خروج خطوط برق با توجه به جلوگیری از شکست عایقی در سیستم قدرت

در این مقاله  ranking خطوط طبق الگوریتمی بیان می شود. در اﺛر خروج خط Li ، خطوط برق دیگر ممکن است، اضافه بار شدید پیدا ﻛرده و از سـیستم خارج شوند. در اﺛر خروج ﭼندین خط متوالی، ممکن است سیستم به ﭼندین زیرسیستم تجزیه شود. اگر همگی باس‌ها در زیرسـیسـتم تولیدی یا مصـرفی قرار داشته باشد، زیرسـیستم ﻏیرفعاﻝ خواهد بود ﻛه این مسئله موجب خروج تعدادی از باس‌های مصرفی یا تولیدی می‌شود. از طرفی در زیرسـیسـتم‌های فعاﻝ باقی مانده، ولتاﮊ باسـها ممکن است مطلوﺏ نباشند. بنابراین برای خروج هر یک از خطوط شاخص عملکردی ولتاﮊ ( PI ) نیز تعریف میشـود. ranking خطوط با توجه به تعداد باس‌های ﻏیرفعاﻝ و شاخص عملکردی ولتاﮊ ( PI ) انجاﻡ میگیرد. الگوریتمی برای شـناسـایی زیرسیستمها و تعداد باس‌های ﻏیرفعاﻝ تعریف میگردد. برای محاسبه PI هر یک از خطوط به ولتاﮊ زیرسیستم‌های جدا از هم نیاز داریم.

جهت شرکت در آموزش دوره برق نوین پارسیان کلیک نمایید

با تغییر ماتریس B روﺵ پخش بار Fast decoupled میتوان با یک پخش بار ، ولتاﮊ تماﻡ زیرسـیسـتم‌های جدا از هم را یافت.در این روﺵ برای هر یک از زیرسـیسـتمها یک باﺱ اسـلک تعریف شـده و توان ﮊنراتورها مطابق توان درخواسـتی زیرسیستم‌ها تغییر میﻛند. با شـبیه سـازی ‌های انجاﻡ شـده صـحت الگوریتم و ranking خطوط به درسـتی بیان میشـود. در پایان نیز پیشنهادات و اقداماتی برای ارتقاء الگوریتم معرفی می‌شود.

اصلاﺡ پخش بار Fast Decoupled برای استفاده در تحلیل سیستم‌های متشکل از زیرسیستمها

 

درﺣل مسئله ی پخش بار به روﺵ Fast Decoupled یکی از باﺱ‌های شبکه وظیفه تامین توان اﻛتیو و راﻛتیو تلفاتی شبکه را بر عهده دارد. به همین خاطر معموﻻ باﺱ اوﻝ شبکه به عنوان اسلک در نظر گرفته شده و برای ﺛابت ماندن اندازه و زاویه ولتاﮊ این باﺱ ، سطر و ستون اوﻝ ماتریس B ﺣﺬﻑ میشود (ماتریس B’ ساخته می شود). این ماتریس در طی تمامی تکرارها ﺛابت میماند. به جای ﺣﺬﻑ سطر و ستون اوﻝ ماتریس B میتوان به جای B11 عدد بسیار بزرگی قرار داد. مثلا اگر B11= 10 قرار دهیم، تغییرات زاویه و اندازهی ولتاﮊ بسیار ناﭼیز خواهد بود و معادﻻت پخش بار به صورت معادله (۱) تغییر خواهند ﻛرد:

بعد از خارج شدن اضطراری خط و خطوط دارای اضافه بار، جزیره‌هایی (زیرسیستم) ممکن است ایجاد شوند. میتوان از ماتریس B (قبل از خروج خط) برای تحلیل پخش بار شبکه‌ی متشکل از زیرسیستم‌های مختلف بهره جست. این اقداﻡ، محاسبات پخش بار را بسیار ساده نموده و سرعت انجاﻡ پخش بار را بسیار افزایش میدهد. برای انجاﻡ این ﻛار، اقدامات زیر ضروری است.

اقدامات ضروری جهت ساده سازی محاسبات پخش بار

۱- اگر تمامی باﺱ‌های داخل جزیره‌ی i اﻡ مصرفی و یا تولیدی باشند، ﺁن جزیره با تمامی باﺱ‌هایش ﻏیرفعاﻝ خواهد بود.

۲- برای جزیره‌ی فعاﻝ j اﻡ، وجود یکی از باس‌های تولیدی اﺵ به عنوان اسلک ضروری است. به همین خاطر معموﻻ بزرگترین ﮊنراتور موجود در جزیره را به عنوان اسلک در نظر میگیرند.

