ارزیابیِ اعانه‌ی اتوماسیون در اتکاپذیریِ شبکه‌ی توزیع برق

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

2. شاخص‌های اتکاپذیری: تعریف

شکل 1. مقادیر SAIDI و ASIDI در اروپا، از 1999 تا 2012

3. شاخص‌های اتکاپذیری: مقادیر واقعی

شکل 2. مقدار TIEPI در یک منطقه از اسپانیا، از 1991 تا 2011

جدول 1. مقادیر SAIFI در کالیفرنیا (EEUU) از سال 2004 الی 2013 

4. مدل‌سازیِ ارتباطی

جدول 2. پارامترهای کانال ارتباطی

5. متد محاسبه‌ی شاخل اتکاپذیری 

شکل 3. خطای ارتباطی در فرآیند خط خطادار

شکل 4. فرآیند پاکسازیِ خطا 

شکل 5. فرآیند پاکسازیِ خطای پایه، با توجه به خطای دائمی (بستن مجدد و تریپ متوالی موفق نیست)

شکل 6. فرآیند پاکسازیِ خطا با FPI، با در نظر گرفتن خطای دائمی (بستن مجدد و تریپ متوالی موفق نبود)

6. نتایج

جدول 3. پارامترهای ارتباطیِ شبکه‌ی تحت تست

جدول 4. توصیف مورد مصرف

جدول 5. فعالیت‌های دخیل در شناسایی و موقعیت‌یابیِ خطا و زمان پاسخگویی معمول آن‌ها

جدول 6. فعالیت‌های دخیل در بازیابیِ سرویس و زمان پاسخگویی مربوطه

جدول 7. مقایسه‌ی مقادیر ASIDI (بر حسب دقیقه) برای هر مورد با در نظر گرفتن سه سناریوی ارتباطی: ASIDI-1: شبکه‌های ارتباطی به رفتار معین، تأخیر 40 میلی‌ثانیه‌ای ثابت و دسترسیِ 100 درصد. ASIDI-2: شبکه‌های ارتباطی با تأخیر متغیر، و ASIDI-3: تأخیر متغیر و دسترسیِ واقعی کم‌تر از 100 درصد. ستون   نشانگر تغییرات نسبیِ ASIDI در مقایسه‌ی سناریوی 2 و 1 است. همچنین، ستون   تغییرات ASIDI در مقایسه‌ی سناریو 3 و 1 را نشان می‌دهد.

شکل 8. نتایج به دست آمده با اعمال متد توسعه یافته در شبکه‌ی توزیع واقعی

7. نتیجه‌گیری

سیستم‌های توزیع برق در سال‌های اخیر تغییرات زیادی داشته‌اند. امورزه بهینه‌سازیِ کیفیت و کمیت برق ارائه شده به مشتریان و پاسخگویی به تقاضای انرژیِ فعلی ضروری است. از این منظر، شبکه‌های برق در فرآیند‌های اتوماسیون شبکه درگیر هستند، که در فناوری‌های ارتباطی و اطلاعاتی پشتیبانی می‌شوند که بهره، اتکاپذیری، امنیت و کیفیت سرویس در آن‌ها بهبود یابد. هدف این مقاله این است که بهبودهای به دست آمده در شاخص‌های اتکاپذیری را با اتوماسیون ایستگاه‌های فرعی ثانویه (SS) ارزیابی کند. چون این فرآیند انوماسیون شامل استفاده از کانال‌های ارتباطیِ غیر ایده‌آل می‌شود، این متد به شبکه‌ی توزیع واقعی اعمال شده است، که در چهارچوب چندین پروژه‌ی تحقیقاتیِ توسعه‌یافته در اتحادیه‌ی اروپا شامل شده است. چون ارزش این شاخص اتکاپذیری در درآمد شرکت‌های توزیع برق تأثیر گذار است، نتایج مفیدی برای توسعه‌ی استراتژیک شبکه‌های توزیع به دست می‌آید.

اپراتورهای سیستم‌های توزیع (DSO) باید عملیات‌ها و تجارت شبکه‌ی خود را به فناوری‌های جدید و راه‌حل‌های جدید برای شبکه‌های ولتاژ کم و متوسط مطابقت دهند [1]. مدیریت تقاضا و افزایش استفاده از ژنراتورهای توزیع‌یافته یک مسئله‌ی مهم در سال‌های اخیر در توزیع برق شده است [2]. برای حل این مسائل اخیر، DSOها شبکه‌های خود را به فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطیمجهز کرده‌اند که بهره، اتکاپذیری، امنیت و کیفیت سرویس خود را بهبود دهند [3]. ذکر این نکته بسیار حائز اهمیت است که اتکاپذیری با کیفیت برق یکسان نیست [4]. اتکاپذیری به مداخله‌های تغذیه‌ی مداوم و لحظه‌ای اشاره دارد، در حالیکه کیفیت برق به اختلال‌های سریع‌تر اشاره دارد، مانند نوسان‌های ولتاژ، شکل موج‌های غیرعادی و اعوجاج‌های هارمونیک. اتوماسیون ایستگاه‌های فرعی ثانویه (SS) برای تسهیل ادغام و کنترل تولید توزیع یافته، ذخیره‌سازیِ محلی، و بارهای قابل مدیریت مورد نیاز است، که اطمینان حاصل شود کیفیت برق بهبود پیدا می‌کند. بازیابیِ سریع تغذیه‌ی برق پس از قطعی یک فاکتور کلیدی در اتکاپذیریِ شبکه است. بنابراین، اتوماسیون شبکه باید یک سیستم خود درمانگر توسعه دهد که بتواند هرچه سریع‌تر و با حداکثر بهره سرویس را دوباره برگرداند [5]. یک مسئله‌ی قابل توجه در کاهش تلفات اقتصادی رنج مشتریان سیستم برق به دلیل رخدادهای اتکاپذیری است که اخیراً توسط افراد دخیل در بخش توزیع برق مورد توجه قرار گرفته است. این وضعیت، به همراه قوانین در حال تغییر صنعت برق باعث شده است که تعریف اتکاپذیری بر اساس نرخ‌ها و یا جریمه‌ها در شرکت‌های توزیع برق انجام شود. با توجه به مدل‌های قانونیِ فعلیِ موود در دنیا، مانند اسپانیا و فنلاند، سرمایه‌گذاری در بهبود اتکاپذیریِ سیستم حائز اهمیت است، زیرا اتکاپذیری تأثیر مستقیمی در درآمد DSOها دارد. به ویژه، افزایش 2 درصدی درآمد بدون هرگونه مشوق می‌تواند به دلیل بهبود اتکاپذیری به دست آید [6]. از این منظر، اتوماسیون شبکه که شامل قطع‌کننده‌های کنترل شده از راه دور و شناساگرهای انتقال خطا (FPI) می‌شود، به ساختارهای پایه‌ی فناوریِ توزیع‌یافته تعلق دارد، و این دستگاه‌ها نقش مهمی در بهبود اتکاپذیری دارند [7، 8]. بنابراین، DSOها دارای دو مسیر برای بهبود اتکاپذیری هستند: اولین مورد نصب تعداد تعریف نشده‌ای از این دستگاه‌های اتوماسیون شبکه و بررسیِ تغییر اتکاپذیری است. دومین انتخاب این است که اتکاپذیری از طریق شبیه‌سازیِ اثرات تجهیزات اتوماسیون شبکه در شبکه‌ی DSO مدل‌سازی شده محاسبه شده و در نتیجه دستگاه‌های مناسب در شبکه نصب شوند. مشخصاً، اولین انتخاب ممکن است باعث ایجاد نتایج غیراقتصادی شود. در حالیکه مسیر دوم امکان ارزیابی این را فراهم می‌کند که آیا تلاش‌های اقتصادی برای نصب دستگاه‌های