قابلیت اطمینان در سیستم های قدرت

در هر جامعه مدرن، مهندسان و مديران فني مسئول برنامه‌ريزي، طراحي، ساخت و بهره‌برداري از ساده‌ترين محصول تا پيچيده‌ترين سيستم‌ها هستند . از كار افتادن محصول‌ها و سيستم‌ها موجب وقوع اختلال در سطوح مختلفي مي‌شود و مي‌تواند حتي بعنوان تهديدي شديد براي جامعه و محيط زيست تلقي شود. از اين رو مصرف كنندگان و بطور كلي مردم جامعه انتظار دارند كه محصولها و سيستم‌ها پايا ، اطمينان بخش و ايمن باشند بعنوان يك پرسش اصلي چنين مطرح است كه قابليت اطمينان يك سيستم در طول عمر كاری آينده‌اش چه ميزاني است و ايمني آن چقدر است؟ اين پرسشي است كه بخش‌هايي از آن را مي‌توان با ارزيابي و كميت‌سنجي قابليت اطمينان پاسخ داد .

 شيوه‌هاي ارزيابي قابليت از نظر تاريخچه پيدايش ، بدواً در ارتباط با منابع هوا – فضا و كاربردهاي نظامي شكل گرفت ، ولي سريعاً توسط ساير صنابع مانند صنابع برق ، كه تحت فشار شديدي جهت تضمين ايمني و قابليت اطمينان سیستم‌هاي توليد و توزيع در تامين انرژي الكتريكي مي‌باشند و يا صنابع فرآيندهاي پيوسته مانند صنايع فولاد و صنايع شيميايي كه هر ساعت توقف از آنها بعلت وقوع معايب مي‌تواند موجب تحميل خسارت‌هاي بزرگ مالي و جاني و آلودگي محیط زيست شود مورد توجه و كاربرد قرار گرفت .

 اتفاقات رخ داده فشار زيادي بر لزوم توجه به ارزيابي قابليت اطمينان ، ايمني و احتمال خطر ايجاد كرده است. در اينجا اساساً دو بحث مطرح است يكي تحت عنوان خطر كه صرفاً ازنظر شدت قابل تقسيم‌بندي مي‌باشد و ديگري تحت عنوان احتمال خطر كه علاوه بر شدت خطر احتمال وقوع آنرا نيز مورد توجه قرار مي‌دهد . شيوه‌هاي ارزيابي قابليت اطمينان اصولاً برمحور ارزيابي احتمال خطر استوار است و لذا هر دو جنبه شامل شدت خطر و همچنين احتمال وقوع آن به حساب مي‌آيند.

در سیستم های قدرت نیز با توجه به متغیرهای فراوانی که در هر کدام از بخش های تولید ، توزیع و مصرف وجود دارد لزوم سنجش قابلیت اطمینان و بهبود آن در فواصل مناسب (تعمیر و نگهداری) امری ضروری است ، تعیین متغیرهای تغییر پذیر با زمان و روش های مطمئن به منظور محاسبه آنها در دوره های روزانه ، ماهانه و سالانه اهمیت دارد ، آنچنانکه متغیرهایی در تغییر کیفیت ادوات در فصول مختلف ، شرایط آب و هوایی مختلف و شرایط شبکه قدرت در آن تاثیر دارند ، همگی بایستی در محاسبات دخالت داده شوند .

از طرفی امروزه بحث قابلیت اطمینان با ورود منابع تولید هیبریدی پراکنده نظیر توربین بادی و سلول خورشیدی  و منابع پشتیبان نظیر پیل سوختی و باتری و لزوم سنجش امکان پذیری سیستم ، بیش از پیش ضروری می باشد . در این راستا تعریف اندیس های مختلف قابلیت اطمینان و دخالت دادن آن در نحوه کنترل شبکه ها از متدهای روز به حساب می آیند .

 

طراحی فیلتر اکتیو با استفاده از منابع انرژی نو :

در شبکه های توزیع بحث مهمی به نام کیفیت توان داریم ، کیفیت توان عبارت است از برقراری شرایط مناسب از لحاظ پروفیل ولتاژ ، اعوجاج ولتاژ ، فلیکر ولتاژ و پخش توان در شبکه قدرت که راه حل های مختلفی نیز برای آن وجود دارد که از آن جمله :

• استفاده از ادوات FACTS
• خازن گذاری 
• رگولاتور ولتاژ
• استفاده تر کیبی از ادوات پیشنهادی 
• فیلتر اکتیو 

می باشند ، در مورد موارد اول تا چهارم بعدها توضیحات کافی داده خواهد شد ، مورد آخر به منظور کاهش هارمونیک و به اصطلاح THD در شبکه های قدرت کاربرد دارد ، در این راستا استفاده از یک منبع DC مطمئن برای تغذیه فیلتر نقش مهمی دارد .

منابع انرژی نو شامل توربین بادی و سلول خورشیدی می توانند به عنوان یک منبع DC قابل قبول (به شرط دارا بودن قابلیت اطمینان بالا) در این سیستم ها استفاده شوند ، طریقه اتصال این منابع به گونه ای است که هم شبکه را تغذیه کند و هم سیستم فیلتر را که در این حالت توان مازاد بر نیاز فیلتر وارد شبکه توزیع می شود ، از طرفی خود این منابع در راستای تزریق توان در شبکه هارمونیک وارد آن می کنند و به نوعی در ابتدای خط هارمونیک را در شبکه افزایش می دهند .