۳- اگر باﺱ تولیدی m در جزیره ی j ، اسلک قرار داده شود، بایستی Bmm برابر ۱۰۶ قرار داده شود. با این ﻛار زاویه و اندازه ی ولتاﮊ باﺱ m بدون تغییر میماند.

۴- با خروج خط ij (متصل به باس‌های i و ( j ماتریس B طبق معادﻻت زیر تغییر میﻛند:

B(i,j)new=0

B(j,i)new=0

B(i,i)new= B(i,i)old − B(i,j)old

B(j,j)new= B(j,j)old − B(i,j)old

۵- ﻛه در معادﻻت باﻻ Bnew و Bold به ترتیﺐ ماتریس ﻛل سیستم قبل و بعد از خروج خطوط میباشند.

۶- اگر باﺱ K اﻡ در جزیر‌های ﻏیرفعاﻝ قرار داشته باشد، Bkk را عدد بسیار بزرگی انتخاﺏ نموده و با انتخاﺏ ولتاﮊ اولیه صفر، مقدار ولتاﮊ این باﺱ بعد از پخش بار صفر بدست خواهد ﺁمد.

۷- با تجزیه سیستم به جزیره‌های مختلف، تعادﻝ بین تولید و مصرﻑ با تغییر مقدار تولید ﮊنراتور‌های زیرسیستم ﺣفﻆ میشود. این تغییر تولید به ﺛابت اینرسی ماشین بستگی داشته و میتوان تولید ﮊنراتور هر جزیره را طبق معادله ی (۳) بیان نمود. ﻛه در ﺁن:

Ni :ﻛل ﮊنراتور‌های جزیره ی i اﻡ

Hj :ﺛابت اینرسی j امین ﮊنراتور موجود در i امین جزیره

PGj : تولید ﮊنراتور j اﻡ قبل از وقوﻉ خطا

Pgij : ﻛل توان تولیدی ﮊنراتور j اﻡ موجود در جزیره ی i اﻡ

PGTi :ﻛل تولید ﮊنراتور‌های موجود در جزیره ی i اﻡ قبل از وقوﻉ خطا

Pgti: ﻛل توان تولیدی مورد نیاز جزیره i اﻡ است ﻛه برابر Pgti=Pdti+PLi خواهد بود ﻛه در ﺁن:

PLi=PL Pdti/PDT

PL: ﻛل تلفات سیستم قبل از وقوﻉ خطا

PLi: تلفات مورد انتظار سیستم برای جزیره i اﻡ

PDT: ﻛل تقاضای سیستم قبل از وقوﻉ خطا

Pdti: ﻛل تقاضای توان جزیره i اﻡ میباشند.

با توجه به این ۶ مرﺣله، میتوان به راﺣتی سیستم تشکیل شده از زیرسیستم ها را تحلیل نمود. اگر سیستمی با ۶ باﺱ مطابق شکل زیر وجود داشته باشد، در اﺛر خروج خط ،۱ خط ۵ نیز اضافه بار پیدا ﻛرده و از مدار خارج میشود. سیستم ﻛلی به دو جزیره مطابق شکل (۱) تقسیم میشود. جزیره ی ۱ شامل باس‌های ۱،۲،۳ و جزیره ی ۲ شامل باس‌های ۵ ،۴ و ۶ خواهند بود. ﭼون در هر جزیره دو باﺱ تولید و مصرﻑ وجود دارد، جزیره‌ها اﻛتیو هستند. Bnew را بعد از تشکیل جزیره ها بدست می ﺁوریم.

باﺱ ۱ و ۴ به ترتیب اسلک ‌های جزیره ‌های ۱ و ۲ خواهند بود و ﭼون خطوط L1 و L5 خارج شده اند میتوان نوشت:

 

 

 

 

 

 

معیارهای ranking خطوط

طبق ﺁنچه ﺫﻛر شد بعد از خارج شدن هر یک از خطوط زیرسیستم‌هایی ممکن است تشکیل شوند. بایستی تمامی خطوط بر ﺣسﺐ اهمیت ﺣﻀورشان در یک سیستم قدرت رتبه بندی ( ranking ) شوند. این موضوﻉ در طراﺣی یا افزایش قابلیت اطمینان سیستم میتواند بسیار ﺣیاتی باشد. از طرﻑ دیگر با این روﺵ میتوان سناریو‌هایی تعریف ﻛرد تا اپراتور بتواند در ﺣین وقوﻉ یک پیشامد در سیستم به درستی تصمیم بگیرد. در این پروﮊه رتبهبندی اهمیت خروج خطوط را بر ترتیب زیر انجاﻡ میدهیم.

