نویسندگان: هوریا اسمایل، یاسین بنصافیا، گروه مهندسی برق، دانشکده علوم و علوم کاربردی، دانشگاه بویرا، الجزایر

چکیده: با توجه به وضعیت سیستم قدرت از نظر ذخایر عملیاتی و در دسترس بودن تجهیزات، شدت اختلال ممکن است منجر به تشکیل جزایر در برخی از قسمت‌های سیستم قدرت یا از دست رفتن همزمانی و ورود به خاموشی کامل شود. هدف این مقاله طراحی یک طرح کاهش بار تحت فرکانس خودکار است که بتواند سیستم برق را در برابر اختلالات عمده شامل رویدادهای اضطراری متعدد حفاظت کند. طرح کاهش بار پیشنهادی بر روی یک مدل واقعی از شبکه آزمایش شده است. شبیه‌سازی‌ها بر روی یک مدل دینامیکی از سیستم قدرت با استفاده از بسته نرم‌افزاری SICRE انجام شده است.

کلیدواژه‌ها: کاهش بار، دفاع، فرکانس، حفاظت

مقدمه

از مدت‌ها پیش، محققان به دنبال روش‌هایی برای ارتقاء قابلیت اطمینان سیستم‌های برق بوده‌اند. رویکردهایی مانند روش بازیابی چندعاملی برای سیستم‌های پیچیده دریایی، یک تنظیم‌کننده قدرت چندمنظوره و فناوری V2G (وسیله نقلیه به شبکه) برای متعادل‌سازی سیستم برق، ارزیابی ترافیک شبکه و اندازه‌گیری‌های همزمان زمان‌دار، همه در این دسته قرار می‌گیرند. در یک پژوهش دیگر، الگوریتمی مبتنی بر فاصله برای تعیین ویژگی‌های عملکردی حفاظت پیشنهاد شده است که نشان داده می‌شود می‌تواند تنظیمات حفاظتی مؤثرتری را شناسایی کند و در نتیجه عملکرد صحیح سیستم برق را تضمین نماید.

وقتی سیستم به دلیل یک اختلال بزرگ به جزایر تقسیم می‌شود، تنها راه ممکن برای حفاظت، کاهش بار است. اختلالات منجر به تشکیل جزیره معمولاً ناشی از خاموشی یک واحد تولیدی هستند. از دست دادن یک واحد تولیدی در چنین جزیره‌ای می‌تواند درصد بالایی از تولید جزیره را نمایندگی کند و باعث کاهش سریع فرکانس شود. در چنین شرایطی تنظیم اولیه کافی نیست و بنابراین باید از کاهش بار استفاده کرد.

برای جلوگیری از کاهش ناخواسته فرکانس، باید وضعیت فرکانس پایین را شناسایی کنیم و به نحو مناسبی عمل کنیم. زمانی که فرکانس به حد تعیین شده‌ای کاهش می‌یابد، کاهش بار باید فعال شود. این کار در چند مرحله با تأخیر مناسب و با مقدار مناسب بار کاهش یافته انجام می‌شود. هدف اصلی از کاهش بار، بازگرداندن فرکانس به حد مجاز است.

در بخش اول مقاله، روش‌شناسی طراحی تنظیمات طرح کاهش بار توصیف می‌شود، به‌ویژه تعداد مراحل کاهش بار، اندازه بار کاهش یافته در هر مرحله و آستانه فرکانس.

در بخش دوم مقاله، داده‌های شبکه‌ای که برای آزمایش عملکرد طرح کاهش بار تحت فرکانس توسعه یافته در نظر گرفته شده است، توصیف می‌شود.

بخش آخر مقاله به شبیه‌سازی پاسخ فرکانسی پس از خاموشی یک نیروگاه بزرگ اختصاص دارد. شبیه‌سازی‌ها برای سناریوهای مختلف بر روی یک مدل دینامیکی از سیستم قدرت در حالت کارکرد جزیره‌ای با استفاده از بسته نرم‌افزاری SICRE انجام شده است.

روش‌شناسی

در فرآیند تعیین بهینه‌ترین طرح کاهش بار تحت فرکانس، ما به معیارهای زیر توجه می‌کنیم:

• Fmax: مقدار اولین آستانه فرکانس معمولاً بر اساس تجربه شبکه انتخاب می‌شود.
• Fmin: مرحله حداقل قبل از تشکیل جزیره باید به اندازه کافی بالا باشد تا از رسیدن فرکانس به حد فعال‌سازی جزیره در زمان تأخیر رله‌ها جلوگیری کند.
• ΔPmax: مقدار باری که در هر مرحله باید کاهش یابد باید به از دست دادن یک نیروگاه متوسط یا بزرگ پاسخ دهد.
• تعداد مراحل.

در اینجا، Deficitmax حداکثر باری است که موجب نقایص قابل واکنش و ولتاژ بالای سطح HV نمی‌شود. Deficitmax = 50% از بار کل.

آستانه فرکانس برای هر مرحله با استفاده از معیار یکنواختی محاسبه می‌شود. برای جلوگیری از مداخله غیرمنتظره کاهش بار در زمان نوسانات فرکانس پایدار الکترومکانیکی، رله‌ها با تأخیر زمانی 0.1 ثانیه تنظیم شده‌اند.

فرضیات در نظر گرفته شده

مدل سیستم قدرت شامل تمام سطوح ولتاژ بالا (60، 90، 150، 220 و 400 کیلوولت) است. ما یک عملکرد جزیره‌ای برای سیستم قدرت فرض کرده‌ایم، زیرا نیازی به حفاظت کاهش بار تحت فرکانس در یک سیستم متصل وجود ندارد.

بارها در سیستم قدرت به‌صورت اتصال مستقیم به سطح 60 کیلوولت، یا به سطوح 220 کیلوولت، 90 کیلوولت و 30 کیلوولت در برخی موارد مدل‌سازی شده‌اند. بارگذاری سیستم مربوط به یک روز فصل زمستان با تقاضای حداکثر است.

مدل سیستم شامل نیروگاه‌های بزرگ (1200 مگاوات) و متوسط (800 مگاوات) است که به‌ترتیب 16% و 10% از تولید کل را نمایندگی می‌کنند. داده‌ها در جدول ۱ ارائه شده است:

ضرایب مدل بار استفاده شده در مطالعه در جدول ۲ ارائه شده است:

رویکرد جدید برای طرح کاهش بار

کلمه کلیدی اصلی: طرح کاهش بار تحت فرکانس

این بخش، دومین قسمت از دو بخش مقاله اصلی است.

محتوای اصلی (بخش 2 از 2):

وابستگی بار به ولتاژ و فرکانس به شکل زیر بیان می‌شود [10]:

تنظیمات شیب‌دار GOVERNOR توربین مورد استفاده، به شرح زیر است: ۵ درصد برای نیروگاه‌های گازی و بخاری.

شبیه‌سازی‌های پویا

با توجه به معیارهای اشاره شده، تنظیمات طرح پیشنهادی کاهش بار به شرح زیر ارائه می‌شود:

جدول ۳. تنظیمات کاهش بار

به منظور ارزیابی طرح پیشنهادی کاهش بار تحت فرکانس، چند سناریوی شبیه‌سازی‌شده معتبر و شدید طراحی کردیم.

• سناریوهای معتبر، با هدف ارزیابی عملکرد کاهش بار در زمان بروز محتمل‌ترین رویدادها طراحی شده‌اند. سناریوی معتبر انتخاب شده (سناریو ۱) شامل از دست دادن ۲۶ درصد از کل تولید (۲۰۰۰ مگاوات) است.
• سناریوهای شدید، به منظور سنجش عملکرد کاهش بار در زمان وقوع رویدادهایی که منجر به فعال‌سازی کامل طرح کاهش بار (فعال شدن همه مراحل کاهش بار) می‌شوند، طراحی شده‌اند. سناریوی شدید انتخاب‌شده (سناریو ۲) شامل از دست دادن ۵۰ درصد از کل تولید (۳۸۴۰ مگاوات) است.

نتایج هر سناریو به ترتیب در نمودار ۲ و نمودار ۳ نمایش داده شده‌اند.

در سناریوی اول (نمودار ۲)، فرکانس به حدود ۴۹ هرتز می‌رسد. این وضعیت منجر به کاهش ۲۰ درصدی (۱۴۷۷ مگاوات/۷۲۹ مگاوار) از کل بار می‌شود که فرکانس را به بالای ۴۹.۷ هرتز بازمی‌گرداند.

نمودار ۲. پاسخ سیستم در سناریوی ۱ «از دست دادن ۲۰۰۰ مگاوات»

همان‌طور که در نمودار ۳ (سناریوی دوم) مشاهده می‌شود، در این جا نیز تمام مراحل کاهش بار فعال می‌شوند و ۵۰ درصد (۳۶۹۲ مگاوات/۱۸۲۳ مگاوار) از کل بار کاهش می‌یابد. در این حالت، فرکانس به حدود ۴۸ هرتز می‌رسد، اما تأخیر زمانی ریلی به اندازه کافی کوتاه است که از افت فرکانس زیر حد مجاز ۴۷.۵ هرتز جلوگیری کند.

نمودار ۳. پاسخ سیستم در سناریوی ۲ «از دست دادن ۳۸۴۰ مگاوات»

در این سناریو، فرکانس بالاتر از حد مجاز باقی می‌ماند و به محدوده قابل قبول بازمی‌گردد؛ بنابراین، این طرح یک موفقیت محسوب می‌شود. همچنین یک تصویر شماتیک از میزان بار مورد نیاز برای کاهش در مراحل مختلف در نمودار ۴ نمایش داده شده است.

نمودار ۴. طرح مناسب برای کاهش بار تحت فرکانس

نتیجه‌گیری

هدف این مقاله، طراحی یک طرح خودکار کاهش بار تحت فرکانس است که بتواند سیستم برق را در برابر اختلالات عمده و رویدادهای چندگانه فوق‌العاده محافظت کند.

شبیه‌سازی‌های پویای سیستم برق، به منظور ارزیابی طرح پیشنهادی کاهش بار، نشان دادند که این طرح توانسته از افت فرکانس غیرقابل تحمل در زمان بروز رویدادهای استثنایی که باعث کاهش تولید قابل توجه در جزیره می‌شود، جلوگیری کند.

منابع

1. سمیل، H.، آلکاما، R.، مدجوب، A.، طراحی بهینه اتصال الکتریکی یک مزرعه بادی، Energy، ۱۶۵ (۲۰۱۸)، ۹۷۲-۹۸۳
2. هنگ‌شوان، L.، هاشوم، S.، جینیو، W.، وی، Y.، کویان، W.، روش مبتنی بر MultiAgent برای بازیابی خدمات در سیستم برق کشتی‌ها، Przegląd Elektrotechniczny، ۸۸ (۲۰۱۲)، شماره ۶، ۳۵۴-۳۵۹
3. چن، Z.، زو، X.، دوران، S.، وی، H.، تحقیقات در مورد سیستم کنترل اثبات‌کننده در یک شرط‌کننده‌ی انعطاف‌پذیر چندمنظوره‌ی قدرت، Przegląd Elektrotechniczny، ۸۷ (۲۰۱۱)، شماره ۴، ۱۷۲-۱۷۵
4. یوزوایک، D.، دِرِچنی، M.، تحلیل امکان‌سنجی استفاده از فناوری V2G برای تعادل سیستم برق، Przegląd Elektrotechniczny، ۹۵ (۲۰۱۹)، شماره ۱۰، ۶۰-۶۳
5. سمیل، H.، آلکاما، R.، مدجوب، A.، تأثیر اتصال نیروگاه‌های بزرگ‌مقیاس بر تراکم سیستم انتقال برق الجزایر، Energy، ۱۵۹ (۲۰۱۸)، ۱۱۵-۱۲۰
6. ژِوشچیک، M.، همگام‌سازی زمانی برای اندازه‌گیری‌های همگام در سیستم‌های برق با اشاره به استاندارد IEEE C37.118TM: آزمایش‌های انتخاب‌شده و توصیه‌ها، Przegląd Elektrotechniczny، ۹۱ (۲۰۱۵)، شماره ۴، ۱۴۴-۱۴۸
7. آندریف، M.، سووروُف، A.، اوفا، R.، راژینوین، I.، تعیین تنظیمات محافظت ریلی با استفاده از مدل‌های ریاضی آن، Przegląd Elektrotechniczny، ۹۷ (۲۰۲۱)، شماره ۶، ۱۴۰-۱۴۳
8. سیگناتا، M.، سالوتی، M.، طراحی طرح‌های دفاعی – روش‌شناسی طراحی. CESI، ۲۰۰۹
9. ویتال، V.، جزیره‌سازی کنترل‌شده به همراه کاهش بار بر اساس نرخ کاهش فرکانس. سمینار اینترنتی PSERC، ۱ اکتبر ۲۰۰۲
10. پروژه‌ی مدرینگ. مدل بار در سی‌آی‌اس‌آر و پارامترهای مهم. CESI، ۲۰۰۹

نویسندگان: دکتر حوری سمیل، دانشگاه بویرا ۱۰۰۰۰، الجزایر، ایمیل: h.smail@univ-bouira.dz؛ دکتر یاسین بن‌سافی، دانشگاه بویرا ۱۰۰۰۰، الجزایر، ایمیل: y.bensafia@univ-bouira.dz یا bensafiay@yahoo.fr (نویسنده‌ی مسئول)

شناسه‌ی آیتم منبع و ناشر: PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY، ISSN ۰۰۳۳-۲۰۹۷، R. ۱۰۰ NR ۶/۲۰۲۴. doi:10.15199/48.2024.06.45

منتشرشده توسط PQBlog

مهندس برق

مشاهده‌ی پست‌های بیشتر

پرسش‌های متداول

کاهش بار تحت فرکانس چیست؟

کاهش بار تحت فرکانس یک فرایند خودکار است که به منظور حفظ ثبات سیستم قدرت در شرایط بحرانی اجرا می‌شود.

چگونه می‌توان از کاهش بار جلوگیری کرد؟

با استفاده از تنظیمات حفاظتی و پیش‌بینی نوسانات بار، می‌توان از کاهش ناخواسته بار جلوگیری کرد.

مهم‌ترین عوامل مؤثر بر طراحی طرح کاهش بار کدامند؟

عوامل مؤثر شامل آستانه‌های فرکانس، تعداد مراحل کاهش بار و میزان بار کاهش یافته است.

منبع: powerquality.blog