پایداری سیستم قدرت با کمک فیلتر اکتیو شنت با کنترلر PI در سیمولینک :پروژه متلب

پروژه متلب :

:پروژه متلب پديده ناپايداري ولتاژ از دهه هاي آغازين قرن بيستم و با رشد صنعت برق مورد توجه محققان ، علاقه منـد در اين زمينه قرار گرفت و در طول دهه هاي گذشته روش هايي براي تشخيص اين پديده و جلوگيري از آن ارائه شده است . از طرف ديگر در شبکه هاي امروزي به دليل رشد کم سيستم هاي قدرت در برابر افزايش مصرف و از طرفي حرکت به سمت سيستم هاي تجديد ساختار يافته ، سبب افزايش فشار بر سيستم هـاي قـدرت شـده است بنابراين يکي از مهمترين دغدغه هاي صنعت برق بحث پايداري ولتاژ مي باشد. اين نکته باعـث شـده تـا بار ديگر نظر محققان به اين مسئله جلب شود. و باعث ارائه روشهاي تازه اي براي تشخيص پديـده ناپايـداري ولتاژ گرديده است که پيچيدگي و محاسبات زياد روشهاي گذشته را نداشته و کارکرد قابل قبولي در نتيجه – هاي بدست آمده از آنها ديده مي شود. بنابراين در اين پايان نامه به کمک تعدادي از اين روش هـا بـه بررسـي تشخيص پديده ناپايداري ولتاژ پرداخته خواهد شد.و در مواردي کارکرد آنها بهبود داده خواهد شد.

:پروژه متلب روشهاي بررسي شده در اين پايان نامه به دو دسته شاخص هاي شين و شاخص هاي خـط تقسـيم شـده و در يک شبکه استاندارد پياده سازي خواهند شد. از آنجا که پديده ناپايداري ولتاژ بطور عمده مربـوط بـه ناحيـه – هاي بار بوده و به مشخصه بار بستگي دارد خواهيم ديد که شاخص هاي شين نسبت بـه شـاخص هـاي خـط داراي کارکرد بهتري هستند و پاسخ بدست آمده از آنها از دقت بيشتري برخوردار است . از بين شاخص هـاي شين شاخص VSLBI و ZL.Zs داراي کارکرد بهتري هستند و در هردو حالت اغتشاش کوچک و بـزرگ بـه خوبي جواب خواهند داد. هرچند اين شاخص ها در بارهاي وابسته به ولتاژ به درستي کـار نخواهنـد کـرد امـا پس از بهبود آنها توسط روشهاي پيشنهادي به پاسخ هاي خوبي خواهند رسيد. البته ديگر شاخص هاي شـين بررسي شده نيز تا حدودي درست جواب خواهند داد. اما در برخي حالت ها ايرادهايي ديده مي شود که باعـث شده کارکرد کلي آنها همچون دو شاخص پيشين نباشد.

از بين شاخص هاي خط ، شاخص LQP در هر دو حالت اغتشاش کوچک و بزرگ جواب هاي بهتـري نسـبت به ديگر شاخص ها از خود نشان خواهند داد. البته شاخص هاي FVSI و Lmn هم دقت خـوبي دارنـد امـا در مقايسه با LQP با مقداري خطا پاسخ خواهند داد.

:پروژه متلب پايداري سيستم قدرت از دهه هاي آغازين قرن گذشته به عنوان يک مسئله مهـم در امنيـت بهـره بـرداري از سيستم هاي قدرت ، شناخته شده و مورد توجه قرار گرفته است . بسياري از خاموشي هـاي سراسـري ١ کـه در شبکه هاي قدرت مختلف دنيا رخ داده است ، به دليل ناپايداري سيستم قدرت بوده و توجه بسياري از صـنايع و شرکت هاي برق را به اين مساله معطوف نموده است . گسترش سيستم هاي قدرت به دنبال افزايش خطـوط ارتباطي و ايجاد شبکه هاي به هم پيوسته ، استفاده از تکنولـوژي هـاي جديـد در کنتـرل و حفاظـت شـبکه و افزايش ميزان تقاضا و به دنبال آن بهره برداري از سيستم با حاشيه پايداري کم ، به خصوص در سيسـتم هـاي تجديد ساختار يافته ، انواع مختلف ناپايداري ها در سيستم هاي قدرت به همراه داشته است . بـه عنـوان مثـال ، پايداري ولتاژ، پايداري فرکانس و نوسانات بين ناحيه اي بيش از گذشته دغدغه مهندسين سيستم هاي قدرت را برانگيخته است . بنابراين فهم و درک صحيح از انواع ناپايداري ها و چگونگي به وقـوع پيوسـتن آنهـا جهـت طراحي و بهره برداري سيستم هاي قدرت ، بسيار ضروري است [١].

:پروژه متلب همان گونه که بيان گرديد، يکي از انواع ناپايداري ها در شبکه هاي قدرت ، ناپايداري ولتاژ اسـت . در سـال هـاي اخير با توجه به رشد ميزان مصرف و هزينه بالاي احداث نيروگاه ها و خطوط انتقال ، به ويژه در سيسـتم هـاي تجديد ساختار يافته ، بعضاً بهره برداري شبکه هاي قدرت تا نزديکي حداکثر ظرفيت نيروگاه ها و خطوط شبکه انجام مي گيرد که در نتيجه شبکه تحت فشار زيادي قرار گرفته و از لحاظ ولتاژي دچار مشکل خواهـد شـد.

وقوع خاموشي هاي سراسري اخير در برخي شبکه هاي قدرت مهم دنيا مانند فروپاشي ولتاژ در کشور شيلي و فروپاشي شبکه شمال شرق آمريکا و کانادا در آگوست سال ٢٠٠٣ و فروپاشي شبکه قدرت جنوب ايتاليـا در سپتامبر سال ٢٠٠٣ گوياي اين مطلب مي باشند[١]. به همين دليل ، بحث ناپايداري ولتاژ در سال هاي اخيـر بسيار مورد توجه قرار گرفته است . از طرف ديگر همانطور که مي دانيد سيستم هاي قـدرت قسـمت زيـادي از انرژي مورد نياز ما را فراهم مي کننـد هنگـامي کـه سيسـتم قـدرت دچارناپايـداري و فروپاشـي شـود ديگـر سيستم هاي مهم همچون سيستم هاي حمل و نقل الکتريکي ، چراغ راهنماها و سيستم هاي امنيتي و سيسـتم آب رساني شهري و غيره هم دچار مشکل خواهند شد در نتيجه فروپاشي سيسـتم هـاي قـدرت باعـث بـروز مشکلات بزرگي مي شود که اهميت توجه به اين موضوع را نشان مي دهد.

:پروژه متلبدر کشور ما نيز، با توجه به افزايش ميزان مصرف و هزينه بالاي احداث خطـوط و نيروگـاه هـاي جديـد، بـه ناچار بايستي در آينده اي نه چندان دور، بهره برداري از شبکه در ظرفيت بالاتر انجام گيرد. در نتيجه در ايـن پايان نامه به بررسي روش هاي تشخيص پديده ناپايداري ولتاژ پرداخته خواهد شد.

مفاهيم پايه پايداري ولتاژ

١-٢-١ پايداري ولتاژ٢ و فروپاشي ولتاژ

:پروژه متلب در مرجع [٥] پايداري ولتاژ و فروپاشي ولتاژ به صورت زير تعريف شده است .

پايداري ولتاژ عبارت است از توانايي سيستم قدرت براي حفظ ولتاژ ماندگار در همه شينه هاي سيستم پـس از رخ دادن يک اغتشاش نسبت به شرايط اوليه عملکرد آن . اين مساله به توانايي حفظ يا بازيابي توازن ميـان تقاضاي بار و تغذيه بار بستگي دارد. ناپايداري ولتاژ مي تواند به صورت افت تصاعدي يا افزايش ولتاژ برخـي از شينه هاي سيستم ، رخ دهدکه باعث از دست رفتن بار در يک ناحيه از سيستم قدرت يا قطع خطـوط انتقـال يا ساير ادوات سيستم توسط عناصر حفاظتي آنها مي باشد و اين مسئله مي تواند به خروج پي درپـي و پلکـاني ساير ادوات توليد و انتقال ، منجر گردد. خروج هاي پي درپي عناصر سيستم و يا ايجاد شرايط عملکردي که در پي آن جريان تحريک ژنراتورهاي سيستم به حد ماکزيمم و فراتـر از آن مـي رسـد، موجـب بـر هـم خـوردن همگامي برخي از ژنراتورهاي شبکه مي گردد.

فروپاشي ولتاژ فرايندي است که طي آن ، حوادث متوالي ناشي از ناپايداري ولتاژ منجر به خاموشي يا شـريط بد ولتاژي در يک بخش مهم يا تمام بخش هاي سيستم قدرت مي گردد. پايداري يا حالت ماندگار سيستم بـه دنبال رسيدن تپ ترانسفورماتورها به حد بالاي خود و با قطع برخي بارهاي سيسـتم در سـطح ولتـاژ پـايين امکان پذير است .

