جزیره ای شدن شبکه توزیع برق

جزیره ای شدن شبکه توزیع برق-شرکت تدبیر انرژی انجام پروژه اندازه گیری و تحلیل و بهبود کیفیت توان الکتریکی

جزيره اي شدن

مزیتهای عملکرد جزیرهای

معایب عملکرد جزیرهای

جزيرهاي شدن غير عمدي

شناسایی جزیره

جزیرهای شدن عمدی

نتيجه گيري

بهره برداری جزیره ای

مقدمه ای بر بهره برداری جزیره ای

مدل بار

خلاصه اي از شرايط مورد نياز براي عملكرد جزيره اي

 

جزيره اي شدن[۱] :

طبق تعريف جزيره­اي شدن به شرايطي گفته مي­شود كه يك قسمت از شبكه­ي الكتريكي توسط يك يا چند منبع برقدار شود در حاليكه اين قسمت از بقيه­ي سيستم الكتريكي جدا شده باشد. جزيره اي شدن شبكه برق را مي­توان به دو گروه تقسيم بندي كرد : جزيره­اي شدن ناخواسته و جزيره­اي شدن عمدي.

جزيره­اي شدن ناخواسته مطلوب نيست چرا که ممکن است باعث تغييرات بزرگي در ولتاژ و فرکانس روي بخش جزيره­اي شده­ي شبکه گردد و تأمين برق مشتريان تحت شرايط غير معمول انجام گيرد تا اينکه يا سيستم مختل شود يا تعادل بين توليد و مصرف ايجاد گردد. همچنين جزيره­اي شدن ناخواسته مي­تواند خطراتي را متوجه پرسنل بهره بردار شبکه کند.

از سوي ديگر عملکرد جزيره­اي ممکن است مفيد و حتي مطلوب باشد. براي مثال در حالت خاموشي­هاي سراسري و يا قطعي­هاي طولاني تغذيه فيدرهاي توزيع (در اثر مشکلات مهم روي شبکه انتقال)، عملکرد جزيره­اي فيدرهاي توزيع امکان تأمين برق مشتريان تا زمان بازسازي مجدد سيستم را فراهم مي­سازد.

مزیت­های عملکرد جزیره­ای :

  • بهبود قابلیت اطمینان
  • کاهش نرخ خروج
  • افزایش سود

 معایب عملکرد جزیره­ای :

  • کاهش امنیت پرسنل
  • امکان آسیب دیدن تجهیزات به دلیل کیفیت بد توان
  • عملکرد پیچیده هنگام جزیره­ای شدن شبکه
  • امکان آسیب دیدن منابعی که هنوز در مدارند ( مانند DG ها ) در صورت بهره برداری نامناسب

 

 

۱- جزيره­اي شدن غير عمدي[۲]:

زماني كه يك دستگاه حفاظتي ( مانند:كليد؛ بازبست يا سكسيونر) كه بين واحد توليد پراكنده و شبكه ي اصلي قرار دارد؛ عمل كند؛ امكان شكل گيري جزيره وجود خواهد داشت. مشكل اصلي در اين حالت زماني است كه اختلاف بار الكتريكي قسمت جزيره­اي شده با ميزان انرژي الكتريكي توليد شده در جزيره؛ كم باشد. تحت اين شرايط تغييرات ولتاژ و فركانس قسمت جزيره­اي شده كند بوده و تجهيزات حفاظتي قادر به تشخيص شكل گيري جزيره نخواهند بود.

اگر بار و توليد در جزيره نزديك به هم نباشند (نسبت آنها حداقل ۳ به ۱ باشد) ولتاژ و فركانس به سرعت تغيير كرده و در نتيجه با عملكرد تجهيزات حفاظتي از ايجاد جزيره­ي ناخواسته جلوگيري مي­شود.

به طور كلي هنگام جزيره­اي شدن ناخواسته كه در آن منابع توليد پراكنده از طريق نقطه­ي اتصال مشترك[۳] ناحيه ي جزيره­اي شده را برقدار مي­كنند ؛ سيستم حفاظتي موجود بايد شكل­گيري جزيره را شناسايي كرده و حداكثر طي ۲ ثانيه بعد از به وجود آمدن جزيره ؛ منابع توليد پراكنده را از مدار خارج كند.

شناسایی جزیره[۴] :

سئوالی که در این بحث مطرح است اینست که چرا باید جزیره­ای شدن را شناسایی کنیم ؟

سیستم قدرت یک سیستم پیچیده است و درک و تحلیل آن همواره کار ساده­ای نیست . این سیستم یک سیستم گسترده بین کشورها و حتی قاره­هاست . خطاها و اتفاقات زیادی در این سیستم رخ می­دهند که تعداد زیادی از آنها بدون دخالت انسان رفع می­شوند .

