پیاده‌سازی و مقایسه انواع طرح‌های حذف بار زیرفرکانس

چکیده

عبارات کلیدی

مقدمه

طرح‌های حذف بار: قوانین و پیاده‌سازی

اصول اساسی حذف بار

شبیه‌سازی‌ها و نتایج

شبکه تست

اغتشاش سیگنال کوچک: 200 مگاوات

 اغتشاش متوسط:  450 مگاوات

اغتشاش 750 مگاواتی

نتایج

زیرنویس شکل‌ها

شکل1.  (a) طرح نیمه‌تطبیقی، (b) طرح تطبیقی حذف بار. 

شکل2. مقایسه چهار طرح سنتی حذف بار برای اغتشاش 200 مگاوات.

شکل3. مقایسه طرح نیمه‌تطیقی و تطبیقی برای اغتشاش 200 مگاوات.

شکل4. مقایسه چهار طرح سنتی حذف بار برای اغتشاش 450 مگاوات.

شکل5. مقایسه طرح نیمه‌تطیقی و تطبیقی برای اغتشاش 450 مگاوات.

شکل6. مقایسه چهار طرح سنتی حذف بار برای اغتشاش 750 مگاوات.

شکل7. مقایسه طرح نیمه‌تطیقی و تطبیقی برای اغتشاش 750 مگاوات.

جداول

جدول1- طرح‌های حذف بار در نظر گرفته شده (LUR در ستون دوم به معنای "بار قابل حذف" به صورت درصدی از کل بار سیستم است)

جدول2- طرح‌های مختلف حذف بار سنتی

در زمینه تجدیدساختار سیستم قدرت، حفظ امنیت و قابلیت اطمینان کافی از طریق کنترل مستقیم بار نیز انجام خواهد گرفت، بنابراین بار را می‌توان به عنوان یک فراهم‌کننده بالقوه خدمات جانبی چون تنظیم، پیروی از بار، ذخیره چرخان پاسخ فرکانسی در نظر گرفت. در هر صورت حذف‌بار همچنان به عنوان آخرین چاره برای شرایط اضطراری تلقی می‌شود. در این مقاله چندین طرح حذف‌بار برای عملکرد زیرفرکانس بررسی می‌شود. هر دو طرح سنتی، یعنی یک طرح مبتنی بر تنها آستانه فرکانس، و طرح‌های تطبیقی مبتنی بر فرکانس و نرخ تغییر آن، در نظر گرفته شده‌اند. برای تحلیل قابلیت‌اطمینان از یک سیستم تست IEEE استفاده می‌شود تا به کمک این سیستم، رفتار طرح‌های ارائه شده از منظر زمان انتخاب آستانه‌های مختلف و درصدی از بار که باید جدا شود، مقایسه گردد. نتایج به طور کامل ذکر شده و ملاحظاتی در رابطه با مزایا و معایب مربوط به این چارچوب که توسط بازار برق صورت می‌گیرد، ارائه شده است.

عملکرد قابل اطمینان و امن سیستم‌های قدرت بزرگ همواره یک هدف اصلی برای اپراتورهای سیستم بوده است. ساختار جدید سیستم که بدون باندل و بی نظم هستند، نیازمند تلاش‌های بسیار قوی در ارزیابی زمان واقعی شرایط سیستم و بالطبع در ادامه نیازمند عملیاتی جهت حفاظت سیستم قدرت می‌باشند [1]، [2]. تحلیل‌هایی که برای حفظ امنیت سیستم لازم است شامل دو عمل است: "عیب‌یابی " و "ترمیم ". یک تحلیل پیشگیرانه از حوادث احتمالی، پیکربندی سیستم و مشخصات حفاظتی می‌تواند منجر به تعریف طرح‌های کافی برای جلوگیری از عملکرد نامناسب سیستم و کمینه‌کردن قطعی‌های گسترده شود. نامتعادلی بار- توان (مترجم: نامتعادلی مصرف و تولید) خطرناک‌ترین شرایط برای عملکرد سیستم قدرت است. هرنامتعادلی بین تولید و بار منجر به انحراف فرکانس از حالت دائم آن می‌شود که در صورتی که با آن مقابله نشود می‌تواند باعث خاموشی شبکه شود. حوادث معمولی که ممکن است امنیت سیستم را تهدید کنند شامل مواردی چون از دست رفتن ژنراتورها و/ یا خطوط به هم متصل بزرگ باشد. در بهره‌برداری‌های یکپارچه عمودی گذشته، ژنراتورها با یک حاشیه امنیت کافی برای تنظیم، پیروی از بار، ذخیره چرخان و غیره کار می‌کردند. در سیستم‌های قدرت تجدیدساختاریافته این تجهیزات بر اساس بازار کار می‌کنند. تا حدودی آشکار است که بار در حفظ تعادل سیستم قدرت می‌تواند یک نقش بسیار مشابه با کنترل توان حقیقی ژنراتور ایفا کند [3]. با اینکه کاراترین روش در شرایط اضطراری قطع فوری بار است، اما در نگاه وسیع‌تر، وقتی حادثۀ‌ رخ داده روی سیستم را می‌توان بدون عملیات سریع رفع کرد، بار نیز می‌تواند کاهش داده شود تا به این ترتیب خدمات تامین توازن انرژی به کار خود ادامه دهند [4]. تمرکز این مقاله بر روی حذف بار اضطراری برای پیشگیری از تنزل فرکانس خواهد بود. تحت شرایطی که می‌توانند باعث اغتشاشات شدید توان- بار شوند، فرکانس سیستم می‌تواند از مقادیر غیرمجاز هم پایین‌تر رفته و در نتیجه قطعی پشت سر هم واحدهای تولیدی (مترجم: ژنراتورها) را به همراه داشته باشد. مرحله عیب‌یابی که معمولا توسط اندازه‌گیری فرکانس صورت می‌گیرد را می‌توان با روش نرخ تغییر فرکانس (ROCOF) بهبود داد. برای طرح‌های حذف بار راهکارها و گزینه‌های مختلفی موجود است. بخش‌های ذیل تعدادی از این طرح‌ها را که مبتنی بر آستانه‌های ولتاژ و یا هر دوی فرکنس و آستانه‌های مشتقی آن هستند، را بررسی خواهد کرد. پیاده‌سازی راهبردهای گوناگون و مقایسه عملکردهای آنها از طریق شبیه‌سازی‌های صورت گرفته روی یک سیستم تست قابلیت اطمینان IEEE [5] گزارش شده و روی آنها بحث می‌شود.