به طور عمده عامل هدايت کننده سيستم به سمت ناپايداري ولتاژي ، بارهاي سيسـتم هسـتند. در پاسـخ بـه يک اغتشاش مثل قطع يک واحد نيروگاهي ، توان مصرفي بارهاي سيستم بر اثـر عملکـرد بارهـاي موتـوري ،

:پروژه متلب عمل تنظيم کننده هاي ولتاژ و تپ چنجر ترانسفورماتورها و رفتار ترموستات ها، تمايـل بـه بازيـابي خـود دارد.

اين بازيابي بار، وضعيت شبکه فشار قوي را به لحاظ افزايش مصرف توان راکتيـو و در نتيجـه کـاهش بيشـتر ولتاژ سمت فشار قوي بحراني تر مي کند. يکي از عوامل اصلي که سبب ناپايداري ولتـاژ مـي شـود، افـت ولتـاژ ناشي از عبور توان اکتيو و راکتيو از امپدانس القايي خطوط انتقال ، مي باشد. اين مسأله ، ظرفيت انتقـال تـوان اکتيو و راکتيو خطوط را محدود مي کند. همچنين زماني که برخي از ژنراتورهـاي سيسـتم بـه حـد حرارتـي جريان تحريک يا آرميچر خود مي رسند، انتقال توان و کنترل ولتاژ محدود مي گردد. زماني که به دنبال يـک اغتشاش ، تقاضاي توان راکتيو، فراتر از حد قابل دسترسي توليد آن مي شود، پايداري ولتـاژ شـديدًا بـه خطـر مي افتد.

از لحاظ نوع اغتشاش ، پايداري ولتاژ به دو دسته تقسيم مي شود [٢]:

١- پايداري ولتاژ اغتشاش کوچک : عبارت است از توانايي سيستم قدرت بـه حفـظ ولتـاژ مانـدگار قابـل قبول در اثر انحراف هاي کوچک از وضعيت جاري مثل افزايش ملايم بار سيستم . با اتخاذ فرض هاي مناسـب ، معادلات سيستم را مي توان حول يک نقطه کار خطي سازي نمود که محاسبه حساسـيت متغيرهـاي مهـم را حول آن نقطه کار ميسر مي کنند و عامل شناسايي مناسبي به منظور تخمين پايداري شبکه مي باشند.

٢- پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ : شامل توانايي سيستم به حفظ ولتاژ ماندگار و قابل قبول به دنبال وقوع يک اغتشاش بزرگ مانند وقوع خطا، از دست رفتن توليد و يا ساير حوادث مداري که در شبکه مي توانـد رخ دهد، مي باشد. گستره زماني اين مطالعه ، مي تواند از چند ثانيه تا ده ها دقيقه باشد.

از نظر زماني هم ناپايداري ولتاژ بازه گسترده اي از زمان را از کسري از ثانيه تا ده ها دقيقه شامل مـي شـود. از لحاظ مقياس زماني ، ناپايداري ولتاژ به سه دسته ناپايداري ولتاژ کوتاه مـدت (گـذرا)، ناپايـداري ولتـاژ ميـان مدت و ناپايداري ولتاژ بلند مدت تقسيم مي شود [٤] و [٥]. گستره زماني رخداد ناپايداري ولتاژ کوتاه مـدت

(گذرا)، از کسري از ثانيه تا حدود چند ثانيه مي باشد. بازه زماني مورد توجه در ناپايداري ولتاژ ميان مدت ، به چندين دقيقه – به طور نوعي ٢ تا ٣ دقيقه هم مي رسد. ناپايداري ولتاژ بلند مـدت ، دوره زمـاني طـولاني از چندين دقيقه تا حتي چندين ساعت را در بر مي گيرد.

:پروژه متلب مفهومي پايداري ولتاژ و براي مطالعه سيستم هاي شعاعي بسيار مفيد هستند. همچنين براي مطالعه پايداري شبکه هاي حلقوي و به هم پيوسته نيز با در نظر گرفتن P به عنوان بـار کـل سيسـتم و V بـه عنـوان ولتـاژ شينه هاي سيستم ، قابل استفاده مي باشد [٢]. P را همچنين مي تـوان تـوان عبـوري از يـک واسـطه انتقـال قدرت مثل خط انتقال در نظر گرفت . اين تحليل بر مبناي پخش بار سيستم صورت مي گيرد. در هـر مرحلـه بار سيستم افزايش داده شده و تا واگرا شدن برنامه پخش بار، تحليل ادامه مي يابد. واگرا شدن پخش بـار بـه دليل مشکلات محاسباتي در نزديکي نقطه ماکزيمم توان سيستم از نقاط ضـعف تحليـل P-V مـي باشـد. از ديگر نقاط ضعف اين تحليل ، لزوم برنامه ريزي مجدد توليد ژنراتورها مطابق با واقعيـت اسـت کـه بايـد مـورد توجه قرار بگيرد.

خروجی متلب :