بررسی روش حذف بار تطبیقی در بهبود پایداری سیستم قدرت و سیستم های بار فرکانس

براي عملکرد رضايت‌بخش يک سيستم قدرت، فرکانس بايد تقريباً ثابت بماند که از نگاه کنترلی هدف تثبیت آن در یک پریونیت می باشد . کنترل نسبتاً دقيق فرکانس، ثبات سرعت و سنکرون سازی موتورهاي القايي و سنکرون را به بار  مي‌آورد. ثبات سرعت راه‌اندازي‌هاي موتوري، بخصوص در عملکرد رضايت‌بخش واحدهاي توليدي، مهم است، زيرا اين واحدها به شدت به عملکرد تمام محرکه‌هاي جنبي مربوط به سوخت، آب تغذيه و سيستم تغذيه هواي سوخت وابسته هستند. استفاده وسيع از ساعت‌هاي الکتريکي و استفاده از فرکانس براي ساير مصارف زمان‌سنجي نيازمند نگهداري و حفظ دقيق زمان سنکرون است. در نتيجه، نه تنها فرکانس بلکه انتگرال آن نيز بايد تنظيم و کنترل شود . به این منظور در کنترل سیستم های بار فرکانس از سیستم های کلاسیک که دارای کنترل بر انتگرال خطا می باشند استفاده می شود . 

فرکانس يک سيستم، بستگي به تعادل توان حقيقي دارد که آن نیز به برابری تولید و مصرف مرتبط است . از آنجا که فرکانس، عامل مشترکي در سرتاسر يک سيستم است و در یک ریزشبکه نیز به صورت ناحیه ای و وزن دار محاسبه شده و میانگین گیری می شود ، تغييري در تقاضاي توان حقيقي يک نقطه، به صورت تغييري در فرکانس در سرتاسر سيستم منعکس مي‌شود. چون تعداد زيادي ژنراتور، توان مورد نياز سيستم را تامين مي‌کنند، بايد وسايلي مهيا شود که تغيير توان مورد تقاضا را بين واحدها تقسيم کند. گاورنر سرعت هر واحد توليدي تابع اوليه کنترل سرعت را فراهم مي‌آورد و به صورت یک کنترل اولیه عمل می کند ، حال آنکه کنترل تکميلي موجود در يک مرکز کنترل اصلي، توليد را تخصيص مي‌دهد.

در سيستم‌هاي به هم پيوسته که شامل دو يا تعداد بيشتري نواحي مستقل کنترلي هستند، علاوه بر کنترل فرکانس، بايد توليد در هر ناحيه به گونه‌اي کنترل شود که تبادل برنامه‌ريزي شده توان حفظ شود. کنترل توليد و فرکانس معمولاً به کنترل بار - فرکانس (LFC) موسوم است . 

در شکل زیر یک سیستم بار فرکانس دو ناحیه ای نشان داده شده است که از یک سیستم کنترل مرکزی در کنار کنترلرهای محلی خود استفاده می کند .

شماتیک یک سیستم بار فرکانس دو ناحیه ای

 

يكي دیگر از روش‌هاي كنترل فركانس در حالت بحرانی و خطا روش حذف‌بار است :

اضافه بارهاي سنگين در اثر خارج شدن يك واحد نیروگاه يا يك قطع یک خط انتقال مهم در اثر بروز خطا در سيستم قدرت موجب تغييرات نسبتاً بزرگ در فرکانس ناحیه ای و سپس در فركانس کل شبکه خواهد شد. در اين حالت قبل از اين‌كه گاورنر و توربين‌ها فرصت عملكرد و تغيير توليد را پيدا نمايند فركانس خيلي سريع به مقادير بحراني خود مي‌رسد و شبکه در آستانه فروپاشی قرار می گیرد ، زيرا عملكرد كامل و كافي گاورنر و پاسخ توربين حداقل چند ثانيه طول خواهد كشيد. (به دليل ثابت زماني گاورنر و توربين و تاخیر دیزل ژنراتور) و قبل از اين‌كه گاورنرهاي سيستم فركانس را تصحيح كنند، فركانس به مقدار خيلي زيادي تغيير مي‌كند.

لذا در اين‌گونه موارد تنها راه حل مناسب حذف‌بار براي جلوگيري از خاموشي كل سيستم است ، از این مسئله که به صورت خودکار در شبکه انجام شده و اصطلاحا تجدید ساختار شبکه قدرت را نتیجه می دهد به عنوان حذف بار تطبیقی یاد می شود .

در شکل زیر نتیجه حذف بار تطبیقی برای یک شبکه نمونه نشان داده شده است که در شبیه سازی و انجام پایان نامه برق قدرت بدست آمده و در آن الگوریتم رقابت استعماری با الگوریتم PI قیاس شده است .

نتیجه فرکانس میانگین شبکه در حین حذف بار تطبیقی 

طراحی پایدارساز سیستم قدرت PSS برای ماشین سنکرون متصل به شبکه قدرت

در بررسی دینامیک سیستم های قدرت ، پایداری شبکه قدرت متصل به ماشین سنکرون به عنوان مولد توان شبکه اهمیت بسزایی دارد . این مسئله به هنگام بروز خطا خود را آشکار می سازد ، آنچه که مسلم است در طول خط انتقال شبکه به باس تولید انواع سناریوهایی که منجر به خطا می شوند امکان وقوع دارند و هر کدام به لحاظ دینامیکی باعث ناپایداری ولتاژ و توان شبکه شده و در یک نگاه دقیق تر زاویه توان را افزایش می دهد ، زاویه توان یک متغیر اساسی در تولید ولتاژ و توان خروجی شبکه می باشد و ناپایداری آن به صورت مستقیم بر روی خروجی شبکه اثرگذار است .

انواع روش ها به منظور پایدارسازی این مسئله پس از قطع شبکه با استفاده از بریکرهای امنیتی در مقالات معرفی شده است . در سیستم هایی که مدل شبکه و ماشین به صورت خطی معرفی می شود AVR یا تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک یا اتوبوستر به عنوان اصلی ترین ادوات به منظور پایدارسازی شبکه معرفی می شود که برای مدل آن از چندین حالت معرفی شده در مقالات می توان استفاده کرد .

  

شماتیک یک AVR بکار رفته به منظور تولید فیدبک برای مدل شبکه

در شکل بالا یک مدل AVR نشان داده شده است که در آن سیگنال خطای ولتاژ در AVR مجهز به سیستم تحریک تبدیل به نیروی کنترلی برای سیستم ماشین خطی شده می شود تا سیگنال خطای ولتاژ را به صفر رسانده و شبکه را پایدار نماید .

اما در یک مدلسازی دقیق تر مجموعه ماشین سنکرون ، ترانسفورماتور و سیگنال کنترل پایدارساز به صورت غیرخطی و دقیق براساس مدل SMIB مدل سازی می شود . در این حالت نیاز به طراحی از طریق روش های غیرخطی برای شبکه مورد نظر می باشد تا بتواند پایداری را برای آن داشته باشد . در واقع مسئله پایداری در این حالت نمی تواند توسط AVR برطرف شود .

در طراحی پایدارساز به شیوه غیرخطی انواع روش های طراحی از قبیل خطی سازی فیدبک ، خطی سازی ورودی خروجی ، روش مد لغزشی و همچنین روش های بهینه سازی در جایابی بهینه پایدارساز در شبکه های چندماشینه و چند باسه معرفی می شود .

در انجام پایان نامه ها و پروژه های مرتبط با پایدارساز سیستم قدرت بایستی ابتدا اساس مدلسازی دینامیکی شبکه را مشخص کنید و با بهره گیری از سناریوی مورد نظر (مقاوم سازی ، تطبیقی نمودن ، بهینه سازی و ...) نسبت به انتخاب روش مورد نظر اقدام کنید .

در شبیه سازی روش مورد نظر و در ساختار غیرخطی بهترین انتخاب نرم افزار متلب می باشد چرا که به سادگی می توان معادلات غیرخطی را در آن وارد نمود ، اما در کارکرد خطی نرم افزار Pscad نیز می تواند مفید باشد .

تجدید ساختار در سیستم قدرت :

در سیستم­های قدرت تجدید­ساختار یافته، به منظور بهره­ برداری مطمئن از سیستم، فرکانس باید تقریباً ثابت باقی بماند. فرکانس سیستم بستگی به تعادل توان حقیقی و بار دارد. از آنجا که فرکانس عامل مشترکی در سرتاسر یک سیستم می­باشد، هرگونه تغییر در تقاضای توان حقیقی یک نقطه، به صورت تغییری در فرکانس، در سرتاسر سیستم منعکس می­شود. در سیتم­های به ­هم ­پیوسته، که شامل دو یا چند ناحیه مستقل کنترلی هستند، علاوه بر کنترل فرکانس، باید تولید در هر ناحیه نیز به گونه ­ای کنترل شود که تبادل برنامه ­ریزی شده توان حفظ شود. به کنترل تولید و فرکانس سیستم، کنترل بار فرکانس اطلاق می­شود. 

  امروزه صنعت برق، در حالت گذر از بهره ­برداری سنتی توان به حالت تجدید­ساختار صنعت برق می­باشد. در یک سیستم تجدید­ساختار یافته، سیستم قدرت از چند منطقه کنترل به ­هم پیوسته تشکیل شده است، که هر منطقه مسئول بار محلی و تبادلات برنامه ­ریزی شده خود با مناطق مجاور می­باشد.

  تفاوت اصلی محیط تجدید­ساختار یافته با حالت سنتی، تفکیک بخش­های مختلف سیستم سنتی می­باشد. این امر وجه مشترک تمام انواع مختلف سیستم­های تجدید­ساختار یافته می­باشد. در محیط جدید بهره ­برداری از سیستم قدرت بر عهده بهره بردار مستقل سیستم می­باشد. بهره ­بردار مستقل سیستم، مسئول حفظ امنیت و قابلیت اطمینان سیستم می­باشد. بهره­ بردار مستقل سیستم با استفاده از خدمات جانبی می­تواند به وظایف خود عمل نماید. یکی از انواع خدمات جانبی، کنترل بار فرکانس، یا تنظیم فرکانس می­باشد.

در همین راستا انواع روش ها در تجدید ساختار شبکه های قدرت معرفی می شود ، تجدید ساختار در حوزه دینامیک سیستم که با استفاده از روش هایی مانند حذف بار تطبیقی انجام می پذیرد و تجدید ساختار در سیستم های قدرت توزیع و انتقال با نگاه سیستمی که با استفاده از انواع روش های هوشمند همچون الگوریتم تجمع پرندگان ، الگوریتم ژنتیک ، الگوریتم فازی یا عصبی انجام می پذیرد و در نتیجه گیری معایب و مزایای  خود را دارند . در کلیه این روش ها در نظر گرفتن یک تابع هزینه مرکب (چند هدفه) که بتواند عواملی همچون پروفیل ولتاژ ، تعادل توان ، کنترل فرکانس را در خود داشته باشد امری ضروری است .