جهت شرکت در آموزش دوره مدیریت پروژه در نوین پارسیان کلیک نمایید

1. بدترین وضعیت زمانی رﺥ میدهد ﻛه با خارج شدن خط از شبکه ﻛل سیستم ناپایدار شود. در این ﺣالت برای بهره برداری صحیﺢ از سیستم بایستی خط موازی اﺣداﺙ گردد.
2. در این ﺣالت بعد از خارج شدن خط شبکه پایدار میماند ولی ممکن است در اﺛر خروج خطوط دارای اضافه بار، شبکه به زیر شبکه‌های ناپایداری تجزیه گردد. در این وضعیت سناریو‌هایی برای اپراتور تعریف میگردد تا با ﺣﺬﻑ صحیﺢ بار، ﻛل شبکه را از فروپاشی نجات دهد.
3. بعد از خارج شدن خط و خطوط دارای اضافه بار، شبکه به زیر شبکه‌های پایدار تجزیه میگردد. اما تعدادی از زیرشبکهها ﻏیرفعاﻝ میگردند. رتبه بندی خطوط را بر ﺣسﺐ تعداد باس‌های ﻏیرفعاﻝ انجاﻡ میدهیم .هرﭼه تعداد باس‌های ﻏیرفعاﻝ بیشتر باشد، خروج خط خطرناﻙ تر است.
4. بعد از خارج شدن خط و خطوط دارای اضافه بار،شبکه به زیر شبکه‌های فعاﻝ تجزیه میگردد. در این ﺣالت رتبه بندی خطوط را بر ﺣسﺐ شاخص عملکردی ولتاﮊ ( PI ) انجاﻡ میدهیم. این شاخص به صورت معادله زیر تعریف میگردد:

PI=Σ Li=1αi(Vi−Vspe)

در این معادله αi ضريب حساسيت باس α iام بوده كه در اين پروژه اين ضريب را براي تمامي باسها برابر 1 فرض كرده ایم. Vi ولتاژ باسها بعداز خروج خط و Vspe ولتاژ ﺛابتی بوده ﻛه معموﻻ یک پریونیت انتخاﺏ میشود. هر ﭼه این شاخص بزرگتر باشد ، خروج خط دارای اهمیت بیشتری خواهد بود. فلوﭼارت مراﺣل ranking خطوط به صورت شکل زیر خواهد بود.

طبق فلوﭼارت شکل بالا مراﺣل شبیه سازی Ranking خطوط به صورت زیر است:

• مرﺣله اوﻝ: تماﻡ اطلاعات سیستم دریافت شده و پخش بار به روﺵ FDLF قبل و بعد از خروج خط انجاﻡ شده و توان‌های عبوری از تمامی خطوط محاسبه میشوند.
• مرﺣله دوﻡ:خط L 1 از سیستم خارج میشود و بعد از محاسبه Y busnew و پخش بار مجدد خطوط دارای اضافه بار مشخص میشوند. با خروج این خطوط زیر سیستم‌های تشکیل شده شناسایی میشوند. توان تولیدی ﮊنراتورها و ماتریس B طبق معادﻻت (۲) تغییر میﻛنند. با انجاﻡ یک پخش بار تماﻡ ولتاﮊها و اطلاعات زیرسیستم‌های تشکیل شده بدست می ﺁیند. PI باﺱ اوﻝ طبق معادله (۴) محاسبه می شود.
• مرﺣله سوﻡ: مراﺣل ۱ و ۲ را برای تمامی خطوط موجود موجود در سیستم تکرار میﻛنیم.
• مرﺣله ﭼهارﻡ: بر اساﺱ ترتیﺐ معیار‌های بیان شده در قسمت قبل، خطوط رتبه بندی میشوند.

الوگريتم شناسايي زیرسیستم‌ها(جزيره ها)

زیر سیستم ﺣاوی باﺱ ۱ را با شماره ۱ نشان داده و تماﻡ خطوط متصل به باﺱ ۱ را به ترتیب شماره در نظر میگیریم. باﺱ متصل به انتهای هر یک از این خطوط را جزیی از زیرسیستم ۱ دانسته و به ترتیب شناسایی در درایه‌های ماتریس recongbus قرار میدهیم. این ماتریس نوبت بندی بررسی باسها را نشان میدهد و اولین درایه ی ﺁن، باﺱ ۱ خواهد بود. بعد از بررسی تماﻡ خطوط متصل به باﺱ ،۱ دومین درایه ماتریس recongbus را در نظر گرفته، تماﻡ خطوط ﻏیر تکراری متصل به این باﺱ را بررسی میﻛنیم. باس‌های انتهایی متصل به این خطوط را یافته و در صورت عدﻡ وجود در ماتریس recongbus ﺁن را به ﺁخرین درایهی ماتریس فوق اضافه ﻛرده و ﺁنها را جزیی از زیر سیستم ۱ قرار میدهیم. به طور مشابه بعد از بررسی تماﻡ خطوط متصل به این باﺱ درایه ‌های بعدی recongbus بررسی میشوند. بعد از بررسی تماﻡ درایه‌های ماتریس recongbus ، ﻛلیه باسها به ترتیب شماره ﺣﻀورشان در این ماتریس بررسی میشوند. اولین باسی ﻛه به ماتریس recongbus تعلق نداشته باشد جزیی از زیرسیستم ۲ قرار داده شده و به انتهای recongbus اضافه میشود.

جهت شرکت در دوره آموزش تابلوهای MV/LV در نوین پارسیان کلیک نمایید

بعد از بررسی تماﻡ درایه‌های ماتریس recongbus و در صورت باقی ماندن باﺱ جدید، زیر سیستم ۳ شروﻉ میشود. این مراﺣل تا زمانی ﻛه تماﻡ باسها در نظر گرفته شوند تکرار خواهند شد. برای مثاﻝ شکل ( a- ۱) را در نظر میگیریم. خطوط L 1 و L 3 به باﺱ اوﻝ متصل اند. انتهای این خطوط به ترتیب به باس‌های ۳ و ۲ متصل میشوند. بنابراین باس‌های ۱،۳ و ۲ به زیر سیستم ۱ تعلق داشته و درایه‌های ستونی ماتریس recongbus به ترتیب ۱ و ۳ و ۲ خواهند بود. بعد از بررسی تماﻡ خطوط متصل به باﺱ اوﻝ، دومین درایه ماتریس recongbus (باﺱ (۳ را در نظر میگیریم. تنها خطی ﻛه به باﺱ ۳ متصل بوده و در نظر گرفته نشده است، خط L 4 میباشد. انتهای خط L 4 به باﺱ ۲ متصل است. ﭼون باﺱ ۲ در recongbus ﺣﻀور دارد، از نوشتن مجدد ﺁن خودداری میشود. سومین عنصر ماتریس recongbus باﺱ ۳ میباشد. هیچ خط جدیدی به این باﺱ متصل نمیباشد. ﭼون تماﻡ درایه‌های ماتریس recongbus بررسی شده اند، ﺣﻀور تمامی باسها را در این ماتریس بررسی میﻛنیم. باﺱ ۴ اولین باسی است ﻛه به ماتریس recongbus تعلق ندارد. بنابراین باﺱ ۴ به زیرسیستم ۲ تعلق دارد و با تکرار روﺵ بیان شده در شناسایی باس‌های زیرسیستم ، ۱ باس‌های ۵ و ۶ نیز به این زیرسیستم تعلق خواهند داشت. بعد از بررسی باﺱ ،۶ ﭼون تماﻡ باس‌های سیستم در ماتریس recongbus وجود دارند الگوریتم به پایان میرسد. برای نوشتن برنامه الگوریتم تعاریف ماتریس‌های زیر ضروری است. تعداد باسها n و تعداد خطوط L میباشد.

ماتریس Bus(i,j)

ماتریس Bus(i,j) را ﭼنین تعریف میکنیم:

اگر شروﻉ خط j از باﺱ i باشد:

Bus(i,j)=1

اگر انتهای خط j به باﺱ i متصل باشد:

Bus(i,j)=2

اگر خط j به باﺱ i اتصالی نداشته باشد:

Bus(i,j)=0

ماتریس island برای مشخص ﻛردن تعداد جزیره‌های موجود در سیستم بکار میرود. از ماتریس recongline برای مشخص ﻛردن زیرسیستم شامل خط K اﻡ استفاده میشود. برای مثاﻝ اگر خط K اﻡ در جزیره ی i اﻡ قرار داشته باشد، در K امین درایه ماتریس recongline عدد i را وارد میﻛنیم. ماتریس recongbus برای مشخص ﻛردن باس‌های ارزیابی شده استفاده میشود. اگر باﺱ k اﻡ در island ، i اﻡ قرار داشته باشد، برای درایه k اﻡ ماتریس عدد i را وارد نموده و اگر باﺱ ارزیابی نشده باشد ، در این درایه عدد صفر را واردمیﻛنیم.فلوﭼارت الگوریتم به صورت شکل زیر خواهد بود: