الزامات و محدوده پخش بار در شبکه‌های توزیع+دانلود

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: هدف از طراحی و بهره ­برداری از یک شبکه قدرت، تامین توان موردنیاز بار‌های شبکه است. توان تحویل داده شده توسط سیستم قدرت باید کیفیت مناسب را داشته باشد. این کیفیت مناسب که از آن با نام کیفیت توان یاد می­شود یعنی اینکه ولتاژ و جریان تحویل داده شده باید طبق استاندارد‌های پذیرفته شده در زمینه کیفیت برق باشد. در شبکه ­های قدرت معمولا بار‌ها را بصورت متمرکز متصل شده به شین­ها در نظر گرفته و مشخصات آن‌ها را با توان اکتیو و راکتیو مصرفی­شان بیان می­کنند. یکی از اساسی‌ترین تحلیل­ها که هدف از آن بررسی محدوده جریان و ولتاژ مجاز شبکه می­باشد، تحلیل پخش بار می­باشد. این تحلیل به محاسبه کمیت­های الکتریکی سیستم قدرت در حالت ماندگار به ازاء بار‌های مشخص و معلوم می­پردازد. این کمیت­‌ها شامل ولتاژ شین­ها، توان­‌های اکتیو و راکتیو تولیدی ژنراتور‌ها و جاری در خطوط انتقال و تلفات شبکه می­باشد.

از اینرو پخش بار تحلیل حالت مانای شبکه می­باشد که در آن مدل اجزاء شبکه، مدل حالت پایدار بوده و معمولا برای حالت‌های مختلف بارگذاری شبکه انجام می­شود. مدل پایدار اجزاء شبکه شامل خطوط، ترانسفورماتور‌ها و ... مدل‌های ساده­ای هستند که جزء الفبای سیستم­های قدرت هستند. یکی از مهمترین اجزایی که در مدلسازی سیستم­های قدرت معمولا حجم محاسبات و تعداد معادلات را تعیین می­کند، شین­های شبکه­ می­باشد. در واقع بعد از مشخص شدن مدل سایر اجزا، تعداد و نوع شین­های شبکه ابعاد و حجم محاسبات را تعیین می­کند.


۱. حالت پایدار شبکه ­های قدرت
وجود عناصر خازنی و اندوکتیو در هر سیستمی باعث می­شود که سیستم مربوطه با اعمال موج‌های AC دارای فرکانس‌های مختلف سریع به حالت پایدار خود نرسد. در واقع سیستم­های دارای المان‌های خازنی یا اندوکتیو بعد از گذشت چند سیکل به حالت مانای خود یا همان حالت پایدار خود می­رسند. این عبور سیستم تا رسیدن به حالت پایدار یا هر حالت دیگری را که سیستم از نقطه تعادل خود یا حالت پایدار خود خارج می­شود حالت گذرای سیستم می­گویند. مهمترین مشخصه حالت پایدار یک سیستم عملکرد آن در یک فرکانس مشخص می­باشد. در واقع در حالت پایدار همه پدیده­های با فرکانسی غیر از فرکانس تحریک سیستم میرا شده و سیستم تنها در یک فرکانس که آن هم فرکانس تحریک است کار می­کند.

برای سیستم ­های قدرت بعنوان شبکه ­های دارای عناصر خازنی و اندوکتیو علاوه بر شرایط مذکور، پارامتر‌های دیگری نیز بر شرایط رسیدن به حالت پایدار اثر می­گذارد. در سیستم­‌های قدرت ایجاد تعادل بین تولید و تقاضا یکی از پارامتر‌های مهم رسیدن به حالت تعادل می­باشد. از آنجا که در این شبکه­ها انرژی الکتریکی نمی‌تواند در مقیاس بزرگ ذخیره شود این سیستم­ها برای عملکرد در یک شرایط ماندگار همواره باید بین تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه‌ها و مقدار مصرف بار‌های متصل به شبکه تعادل ایجاد کنند تا سیستم در یک فرکانس ثابت و ولتاژ ثابت کار کند.

حالت ماندگار یک سیستم قدرت را می­توان همان عملکرد سیستم در حالت فرکانس ثابت نامید. در واقع اولین هدف از بهره­برداری از سیستم­های قدرت ثابت نگه­داشتن فرکانس سیستم می-باشد. در شبکه­‌های قدرت به دلایل مختلفی برای ثابت نگه داشتن فرکانس سیستم وجود دارد که می­توان مهمترین آن‌ها را بصورت زیر بیان کرد:

۱) سرعت موتور‌ها بستگی به فرکانس سیستم دارد و حدکثر تغییرات فرکانس قابل قبول برای آن‌ها هرتز می­باشد.

۲) توربین­ها طوری طراحی شده­اند که مستلزم کار در دور ثابت هستند.

۳) بسیاری از دستگاه­ها که مورد استفاده عموم می­باشند رفتار خود را با فرکانس سیستم قدرت تنظیم می­کنند.

۴) هنگامی که یک سیستم در فرکانس ثابت یا حالت پایدار خود کار می­کند مشخصا از وضعیت بهره­برداری مناسبی برخوردار می­باشد.