شرکت­های برق در مورد امنیت سیستم­های قدرت مسئولند . چرا که انرژی الکتریکی می­تواند برای انسان­ها خطرناک باشد و همچنین در شرایط خاص ممکن است به تجهیزات متصل به شبکه آسیب برساند . اگر قسمتی از سیستم قدرت به صورت یک جزیره­ی کنترل نشده ( ناخواسته ) عمل کند ، ممکن است برای پرنسل شبکه که مسئول تعمیرات و نگه داری آن قسمت از شبکه اند ، خطرناک بوده و حتی باعث مرگ آنان شود . بنابراین شناسایی قسمت­هایی از شبکه که به صورت جزیره­ای در آمده­اند امری مهم و ضروری است .

اکثر فیدر­های توزیع دارای تجهیزات حفاظتی و ریکلوزرها[۵] هستند و با توجه به اینکه فقط ۱۰ تا ۱۵ درصد خطاهای رخ داده در فیدرهای توزیع، خطاهای دائمی­اند بنابراین این تجهیزات باعث افزایش قابلیت اطمینان شبکه می­گردند . اما اگر یک ریکلوزر قرار گرفته روی فیدر متصل به منبع عمل کند ، این امر می­تواند باعث خروج ولتاژ از محدوده­ی مجاز خود شده و به تجهیزات آسیب برساند .

اشکال دیگر ریکلوزرهای اتوماتیک ایجاد جریان گذرای کلید زنی خازنی است که باعث ایجاد اضافه ولتاژ شدید در شبکه می­گردد . میزان این اضافه ولتاژ به ۳-۲ برابر ولتاژ نامی می­رسد .

جهت جلوگیری از اضافه ولتاژ ناشی از جریان هجومی باید قبل از عملکرد ریکلوزرها منابع تولید پراکنده از شبکه جدا شوند . برای اینکار می­توان زمان عملکرد ریکلوزرها را با توجه به تأخیر تجهیزات شناسایی جزیره تعیین کرد . سیستم شناسایی جزیره باید بتواند شرایط جزیره­ای شدن را از دیگر اتفاقات و خطاهایی که در شبکه رخ می­دهند ، تشخیص دهد . ویژگی­های دستگاههای شناسایی جزیره در سیستم قدرت به صورت خلاصه در زیر آمده است :

  • قابل اطمینان[۶] : یک دستگاه شناسایی جزیره باید تمام رخدادهایی را که منجر به جزیره­ای شدن می­گردد، تشخیص دهد .
  • ایمن[۷] : یک دستگاه شناسایی جزیره نباید در برابر دیگر اتفاقات و پیشامدهای شبکه عمل کند .
  • سریع[۸] : یک دستگاه شناسایی جزیره باید طی زمان معینی عمل کند .

روش­های شناسایی جزیره :

برای آمادگی در برابر جزیره­ای شدن و امکان بهره برداری مناسب از این پدیده­، روش­های بسیاری برای شناسایی جزیره در سیستم قدرت  پیشنهاد شده است .

این روش­ها به طور عمده به دو گروه روش­های محلی و از راه دور تقسیم می­شوند. روش­های از راه دور بر اساس ارتباط مخابراتی بین شرکت برق و منابع توليد انرژي است . اگر چه این روش­ها دارای قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به روش­های محلی است ولی پیاده­سازی آنها گرانقیمت بوده و ممکن است توجیه اقتصادی نداشته باشد. روش­های محلی به اطلاعات بدست آمده از سمت منبع تکیه دارند و خود به روش­های پسیو و اکتیو تقسیم می­شوند.

روش­های پسیو به پارامترهای مشخص سیستم بستگی دارند و تاثیری روی عملکرد منابع ندارند. تعدادی از روش­های پسیو برپایه مونیتور اندازه ولتاژ، نرخ تغییرات فرکانسی، جابجایی زاویه فاز و یا مونیتور امپدانس می باشند. در روش­های اکتیو نحوه طراحی کنترل منبع به منظور شناسایی جزیره بگونه­ای است که فیدبک مثبتی از فرکانس یا ولتاژ ایجاد می شود.

جهت  جلوگيري از جزيره­اي شدن ناخواسته؛ هنگام نصب منابع توليد پراكنده موارد زير بايد رعايت شود:

  • مجموع ظرفيت منابع توليد پراكنده­ي نصب شده در يك شبكه­ي محلي بايد كمتر از حداقل بار آن شبكه­ي محلي باشد.
  • واحدهاي توليد پراكنده بايد تست ضد جزيره­اي را گذرانده باشند.
  • منابع توليد پراكنده­ي نصب شده بايد داراي حفاظت حداقل توان يا توان معكوس باشند تا در صورتي كه شارش توان از شبكه­ي سراسري به سمت شبكه­ي محلي معكوس شد يا از مقدار معيني كمتر شد ؛ واحد توليد پراكنده را از شبكه جدا كنند.
  • واحدهاي توليد پراكنده بايد داراي ساير تجهيزات ضد جزيره­اي مانند؛ شيفت اجباري ولتاژ و فركانس و تريپ انتقال باشند.

جزیره­ای شدن عمدی[۹] :

این نوع عملکرد معمولاً در هنگام خاموشی­های سراسری و جهت تأمین برق مشترکان تا زمان بازسازی مجدد شبکه صورت می­گیرد . در حال حاضر شبكه­هاي توزيع با حضور منابع توليد پراكنده جهت بهره برداري در حالت جزيره­اي طراحي نشده اند. در صورتي كه مشكلات جزيره­اي شدن حل شود ؛ اين طرح مي­تواند يك روش مناسب جهت افزايش قابليت اطمينان شبكه باشد.

يكي از مشكلات جزيره­اي شدن نياز به بررسي مسائلي در شبكه­ي توزيع است كه در حالت عادي فقط در شبكه­ي انتقال رخ مي دهند مانند : تغذيه­ي چند سويه­ي جريان خطا و دستورالعمل­هاي بهره برداري و كنترلي جديد . مشكل ديگر كاهش ميزان جريان خطا در حالت جزيره­اي است.

  • موقعيت بهره برداري جديد:

يك جزيره در حقيقت يك سيستم قدرت است و نيازمند دستورالعمل هاي بهره برداري اي است كه در حالت عادي در شبكه ي انتقال اعمال مي شوند. در يك سيستم جزيره اي تعادل توان اكتيو و راكتيو بايد حفظ شود تا ولتاژ و فركانس در محدوده ي مجاز خود قرار گيرند. همچنين واحد هاي توليد پراكنده ي قسمت جزيره اي شده بايد در كنترل فركانس شركت كنند.

حتي در شرايط اضطراري از حذف بار يا كاهش توليد نيز مي توان جهت دستيابي به تعادل بار و توليد استفاده كرد .

  • تغذيه ي چند سويه ي جريان خطا :

با وجود DG در شبكه ي توزيع ؛ جريان خطا از جهات گوناگون تغذيه مي شود. امروزه مشكل اين تغذيه ي چند سويه با عملكرد سريع تجهيزات حفاظتي و تريپ ژنراتور رفع شده است. در اين حالت تا زماني كه شبكه مجددا بازيابي نشده باشد ؛ تجهيزات حفاظتي اجازه ي وارد مدار شدن مجدد DG را نمي دهد. اين كار اجازه ي عملكرد جزيره اي را نمي دهد . اگر بخواهيم از شبكه به صورت جزيره اي بهره برداري كنيم خطا بايد بدون اينكه DG تريپ داده شود؛ قطع شود.در اين حالت بايد خطا هم از طرف DG و هم از طرف شبكه؛ قطع گردد.

با استفاده از رله هاي جهت دار به راحتي مي توان جريان هاي خطاي سمت شبكه و سمت DG  را از هم تشخيص داد و بدين ترتيب هماهنگي حفاظتي راحت تر خواهد بود. همچنين استفاده از حفاظت ديفرانسيل جريان نيز كاملا مي تواند مشكلات حفاظتي را رفع كند اما اين روش پر هزينه است.

كاهش جريان خطا:

هنگام عملكرد جزيره اي ظرفيت اتصال كوتاه شبكه كم بوده و شبكه ضعيف است. اين بدين معني است كه جريان هاي خطا به ازاي يك خطاي مشخص كاهش مي يابند و در نتيجه تشخيص آنها از جريان هاي بار مشكل خواهد بود. بنابراين اگر تنظيمات رله ي اضافه جريان مشابه حالت كار عادي شبكه باشد؛ به علت كاهش جريان خطا؛ زمان رفع خطا افزايش مي يابد. اين امر به دليل افت ولتاژ در حين خطا ؛ باعث كاهش كيفيت توان مي شود. يا به عبارت ديگر افزايش امپدانس اتصال كوتاه باعث افزايش افت ولتاژ حين خطا شده و و در نتيجه كيفيت توان بدتر خواهد شد.

سيستم هاي حفاظتي امروزه طوري طراحي مي شوند كه خطاهاي با مقاومت ۲۰ kΩ و پائين تر ؛ بايد شناسايي شوند و خطاهاي با مقاومت ۳ kΩ و پائين تر بايد قطع شوند. بنابراين كاهش ظرفيت اتصال كوتاه طي حالت جزيره اي ؛ شناسايي خطاها را مشكل تر مي سازد. به دليل تجربيات كمي كه در زمينه ي بهره برداري جزيره اي وجود دارد ؛ تعيين ميزان تأثير كاهش دامنه ي جريان خطا بر روي تنظيم حفاظت هاي خطاي زمين و اتصال كوتاه؛ مشكل است.

برقدار شدن از چند نقطه :

با حضور منابع توليد پراكنده بازيابي سيستم بعد از يك خطا مي تواند از چند نقطه شروع شود. در اين حالت ما يك شبكه ي بالا دست و يك شبكه ي پائين دست خواهيم داشت. براي بازيابي شبكه مي توانيم از دو روش استفاده كنيم.

در روش اول ابتدا شبكه ي پائين دست به صورت جزيره اي عمل مي كند و سپس قسمت جزيره اي شده با ساير شبكه سنكرون مي شود.

روش ديگر اينست كه در صورت امكان؛ واحد توليد پراكنده توسط سيستم هاي حفاظتي به سرعت از مدار خارج شود؛ در اين صورت بازيابي سيستم مي تواند به صورت سنتي و با عمل كليدهاي شبكه ي بالادست و يا با استفاده از ريكلوزرهاي اتوماتيك صورت پذيرد و بدين صورت واحد توليد پراكنده پس از رفع خطا با شبكه سنكرون شود.

عمل سنكرونيزاسيون نيازمند كنترل دامنه و فاز ولتاژ قبل از بسته شدن كليدهاست. در حال كه كليدهايي وجود دارند كه مجهز به تجهيزات سنكرونيزاسيون هستند (unit breakers) كليدهايي كه امروزه در شبكه مورد استفاده قرار مي گيرند فاقد چنين امكاناتي هستند. به همين دليل استفاده از روش دوم جهت اتصال مجدد به شبكه مي تواند انتخاب بهتري باشد.

هنگام بهره برداري جزيره اي؛ توانايي Black-Start يك فاكتور بسيار مهم و ضروري است. در ژنراتورهاي سنكرون اگر جريان تحريك را بتوان از باطري ها تأمين كرد؛ آن واحد مي تواند براي Black-Start مورد استفاده قرار گيرد.هنگام برقدار كردن شبكه از طريق DG اين احتمال وجود دارد كه شبكه دچار خطاي دائمي شده باشد و همچنين ممكن است شبكه جهت تعميرات زمين شده باشد كه در اين مورد مهم است كه پرسنل بهره بردار شبكه در برابر برقدار شدن ناخواسته ي سيستم ؛ حفاظت كامل شوند.

نتيجه گيري:

طراحي سيستم هاي حفاظتي موجود با اين فرض انجام شده است كه جريان خطا از يك سمت تغذيه مي شود. با وجود منابع توليد پراكنده جريان خطا در سيستم از چند منبع تغذيه مي شود. مي توان با استفاده از حفاظت «از دست رفتن منبع اصلي» جهت خروج منابع توليد پراكنده هنگام خطا ؛ تغييرات حفاظتي مورد نياز را به حداقل رساند. با توجه به اينكه حفاظت هاي موجود در شبكه برمبناي رله هاي اضافه جريان يكطرفه است؛ هنگام اتصال منابع توليد پراكنده ( به خصوص اگر تعداد آنها زياد باشد ) تغييرات حفاظتي زيادي مورد نياز است.

امكان بهره برداري جزيره اي با توجه به تعداد؛ اندازه و نوع منابع توليد پراكنده تعيين مي شود. با بهره برداري جزيره اي مصرف كنندگان به طور مستقيم و با افزايش قابليت اطمينان از مزاياي اين طرح بهره مند مي شوند و مالكان شبكه نيز به طور غير مستقيم وبا كاهش هزينه هايي كه مي بايست جهت غرامت قطعي برق به مصرف كنندگان مي پرداختند؛ از مزاياي اين روش سود خواهند برد.

برای اینکه بهره برداری به صورت جزیره ای امکان پذیر باشد، واحدهای تولید پراکنده باید به تجهیزات کنترل فرکانس و ولتاژ مجهز شوند. حفاظت شبکه نیز باید با توجه به شرایط جدید تغییر کند:

  • افزایش تعداد منابع تولید پراکنده باعث به وجود آمدن شرایطی می شود که جریان خطا از چند جهت تغذیه شود و این امر برای حالتی که شبکه جزیره ای شده به صورت حلقوی مورد بهره برداری قرار گیرد، شدیدتر خواهد بود. این امر هماهنگی فحاظت اضافه جریان را مشکل تر خواهد کرد. برای حل این مشکل می توان از حفاظت دیستانس به جای حفاظت اضافه جریان یکطرفه استفاده کرد. راه حل دیگر که باعث حذف نیاز به هماهنگی های حفاظتی می شود استفاده از حفاظت دیفرانسیل جریان است که البته این روش نیازمند لینک های مخابراتی بوده و پرهزینه است.
  • برای کاهش هزینه ها و تغییرات مورد نیاز در سیستم های حفاظتی می توان از حفاظت «از دست رفتن منبع اصلی» استفاده کرد. اما استفاده از این سیستم اجازه ی بهره برداری جزیره ای را نمی دهد بنابراین اگر بهره برداری جزیره ای مدنظر باشد، تنظیمات تمام تجهیزات حفاظتی باید با توجه به شرایط بهره برداری جزیره ای و شرایط انتقال به حالت جزیره ای، تغییر کند.
  • در صورت بهره برداری جزیره ای، کاهش جریان خطا نیز باید با تنظیمات مجدد رله ها شناسایی شود.
  • جهت جلوگیری از برقدار شدن شبکه ای که دچار خطا شده یا زمین شده است، ولتاژ باید همواره چک شود.