اتوماسیون سودآور است یا نه، قبل از اینکه نصب تجهیزات واقعی انجام شود. از طرف دیگر، شبکه‌های ارتباطی زیرساخت ضروری را به دست می‌دهند و به DSO اجازه می‌دهند این دستگاه‌ها را از یک موقعیت مرکزی مدیریت کنند. ارتباط شامل چند جنبه‌ی مهم می‌شود: کانال‌های ارتباطیِ مورد استفاده برای انتقال اطلاعات و همچنین نحوه‌ی انجام آن، سرویس‌های ارائه شده توسط هر منبع و فناوری‌های اطلاعاتی [9، 10]. در محیط شبکه‌ی هوشمند، فناوری‌های ارتباطیِ ناهمگن و معماری‌ها دخیل هستند. شبکه‌های ارتباطی باید با نیازمندی‌های خاص مطابقت داشته باشند، یعنی اتکاپذیری، تأخیر، پهنای باند و امنیت، که اتوماسیون ایجاد شود. انتخاب کانال‌های ارتباطی در چندین اثر مورد بررسی قرار گرفته است. مثال‌هایی از استفاده‌ی شبکه‌های وایرلس را می‌توان در [11] دید. استفاده از شبکه‌های اترنت نیز در چندین اثر مانند [12] ارائه شده است. بنابراین، توسعه‌ی شبکه‌های هوشمند در حوزه‌ی توزیع‌یافته را می‌توان با سرمایه‌گذاری در فناوری‌های ارتباطی و اطلاعاتی (ICT) به دست آورد. با این همه، با اینکه این فناوری‌ها از قبل موجود هستند، پیاده‌سازیِ آن‌ها در شبکه‌ی توزیع گسترده باید گران‌قیمت باشد. بنابراین، تمرکز باید بر روی تعیین سطح بهینه‌ی پیاده‌سازیِ تکنولوژی باشد که با کمترین هزینه‌ها به این اهداف دست پیدا می‌کند. درک این قضیه بسیار آسان است، که در مورد ابعاد توزیع جریان الکتریکی در یک کشور متوسط تفکر کرد: حدود چند میلیون کیلومتر و تعداد زیادی از مشتریان. اگر این سیستم یک طرفه، که عملکرد اساسیِ آن ارائه‌ی انرژی از طریق خطوط به مشتری است، تولید دو سویه و یا ذخیره سازیِ دستگاه‌های الکتریکی را نیز شامل شود، مسئله پیچیده‌تر شده و چالش‌های بیشتری برای پیدا کردن توازن با سرمایه‌گذاریِ فناوری ایجاد خواهد شد [13، 14]. تحت این چهار چوب، این مقاله یک متد نوینی برای محاسبه‌ی یکی از رایج‌ترین شاخص‌های اتکاپذیریِ مورد استفاده در حوزه‌ی برق ارائه می‌کند، که نام آن شاخص مدت زمان مداخله‌ی سیستم میانگین (ASIDI) است، که شامل بدترین حالت تأخیر و دسترسیِ کانال‌های ارتباطی می‌شود. در منابع موجود، چند مطالعه بر روی نقش اتوماسیون و زیرساخت‌های ارتباطی در ارزیابیِ اتکاپذیریِ سیستم برق احتمالی متمرکز هستند [15]. این مقاله به این صورت سازمان یافته است: پس از این مقدمه، رایج‌ترین شاخص‌های اتکاپذیریِ سیستم در بخش 2 بررسی شده‌اند. بخش 3 تغییرپذیریِ شاخص‌های اتکاپذیریِ شبکه‌های واقعی را در چند کشور به صورت سالیانه ارائه می‌کند. بخش 4 مدل‌سازیِ ارتباطات کانال را ارائه می‌کند. متد محاسبه‌ی ASIDI به صورت کامل در بخش 5 آمده است. بخش 6 شامل نتایج دریافتی از اعمال متد توسعه‌یافته بر شبکه‌ی توزی واقعی است و بخش 5 نیز نتیجه‌گیریِ مقاله را به دست می‌دهد.