولتاژ مدال مساوی با حاصلضرب معکوس در دامنه تغیری توان راکتیو مدال است. در حقیقت دامنة درجه پایداری iامین ئلتاژ مدال را تعیین می کند. هرچه دامنه مثبت کوچکتر باشد iامین ولتاژ مدال به ناپایداری نزدیکتر می شود. اگر باشد iامین ولتاژ مدئال فرو می پاشد چرا که هر تغییر در توان راکتیو مدال موجب تغییر نامحدودی در ولتاژ مدال میشود.
حساسیت V-Q در شین K بصورت زیر ارایه می شود.
از معادله فوق مشاهده می شود که حساسیت های V-Q نمی تواند مدهای منفرد فروپاشی ولتاژ را شناسایی کنند و بجای آن اطلاعاتی راجع به اثر ترکیبی کلیه مدهای تغییرات توان راکتیو ولتاژ را فراهم می کنند. اگر از مقاومتهای شبکه انتقال ضرف نظر شود و ماتریس ادمیتانس گره متقارن باشد ماتریس ژاکوبین کاهش یافته JR نیز متقارن خواهد بود. در این صورت ماتریس مقادیر و بردارهای ویژه JR هم حقیقی می باشند. بعلاوه بردار ویژه راست و بردار ویژه چپ متناظر با هر مقدار ویژه JR حقیقی میباند.
دامنه مقادیر ویژه می توانند معیار مسبی از نزدیکی به ناپایداری ارایه دهند اما چون ذات مسئله غیر خطی است مقادیر ویژه نمی توانند مقادیر مطلقی را ارایه دهند. اگر هدف محاسبه فاصله برحسب مگاوات تا ناپایداری ولتاژ بادش سیستم بطور عمودی تحت بار قرار می گیرد تا ناپایدار شود و تحلیل مدال در هر نقطه کار اعمال گردد. تحلیل مدال به تعیین میزان پایداری سیستم و نیز تعیین مقدار بار اضافه یا سطح انتقال توان که باید اضافه شود کمک می کند. هنگامیکه سیستم به نقطه بحرانی پادیاری ولتاژ میرسد، تحلیل مدال در شناسایی نواحی بحرانی پادیاری ولتاژ و عناصری که در هر مد شمارکت دارند مفید است.
ضرایب مشارکت شین
مشارکت نسبی شین K در مورد i را توسط ضریبی با عنوان ضریب مشارکت توسط رابطه زیر تعیین می کنیم.
از معادله 8 متوجه می شویم که Pki سهم در حالت V-Q در شین Kام تعیین می شود. ضریب پایه عباراتی ضرایب مشارکت را برای ناحیه های مربوط به هر مد تعیین می شود. مجموع ضرایب مشارکت شین برای هر مد واحد است (چرا که بردارهای ویژه چپ و راست را نرمالیزه می کنیم). اندازه مشارکت شین در هر مد عبارتست از میزان موثر بودن اقدامات صورت گرفته در آن شین برای پایدارسازی مد.
در حالت کلی دو نوع مد برای مشارکت شین وجود دارد، اولین مد دارای تعدادی اندک شین با ضرایب مشارکت بزرگو تعدادی دیگر شین با مشارکت های نزدیک صفر است که نشان می دهد مد بسیار محلی است. در نوع دوم شینها با مشارکت هیا کوچک ولی نزدیک به هم و بقیه شین ها مشارکت نزدیک به صفر دارند که نشان می دهد مد محلی نمی باشد.
محاسبه کلیه مقادیر ویژه JR برای سیستمی عملی با چند هزار شیت غیر عملی و غیر ضروری است. از طرف دیگر محاسبه مقدار ویژه JR به تنهایی مافی نیست. چرا که معمولاً بیش از یک مد ضعیف متناظر به قسمتهای مختلف سیستم وجود دارد و انکان دارد هنگامی که سیستم تحت تنش قرار می گیرد مد مربوط به مقدار ویژه حداقل مشکل سازنرین مد نباشد. در عمل لازم است حداکثر 10 مقدار و شین برای مدهای بحرانی حساب شود.
ضریب مشارکت شاخه:
ضریب مشارکت شاخه و البته به مد iام را با فرض صفر بودن کلیه عناصر برد در تغییرات تواذن راکتیو مدل q به جزء iام آنها که برابر 1 فرض می شود را محاسبه می کنیم. برای این کار از معادله بردار متناظر با تغییررات توان راکتیو شین بصورت زیر بدست می آید:
که در آن عبارتست از I امین بردار ویژه راست JR، همچنین فرض می کنیم کلیه بردارهای ویژه راست نرمالیزه شده اند در نهایت:
از دو رابطه قبل داریم:
و بردار متناظر تغییر زاویه شین برابر است با
تغییرات معلوم زاویه و ولتاژ برای هر طرف فرستنده و گیرنده می توان تغییر خطی شده در تلفات راکتیو شاخه را محاسبه نمود.
مشارکت نسبی شاخه jام در مد iام با ضریب مشارکت شاخه توسط رابطه زیر ارائه میگردد:
ضریب مشارکت شاخه نشان می دهد که برای هر مد کدام شاخه بیشترین توان راکتیو را در پاسخ به تغییر افزایشی بار اکتیو مصرف می کند. شاخه هایی که ضریب مشارکت بالایی دارند یا دارای ارتباطات ضعیفی هستند یا به شدت بارگذاری شده اند. ضرایب مشارکت شاخه برای شناسایی تدابیر کمکی در کاهش مسایل پایداری ولتاژ ئ نیز برای انتخاب پیشامدها سودمند است.
ضریب مشارکت ژنراتور:
برای تغییر توان راکتیو معلوم، تغییرات ولتاژ و زاویه در هر ترمینال ماشین تعیین می شود. از این پارامترها برای محاسبه تغییر در خروجی توان راکتیو برای هر ماشین (ژنراتور) استفاده می شود. ضریب مشارکت که توسط رابطه زیرل تعیین می شود مشارکت نسبی ماشین mام را در مد iام تعیین می کند:
این ضریب نشان می دهد که در هر کدام ژنراتور بیشترین توان راکتیو را در پاسخ به تغییر افزایش در بارگذاری راکتیویته فراهم می کند. ضرایب مشارکت ژنراتور مهمی را در مورد توزیع مناسب ذخیره های راکتیو بین کلیه ماشین ها به منظور حفظ حاشیه پایداری ولتاژ به دست می دهند.
جلوگیری از فروپاشی ولتاژ:
برای پیشگیری از بروز فروپاشی ولتاژ در سیستمهای قدرت 2 روش بکار گرفته می شود که یکی مربوط به نحوه طراحی سیستم افت، در مقابل ناپایداری ولتاژ مقاوم باشد دیگری نحوه بهره برداری از سیستم قدرت است که شرایط بروز ناپایداری ولتاژ بروز ننماید
mosh moshak
عضو جدید
طراحی pss با ورودی سرعت را میدونیم ولی من طراحی pssباو وروردی دلتا دلتا میخوام
Similar threads
| Thread starter | عنوان | تالار | پاسخ ها | تاریخ |
|---|---|---|---|---|
|
شبکه هوشمند در برق | سیستم های قدرت | 0 | |
|
محاسبه میزان خازن های ترمیم قدرت در شبکه: | سیستم های قدرت | 0 | |
|
|
شبکه های هوشمند توزیع برق(smart grid) | سیستم های قدرت | 0 | |
| R | اصلاح ضریب قدرت در شبکه های برق | سیستم های قدرت | 12 | |
|
مخابرات در شبکه های قدرت | سیستم های قدرت | 6 |