مقدمه
امروزه سیستم های قدرت حجم زیادی از انرژی را در مناطق وسیعی انتقال می دهند از این رو عملکردی نزدیک به حدود پایداری دارند در نتیجه آنها را به اختلالات آسیب پذیرتر می کند. گاهی اوقات به وجودآمدن چنین اختلالاتی در شبکه قدرت منجر به خاموشی بخشی یا تمامی شبکه قدرت می شود. سوابق اختلالات اساسی نشان می دهد که خطای اولیه در چندین میلی ثانیه رخ می دهد و سیستم در چندین ثانیه به زیر سیستم های دارای عدم تعادل بین بار و تولید مجزا می شود و خاموشی در دقایقی بعد از جداسازی انجام می گیرداین در حالیست که عملیات بازیابی شبکه قدرت بعد از گذشت چندین ساعت از خاموشی صورت می گیرد در اینجا می توان به حساس بودن مساله بازیابی پی برد زیرا هدف تامین حداکثر بار در حداقل زمان ممکن است.
موضوعات مطرح در بازیابی سیستم های قدرت
عموما مسئله بازیابی به سه فاز کلی تقسیم می شود :
خاموشی سراسری black out
پدیده خاموشی سراسری با وجود آنکه به ندرت اتفاق می افتد اما موجب صدمات جبران ناپذیر اقتصادی و سیاسی و ... میگردد.
مهمترین عواملی که موجب خاموشی سراسری می شود عبارتند از:
تعادل توان راکتیو
در طی گام های اولیه بازیابی نگه داشتن ولتاژ در رنج مجاز بسیار ضروری است. این عمل به چندین روش صورت میپذیرد:
تعادل بار و تولید
در فازهای اولیه بازیابی نگه داشتن فرکانس سیستم در محدوده مجاز به وسیله بازیابی بارهایی در اندازه های کوچک امری ضروری است.
(شکل 1): شماتیک توصیفی تعادل بار و تولید.
فیدرهای تجهیز شده با رله های زیرفرکانسی در فازهای بعدی بازیابی برداشته میشوند چون در این مراحل سیستم پایدار شده است. برداشتن بارهای کوچک باعث طولانی شدن بازیابی می شود در برداشتن بارهای بزرگ همیشه ریسک دچارشدن به کاهش فرکانس و خاموشی مجدد سیستم وجود دارد.
مانیتورینگ و کنترل
در رویداد یک اختلال جزئی، دانستن حالت سیستم و اجرا کردن طرح بازیابی در سطح مناسب بسیار ضروری است. ضعف ارتباطات تخصیص داده شده بین مراکز کنترل، نیروگاه ها و پستها و نمایشگرهای مانیتورینگ ناکافی و آلارم های بیش از اندازه می تواند موجب طولانی شدن طول مدت خاموشی شود.
(شکل 2): تصویر نمونه از مرکز مانیتورینگ و کنترل شبکه برق سراسری.
سیستم های حفاظتی
فرایند بازیابی اغلب توسط قفل های پیشگیرانه قطع یا دچار تاخیر می شود برای مثال: بریکرهای ژنراتور از نزدیک شدن به یک باس خاموش، سنکرونیزه کردن در محل هایی که هیچ کنترلی بر فرکانس، ولتاژ و زاویه فاز نیست، و ضعف وجود طرحی برای کاهش اختلاف فاز زمان بستن خطوط اتصالی میان سیستم های مجاور یا زیر سیستم ها است .
طرح بازیابی سیستم قدرت
یک طرح بازیابی بایستی بتواند اپراتور را در اینکه چه گامی را در چه زمانی بایستی انجام دهد راهنمایی کند تا مدت زمان خاموشی و در نتیجه اثرات خاموشی را کاهش دهد. یک طرح کلی شامل سه مرحله زمانی بازیابی است.
(شکل 4): توصیف مراحل زمانی فرایند بازیابی سیستم قدرت.
ولتاژهای گذرای ناشی از کلید زنی
در طول مرحله استقرار مجدد خواهان آن هستیم که تا آنجا که محدودیت ولتاژهای گذرای کلید زنی اجازه می دهد بخش بزرگی از خطوط فشار قوی را برق دار کنیم.
برقدار کردن بخش های کوچک موجب طولانی شدن فرایند بازیابی می شود و در برق دار کردن بخش های بزرگ خطوط فشار قوی خطر آسیب دیدن تجهیزات آخر خط وجود دارد .
(شکل 5): ولتاژ گذرای ناشی از کلیدزنی در فرایند بازیابی.
پاسخ فرکانسی توربین
در طول پروسه بازیابی اپراتورها بایستی پاسخ فرکانسی توربین را به یک تغییر ناگهانی در بار در نظر بگیرند. همانطور که از نتایج شکل زیر مشخص است توربین های آبی، احتراقی و بخار به ترتیب دارای پاسخ فرکانسی بهتری نسبت به یکدیگر هستند.
(شکل 6): پاسخ فرکانسی توربین های نیروگاهی مختلف به تغییرات بار.
ترتیب بهینه راه اندازی واحدهای تولید
هدف تعیین بهترین ترتیب راه اندازی واحدها، به گونه ای که حداکثر توان تولیدی در حداقل زمان ممکن فراهم شود و در عین حال محدودیت های شبکه رعایت گردد. دراین راستا به دو عامل زیر باید توجه خاص شود.
طبق مطالعات انجام شده پیرامون اختلالات سیستم که به صورت سالانه توسط شورای قابلیت اطمینان برق آمریکای شمالی در طول ده سال انجام شده است نشان دهنده ۱۱۷ اختلال در سیستم قدرت است که به تفکیک علل بروز این اختلالات به شرح زیر است :
منابع و مراجع
[1] M. M. Adibi and L. H. Fink, "Overcoming restoration challenges associated with major power system disturbances - Restoration from cascading failures," Power and Energy Magazine, IEEE, vol. 4, pp. 68-77, 2006.
[2] M. M. Adibi, J. N. Borkoski, and R. J. Kafka, "Power System Restoration - The Second Task Force Report," Power Systems, IEEE Transactions on, vol. 2, pp. 927-932, 1987.
[3] M. M. Adibi and N. Martins, "Power system restoration dynamics issues," in Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE, 2008, pp. 1-8.
[4] "Overvoltage control during restoration," Power Systems, IEEE Transactions on, vol. 7, pp. 1464-1470, 1992.
[5] M. M. Adibi, J. N. Borkoski, S. M. Baltimore, and T. L. Volkmann, "Frequency response of prime movers during restoration," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 14, pp. 751-756, 1999.
[6] M. M. Adibi and R. J. Kafka, "Power system restoration issues," Computer Applications in Power, IEEE, vol. 4, pp. 19-24, 1991.