۱. انواع شین­ها در شبکه­‌های قدرت
شین­ها در شبکه­‌های قدرت بعنوان مراکز تولید، مصرف، تبدیل و تصمیم­ گیری شبکه از اهمیت خاصی برخوردار هستند. شین در شبکه­های قدرت همان مفهوم گره در مدار‌های الکتریکی را دارد. از اینرو بر اساس تعریف مداری می­توان هر نقطه­ای از شبکه که محل اتصال حداقل ۲ عنصر شبکه باشد را یک گره نامید. در شبکه­‌های انتقال شین­ها یا گره­ها پست­های تحویل توان به شبکه یا مصرف­کننده­ها می­باشند البته پاره­ای از پست­ها نیز برای تبدیل سطوح ولتاژ و یا سوئیچینگ بین خطوط مختلف احداث می­شوند. در شبکه­های توزیع فشار متوسط شین­ها معمولا محل نصب ترانسفورماتور‌های توزیع یا تیاف­های خطوط می­باشند. در شبکه­‌های توزیع فشار ضعیف هر یک از مصرف کنندگان می­تواند بعنوان یک شین تلقی شود.

در یک شین در شبکه­های قدرت همزمان امکان تولید و/یا مصرف وجود دارد. البته در تعدادی از شین­ها هیچگونه تولید و مصرف وجود ندارد. این شین­ها را شین­های سوئیچینگ می­نامند. با توجه به وجود تولید و مصرف در بعضی از شین­ها، همواره در معادلات پخش بار توان تزریقی شین­ها استفاده می­شود که بصورت زیر تعریف می­شود:




که در آن PGi و QGi توان اکتیو و راکتیو تولیدی در شین i ام و PDi و QDi توان اکتیو و راکتیو مصرفی در همین شین می­باشد. در ادامه مطالب هر گاه از توان یک شین صحبت شد منظور توان تزریقی آن شین می­باشد.

در شبکه ­های قدرت، معمولا تعداد شین بسیار زیاد است و گستردگی زیادی هم دارند، اما می­توان در یک دسته­بندی کلی آن‌ها را به سه دسته کلی تقسیم کرد و مدلسازی­ها را نیز بر اساس این تقسیم­بندی­ها انجام داد. این سه دسته کلی عبارتند از:

۲-۱ شین مرجع
این شین را شین مادر یا شین اسلک و یا شین سوئینگ هم می­نامند. این شین از آن نظر در سیستم­های قدرت مطرح می­شود که این سیستم­ها نیز همانند مدار‌های الکتریکی باید یک مرجع ولتاژ داشته باشند. بعبارت دیگر همانطور که در مدارات الکتریکی همواره یکی از گره­ها بعنوان گره زمین و مرجع ولتاژ سیستم انتخاب می­شود، در شبکه­های قدرت نیز برای حل معادلات و بدست آوردن ولتاژ‌ها انتخاب ولتاژ یک شین بعنوان مرجع ولتاژ کاملا ضروری است. از این رو یکی از عملکرد‌های این شین تعیین مرجع ولتاژ شبکه می­باشد که بر اساس آن سایر ولتاژ بدست خواهد آمد. معمولا ولتاژ این شین یک پریونیت با زاویه صفر انتخاب می­شود.

یکی دیگر از کاربرد‌های این شین تامین توان تلفاتی شبکه می­باشد. با توجه به اینکه تحلیل پخش بار با کمک الگوریتم­های تکرار حل می­شود، از اینرو قبل از شروع فرایند حل نیازمند حدس‌های اولیه برای پارامتر‌های مجهول می­باشد در معادلات پخش بار معمولا حدس‌های اولیه با فرض بدون تلفات بودن شبکه محاسبه می­شود. استفاده از این فرض باعث می­شود که مقدار توان‌های تولیدی شبکه بر اساس میزان بار‌های مصرفی تنظیم شود. در واقع قبل از حل تنها مقدار مصرف توان‌های اکتیو شبکه کاملا مشخص می­باشد و مقدار توان راکتیو تولیدی و مصرفی، توان اکتیو تولیدی و تلفات شبکه مشخص نیست. در نتیجه با اعمال تحلیل پخش بار و مشخص شدن تلفات، در طی فرایند حل باید یکی از شین­ها بتواند با افزایش تولید تلفات شبکه را جبران کند که اینکار معمولا به عهده شین مرجع گذاشته می ­شود. از اینرو تنها شینی که در معادلات پخش بار توان اکتیو تولیدی آن متغییر می­باشد این شین می­باشد و بر این اساس این شین معمولا به یک ژنراتور متصل است. البته در بعضی از کار‌های جدید در زمینه پخش بار در محیط­های تجدید ساختار یافته از نوعی شین مرجع توزیع شده استفاده شده است که امکان تامین تلفات شبکه بطور همزمان به چند شین مختلف داده می­شود. بعبارتی دیگر شین­های دارای ژنراتور هر کدام می­توانند سهمی از تلفات شبکه را جبران کنند [۹-۲]. با این وجود در چنین روش­هایی باز هم عملکرد مرجع بودن این شین تغییر نمی­کند. کمیت­های مجهول شین مرجع شامل توان اکتیو و راکتیو می­باشد. معمولا در شبکه­های قدرت شینی که بزرگترین مصرف را دارد بعنوان شین مرجع انتخاب می­ شود. در شبکه­های توزیع فشار متوسط پست فوق توزیع و در شبکه­های فشار ضعیف پست توزیع بعنوان شین مرجع انتخاب می­ شوند.

نکته: در هر شبکه قدرتی تنها و تنها یک شین باید نقش مرجع را داشته باشد. انتخاب بیشتر از یک شین بعنوان شین مرجع به معنایی انتخاب بیشتر از دو مرجع برای مدار است که چنین چیزی امکان پذیر نیست‌‍.


برای دانلود فایل کامل لینک زیر را کلیک نمایید