بنابراین راه حل های کلی به کار گرفته شده در سیستم های انتقال، اکثر مشکلات به وجود آمده در شبکه های توزیع با افزایش حضور منابع تولید پراکنده  را می تواند حل کند.

بهره برداری جزیره ای:

مقدمه ای بر بهره برداری جزیره ای:

به صورت سنتی تأمین برق مصرف کنندگان با اتصال به شبکه های بزرگ صورت می گیرد. اما اپراتورهای شبکه می توانند جهت تأمین برق مصرف کنندگان محلی خود تحت شرایط خطا از روش های دیگری استفاده کنند. استفاده از واحدهای تولید محلی  مانند منابع تولید پراکنده که تحت شرایط جزیره ای عمل می کنند، یکی از این روش هاست.

با توجه به نوع و اندازه ی ژنراتورهایی که برق جزیره را تأمین می کنند، جزیره ها را می توان به انوع زیر تقسیم بندی کرد.

  • ناحیه ای :

شامل توربین های گازی، نیروگاههای آبی و ژنراتورهای بادی متصل به شبکه ی محلی و حتی شبکه ی اصلی با سطح ولتاژ ۷۰-۴۰۰ kV

  • صنعتی:

شامل دیزل ژنراتورها و توربین های گازی متصل به واحدهای صنعتی با سطح ولتاژ ۱۰-۷۰ kV

  • برق اضطراری:

معمولاً شامل دیزل ژنراتورهاست که در بیمارستان ها، ساختمان های اداری بزرگ و مراکز خرید نصب می شوند و به عنوان سیستم تأمین برق اضطراری در سطح ولتاژ ۱۰-۲۰ kV مورد استفاده قرار می گیرند.

  • تولید پراکنده :

شامل دیزل ژنراتورها، ژنراتورهای بادی، فتوولتائیک، میکروتوربین هاو دیگر واحدهای تولیدی کوچک که به شبکه ی توزیع (۰٫۴ – ۲۰ kV )متصل می شوند.

مدل بار:

۱-۲-۱- دسته بندی بارها:

بار یک پارامتر نامعیین است که مدام تغییر می کند. بنابراین مطلع بودن از رفتار بار هنگام راه اندازی مجدد قسمت جزیره ای و همچنین اتصال مجدد این قسمت به شبکه، بسیار مهم است.داشتن اطلاعات دقیق از بارها، به خصوص تا زمانی که هنگام بهره برداری جزیره ای امکان تنظیم فرکانس توسط واحد تولید پراکنده دارای محدودیت باشد، اهمیت به سزایی دارد.

به طور کلی بارها را می توان به سه گروه صنعتی، تجاری و خانگی تقسیم بندی کرد. جهت در اختیار داشتن اطلاعات مناسب از بارها، باید رفتار هر گروه از بارها در بازه های زمانی مشخص، تعیین گردد.

۱-۲-۲- راه اندازی با بار سرد:

اتصال مجدد بارها پس از یک خاموشی نسبت به ورود بارها به شبکه در حالت عادی بسیار متفاوت است.(به خصوص در صورتیکه خاموشی طولانی باشد). به این پدیده راه اندازی با بار سرد گفته می شود.

میزان مصرف بیشتر صنایع( اگر نگوییم تمام بارهای صنعتی) هنگام وصل مجدد بعد از یک خاموشی طولانی، بسیار کمتر از میزان مصرف آن قبل از خاموشی است. به عنوان مثال در صنایع کاغذ سازی، شیمیایی و پالایشگاهها، راه اندازی کامل ممکن است چندین ساعت یا حتی چندین روز طول بکشد. صنایع کوچکتر مانند صنایع مهندسی و چوب بری بسیار سریعتر راه اندازی می شوند.

بارهای مسکونی در مقایسه با بارهای صنعتی رفتار متفاوتی را به نمایش می گذارند. در بارهای خانگی میزان مصرف بعد از یک خاموشی از میزان مصرف بعد از آن بیشتر خواهد بود. دلیل اصلی این افزایش اینست که وسائل خانگی مانند یخچال ها، فریزرها، سیستم های تهویه، بویلرهای الکتریکی، رادیاتورهای الکتریکی و … تنظیماتشان پس از قطع برق از بین رفته و هنگام وصل مجدد برق، در حالت روشن قرار می گیرند.

تجهیزات مدرن طوری طراحی شده اند که این افزایش میزان مصرف بعد از خاموشی را کاهش می دهند که این کار باعث کاهش تأثیر پدیده ی راه اندازی با بار سرد می شود.

۱-۲-۳- بارهای وابسته به ولتاژ و فرکانس:

هنگام بازیابی سیستم، ولتاژ و فرکانس ممکن است به طرز قابل توجهی نوسان کنند و این امر ممکن است روی میزان بارهای وابسته فرکانس تأثیر بگذارد. برای بارهای وابسته به ولتاژ کنترل کننده ی حرارت، هنگام کاهش ولتاژ ابتدا توان مصرفی کاهش می یابد(با مربع ولتاژ) اما با کاهش بیشتر ولتاژ توان مصرفی افزایش می یابد به صورتی که کاهش ۱۰ درصدی ولتاژ طی مدت ۱۵-۱۰ دقیقه منجر به افزایش ۴۰-۳۰ درصدی توان مصرفی می گردد و پس از گذشت ۴۰-۳۰ دقیقه این افزایش توان به ۱۰-۵ درصد خواهد رسید.اما با توجه به ترکیب بارها در یک منطقه، می توان گفت با کاهش ولتاژ میزان توان مصرفی کاهش می یابد.

پاسخ فرکانسی بارهای مختلط تقریباً خطی بوده و طی شرایط بارگذاری معمولی، تغییرات آن بسیار کم است(حدود ۰٫۰۱ pu/Hz )به هر حال اکثر بارها وابسته به ولتاژند و در صورت افت ولتاژ کاهش می یابند. بنابراین وابستگی بارها به ولتاژ و فرکانس یک ویژگی مطلوب است که می تواند به کنترل فرکانس طی دوره ی بازیابی سیستم کمک کند.

۱-۲-۴- قطع بارها:

یک سئوال مهم در زمان خاموشی اینست که در این زمان چه اتفاقی برای بارها می افتد. کلیدهای قدرت، مجهز به حفاظت زیر ولتاژاند و اگر ولتاژ برای مدت ۷ ثانیه کمتر از ۵۰ % مقدار نامی اش باشد، کلید عمل می کند.در کلید های ۱۳۰kV و ۷۰ kV این زمان روی ۱۰ ثانیه تنظیم می شود.

درحالیکه این عملکرد در سطوح ولتاژ پائین تر وجود ندارد و این بدین معناست که هنگام خاموشی تمام بارهای متصل به سطح ولتاژ ۴۰ kV وصل باقی خواهند ماند. این مشکل می تواند با کنترل از راه دور کلیدهای ۴۰kV رفع شود. در این صورت اپراتور می تواند قبل از بازیابی ولتاژ سیستم تمام بارها را از مدار خارج کند و بعد از بازیابی آنها را یکی یکی وارد مدار کند.

  • جزیره ای شدن و بازیابی مجدد سیستم پس از آن:

۱-۳-۱- شکل گیری جزیره :

برای بهره برداری جزیره ای دو روش وجود دارد :

روش اول راه اندازی مجدد برخی از منابع پس از یک خاموشی سراسری جهت تأمین توان مورد نیاز قسمتی از سیستم است. روش دوم جزیره ای شدن بدون خاموشی است.

۱-۳-۲- Black-Start:

پس از وقوع یک خاموشی سراسری، برخی منابع می توانند ناحیه ی خود را به صورت جزیره ای برق دار کنند. شرط لازم برای انجام اینکار توانایی حداقل یک یا چند ژنراتور آن ناحیه برای راه اندازی در شرایط بی برقی و همچنین قابلیت کنترل فرکانس ناحیه پس از راه اندازی است.

شبکه ی محلی زیر را با توانایی بهره برداری جزیره ای شدن در نظر بگیرید:

—-

در صورت وقوع خطا در شبکه ی اصلی، کلید A عمل کرده و کلید B نیز عدم وجود منبع اصلی را تشخیص داده و عمل می کند. با فرض وجود کنترل از راه دور برای عملکرد کلیدها، اپراتور شبکه بارهای x,y,z را از مدار خارج می کند. در این حالت اپراتور می تواند با بستن کلید Bو ورود ترتیبی بارها، از شبکه به صورت جزیره ای بهره برداری کند.

نکته ی مهمی که در انجام اینکار باید مد نظر قرار گیرد نحوه ی ورود بارها به مدار است ( بستن کلیدهای x,y,z)اینکار باید در چند مرحله انجام شود و بارگذاری لحظه ای نباید از ۲۰ % ظرفیت ژنراتور فراتر رود. همواره ابتدا بار کوچکتر و در انتها بزرگترین بار وارد مدار می شود .

علاوه بر این حین بارگذاری فرکانس نباید برای توربین های آبی به کمتر از ۴۵Hz و برای توربین های گازی به کمتر از ۴۷٫۵Hz برسد چراکه باعث آسیب دیده مدارهای مغناطیس کنندگی این توربین ها می گردد. برای اینکه یک واحد توانایی  Black-Start  داشته باشد، وجود یک منبع انرژی کمکی مانند باطری یا دیزل ژنراتور، در کنار واحد الزامیست.

در گذشته تمام نیروگاهها طوری طراحی می شدند که قابلیت Black-Start را داشتند اما امروزه طراحی بسیاری از سیستم های راه انداز نیروگاهها با فرض وجود شبکه الکتریکی برق دار می باشد. تمام نیروگاهها و پست ها جهت پشتیبانی سیستم های کنترل،دارای باطری خانه هستند بنابراین علاوه بر توانایی Black-Start ، طول دوره ی قطعی نیز به دلیل محدودیت ظرفیت باطری خانه جهت پشتیبانی سیستم های کنترل، حائز اهمیت است.

۱-۳-۳- رفتن به حالت جزیره ای بدون قطع برق :

برای انجام این کار مهمترین موضوعی که باید مد نظر قرار گیرد اینست که هنگام جدا شدن شبکه ی محلی از شبکه ی اصلی، میزان تولید و مصرف در شبکه ی محلی باید تقریباً برابر باشند. با نزدیک بودن میزان بار و تولید در شبکه ی محلی، احتمال به وجود آمدن جزیره ی ناخواسته وجود خواهد داشت. اگر در این شرایط کلید متصل کننده ی شبکه ی اصلی و شبکه ی محلی عمل کند و تنظیمات حفاظت از دست رفتن منبع اصلی نیز بر مبنای اندازه گیری ولتاژ و فرکانس باشد، به دلیل نزدیکی بار و تولید، ولتاژ و فرکانس تغییر چندانی نکرده و در محدوده ی مجاز خود باقی می مانند و در نتیجه واحد تولید پراکنده در مدار باقی مانده و باعث شکل گیری جزیره ی ناخواسته می گردد.

۱-۳-۴- اتصال مجدد به شبکه:

براي اتصال مجدد قسمت جزيره اي شده دو روش وجود دارد :

روش اول برقدار كردن شبكه ي اصلي پس از خاموشي سراسري و سپس سنكرون كردن آن با قسمت هاي جزيره اي شده .

روش دوم بي برق كردن قسمت هاي جزيره اي شده و راه اندازي كل شبكه به صورت سنتي.

براي اجراي روش اول تجهيزات سنكرونيزاسيون بايد روي كليدهاي مربوطه نصب شوند. كليدهاي نصب شده در سطح انتقال به تجهيزات سنكرون كننده مجهزند اما در شبكه هاي توزيع؛ محل نصب تجهيزات سنكرون كننده با توجه به احتمال بهره برداري جزيره اي تعيين مي گردد.

خلاصه اي از شرايط مورد نياز براي عملكرد جزيره اي:

به طور خلاصه بهره براري جزيره اي موفق نيازمند:

  • امكان كنترل سريع ولتاژ و فركانس كه مي تواند به وسيله ژنراتور سنكرون و يا تجهيزات الكترونيك قدرت فراهم گردد.
  • وجود بارهاي قابل قطع و وصل هنگام Black-Start.
  • وجود يك منبع ذخيره سازي انرژي براي راه اندازي ژنراتورها هنگام Black-Start و پشتيباني سيستم هاي كمكي.
  • تنظيم مجدد سيستم هاي حفاظتي ژنراتور و خطوط منطبق بر شرايط جزيره اي.

مي توان با اعمال دستورالعمل هاي زير مشكلات فني بهره برداري جزيره اي را كاهش داد:

  • نصب تجهيزات كاهش جريان؛ جهت كاهش جريان راه اندازي موتورها.
  • نصب تجهيزات محدود كننده ي تأثير منفي ژديده ي راه اندازي با بار سرد.
  • نصب تجهيزات بهبود كيفيت توان ( بانك هاي خازني؛SVC ها و …).
  • قطع بارهاي كم اهميت ( كنترل مصرف).
  • نصب كليد هايي با كنترل از راه دور.
    • مشكلات اساسي بهره برداري جزيره اي:
  • بارگذاري ژنراتورها هنگام Black-Start:

بارها بايد به صورت پله اي  و از كوچكترين بار وارد مدار شوند. به دليل نوع طراحي شبكه و طبيعت بارها؛ گاهي اوقات تعديل بار امكان پذير نيست. علاوه بر اين به دليل پديده ي راه اندازي با بار سرد؛ هنگام بازيابي سيستم؛ ميزان بار ممكن است بيشتر از حالت قبل از خاموشي باشد.

