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 

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 .