اما فیلتر اکتیو جایابی شده می تواند با عملکرد بهینه خود در سمت بار هارمونیک کل شبکه را کاهش دهد ، روش های مختلف و بهینه کلیدزنی به منظور این فرآیند پیش بینی شده است که در آن ها از تکنیک های تطبیقی به منظور انجام بهتر فرآیند استفاده می شود . 

پایداری سیستم های قدرت و ریزشبکه ها :

پایداری سیستم­های قدرت مانند گذشته همچنان به عنوان موضوع اصلی در بهره ­برداری از سیستم­های قدرت مطرح است. زیرا موضوع پایداری، مولفه مهمی برای مدیریت انرژی و برنامه ­ریزی در هر سیستم قدرت می­باشد.

از طرف دیگر، تنوع منابع انرژی تجدیدپذیر و استفاده بهینه ­تر از منابع انرژی اصلی (با عمل تولید در نزدیک بار) منجر به افزایش واحدهای تولید پراکنده (DG) در شبکه توزیع فشار ضعیف و متوسط گشته است. کاربرد واحدهای DG در سیستم­های توزیع، نوع جدیدی از سیستم­های قدرت بنام میکروگرید را معرفی می­نماید. چنین سیستم­هایی می­توانند به شبکه قدرت اصلی متصل شده و یا بطور مستقل یعنی بصورت جزیره­ای مورد بهره ­برداری قرار بگیرند که در هر دو مد بهره ­برداری بایستی یک تغذیه پیوسته­ ای را برای مراکز بار یا مصرف­ کنندگان فراهم آورند. لذا این مفهوم منجر به تعریف جدیدی از بهره ­برداری واحدهای DG گشته که نیازمند طرح­های حفاظتی و کنترلی پیچیده­ ای در سیستم خواهد بود.

مساله پایداری سیستم­های میکروگرید تقریباً از سال 2006 میلادی (یعنی همان سال­های آغازین ظهور این مفهوم) بعنوان یکی از موضوعات چالش ­برانگیز بطور جدی مورد مطالعه قرار گرفته است. تکنیک­ها و استراتژی­های مختلفی توسط محققان و دانشمندان متعددی از سراسر جهان در منابع گوناگون می­توان یافت که به تعریف، طبقه ­بندی و بهبود پایداری در سیستم­های میکروگرید پرداخته ­اند. برخی از آن­ها تنها به بررسی یک یا تعداد اندکی از واحدهای DG خاص (بویژه مزرعه بادی، پیل سوختی و سیستم فتوولتاییک) پرداخته و برخی دیگر بصورت کلی و بدون محدودیت در نوع منابع DG، موضوع را بررسی نموده­اند. از میان مسایل پایداری، کنترل فرکانس و ولتاژ سیستم­های میکروگرید توجه و اهمیت بسیاری را از جانب محققان بخود جلب نموده­ اند. از اینرو طرح­های کنترلی مختلفی را برای پایداری ولتاژ و بخصوص پایداری فرکانس در منابع گوناگون می­توان یافت. این طرح­ها (که اغلب تنها از اطلاعات محلی سیستم استفاده می­نمایند) جهت بهبود عملکرد واحدهای DG بدون نقض قیود شبکه معرفی گردیده و شرایط مناسبی را جهت مشارکت موثر در سیستم قدرت و بازار برای آن­ها فراهم می ­آورند.

مبحث انرژی های نو در شبکه های قدرت :::

انرژی های نو شامل توربین بادی ، سلول خورشیدی ، الکترولایزر و پیل های سوختی می باشد ، با توجه به اینکه در شبکه های قدرت مسئله قابلیت اطمینان از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد و از طرفی ماهیت پراکنده و احتمالی بودن سیستم های تولید انرژی نو نیازمند استفاده از سیکل ترکیبی این منابع تولید دارد ، در مرتبه دوم از کار به منظور استفاده بهینه از شبکه هیبریدی ساخته شده در حالات کم باری و پرباری نیاز به استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی می باشد .

در این حالت شبکه دارای یک سیستم با قابلیت اطمینان بالا و شرایط بهینه می باشد که شرط وجود این حالت کنترل مناسب سیستم هیبریدی می باشد .

در بررسی روش های کنترل شبکه های هیبریدی شامل منابع انرژی نو نیاز به شناسایی دقیق سیستم و رفتار آن در طول سناریوی مورد بررسی می باشد ، آنچه که از اهمیت بالایی برخوردار است لزوم تعادل تولید و مصرف در کلیه ساعات کار سیستم می باشد .

استراتژی های مختلفی در مقالات به منظور کنترل شبکه توان هیبریدی معرفی شده است که اغلب برمبنای کنترل جریان باتری می باشند . در این کنترل طریقه شارژ و دشارژ باتری نشانگر حالت کار سیستم می باشد و متغیر SOC و محدودیت آن برای کنترل شبکه به کار می رود ، در این حالت با توجه به ماکزیمم SOC و مینیمم آن نسبت به هدایت جریان باتری (از طریق مبدل آن) اقدام می شود . روش دیگری که به کار می رود کنترل ولتاژ لینک مشترک بین منابع تولید می باشد بصورتی که همواره این ولتاژ در یک محدوده باقی بماند .