  • تغذيه ي سيستم اتوماسيون و مخابراتي قبل هنگام عملكرد جزيره اي:

توانايي تجهيزات مخابراتي و اتوماسيون طي دوره ي خاموشي ( بهره برداري جزيره اي) با توجه به ظرفيت باطري ها محدود مي شود كه معمولاَ حدود چند ساعت است.

  • كنترل پارامترهاي اساسي (ولتاژ و فركانس) هنگام بهره برداري جزيره اي :

در يك سيستم كوچك ميزان تأثير تغييرات بار نسبت به حالت عملكرد عادي شبكه بسيار بيشتر بوده و مي تواند باعث تغييرات بيشتر پارامترهاي اساسي شبكه گردد.

  • طراحي و تنظيم سيستم هاي حفاظتي:

در يك سيستم جزيره اي براي رله هاي حفاظتي شرايط متفاوتي نسبت به شرايط عادي وجود دارد؛ در سيستم هاي توزيع سنتي از رله هاي اضافه جريان براي حفاظت اتصال كوتاه استفاده مي شد كه براي سيستم هاي شعاعي به خوبي عمل مي كرد. اما در سيستم هايي با حضور منابع توليد پراكنده به دليل تغذيه ي چند سويه ي جريان؛ رله هاي اضافه جريان نمي توانند حفاظت كافي را براي شبكه فراهم آورند. علاوه بر اين اگر چنين شبكه هايي به صورت جزيره اي مورد بهره برداري قرار گيرند؛ شرايط بسيار پيچيده تر خواهد بود. بنابراين در يك سيستم جزيره اي تنظيمات رله هاي حفاظتي بايد مورد تجديد نظر قرار گيرد يا سيستم هاي حفاظتي جديدي ( مانند رله هاي امپدانسي يا ديفرانسيلي) جايگزين سيستم هاي قديمي گردد.

  • طراحي شبكه با در نظر گرفتن امكان بهره برداري جزيره اي:

به چند دليل بروز خطا در شبكه ي جزيره اي ممكن است تبعات جدي تري نسبت به يك شبكه ي به هم پيوسته داشته باشد. به دليل كاهش سطح اتصال كوتاه در قسمت جزيره اي آشكار سازي خطا و در نتيجه جدا سازي آن با تأخير بيشتري صورت مي پذيرد همچنين اگر شبكه ي جزيره اي شده شعاعي يا حلقوي ضعيف باشد جدا سازي قسمتي كه دچار خطا شده ممكن است باعث فروژاشي شبكه يا به وجود آمدن مشكلات پايداري شديدي گردد.

هنگام طراحي شبكه هاي الكتريكي ‏؛ معيارهاي طراحي معيني اعمال مي شود اما در شبكه اي كه قرار است در صورت  بروز خاموشي سراسري به صورت جزيره اي مورد بهره برداري قرار گيرد اين معيار ها  بايد متناسب  با شرايط جزيره اي شدن تغيير كند. اينكه شبكه ي جزيره اي چقدر از شبكه ي به هم پيوسته ضعيف تر است و سيستم زمين آن نيز بايد چگونه باشد هم موضوعاتي است كه بايد مورد بررسي قرار گيرد.

  • ذخيره سازي توان برا كنترل فركانس:

در شبكه هاي بزرگ به هم پيوسته معيار معيني براي تعيين ظرفيت رزرو كه بايد جهت كنترل فركانس در دسترس باشد؛ وجود دارد. اما معيار مناسب جهت تعيين ميزان رزرو يك شبكه ي جزيره اي بايد تعيين گردد. تحقيقات متفاوتي در اين زمينه وجود دارد كه معيارهايي بين ۵۰-۱۰ درصد ظرفيت توليد در قسمت جزيره اي را به عنوان رزرو مورد نياز جهت كنترل فركانس مطرح مي كنند.

 

[۱] Islanding

[۲] Unintentional Islanding

[۳] Point of Common Coupling

[۴] Islanding Detection

[۵] Recloser

[۶] Dependable

[۷] Secure

[۸] Fast

[۹] Intentional Islanding

 

همچنین ببینید:

کیفیت توان تعاریف، شاخص ها، استانداردها و ضرورت ها

اهمیت کیفیت توان الکتریکی (کیفیت برق) در چیست؟

کیفیت توان (کیفیت برق) به زبان ساده

اندازه گیری و بررسی پارامترهای کیفیت توان خروجی ترانسهای شرکت ریسندگی رضوان تاب و ارائه راهکار عملی در جهت حذف هارمونیک جریان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *