پایان نامه جايابي بهينه جبرانساز استاتيکي (STATCOM) در شبکه قدرت 30 شينه استاندارد IEEE به منظور کاهش تلفات و کنترل پروفيل ولتاژ شبکه
فهرست محتوا
مطالب مطالب
- فصل اول : کلیات تحقیق
- 1- 1- پیشگفتار 2
- 1- 2- تاریخچه. 4
- 1- 3- ادوات فکتس (FACTS) 5
- 1- 4- ادوات فکتس موازی.. 8
- 1- 5- جبران ساز واراستاتیک (SVC) 9
- 1- 6- جبران ساز استاتیکی (STATCOM) 12
- 1- 7- مقایسه STATCOM و SVC.. 14
- 1- 8- جایابی بهینه ادوات فکتس…. 16
- 1- 9- اهداف تحقیق.. 17
- 1- 10- ساختار پایان نامه. 18
- فصل دوم : مبانی نظری و پیشینه تحقیق
- 2- 1- مقدمه.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 20
- 2- 2- روشهای جایابی بهینه ادوات فکتس…. 20
- 2- 3- ماکزیمم تعداد ادوات فکتس بکار گرفته برای جایابی بهینه ادوات فکتس…. 21
- 2- 4- روشهای بهینه سازی کلاسیک…. 23
- 2- 5- روشهای تکنیکی.. 25
- 2- 6- روشهای هیورستیک (ابتکاری) 26
- 2- 6- 1- الگوریتم ژنتیک… 27
- 2- 6- 2- الگوریتم گروه ذرات (PSO) 29
- 2- 6- 3- الگوریتم تکاملی (EA) 31
- 2- 6- 4- الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) 33
- 2- 7- روشهای ترکیبی.. 35
- 2- 8- نتیجه گیری.. 38
- فصل سوم : مواد و روشها
- 3- 1- مقدمه. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
- 3- 2- مدل میانگین STATCOM…. 42
- 3- 3- توابع هدف 49
- 3- 3- 1- پایداری ولتاژ 50
- 3- 3- 2- کاهش تلفات (Ploss) 51
- 3- 3- 3- کاهش توان راکتیو (Q) 52
- 3- 4- قیود و محدودیتهای مساله. 52
- 3- 5- الگوریتم ژنتیک…. 53
- 3- 5- 1- ساختار الگوریتمهای ژنتیکی.. 54
- 3- 5- 2- عملگرهای الگوریتم ژنتیک… 55
- 3- 5- 3- روند کلی الگوریتم ژنتیک… 59
- 3- 6- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………. 61
- فصل چهارم: نتایج
- 4- 1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………… 64
- 4- 2- اطلاعات شبیه سازی
- 4- 3- نتیجه شبیه سازی……………………………………………………………………………………………………………………. 67
- فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
- 5- 1- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………. 70
- 5- 2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………… 72
- مراجع.. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 73
- واژه نامه فارسی به انگلیسی.. 76
1-1- پیشگفتار
امروزه با پیشرفت صنعت وگسترش مناطق شهری وابستگی به انرژی الکتریکی روز به روز زیاد میشود و باعث رشد سریع سیستم قدرت میشود. به همین دلیل مدیریت انرژی برق در بالاترین سطح تکنولوژی و مهندسی خود مورد توجه قرار گرفته و عملاً به عنوان یک کالای تجاری و یک سرمایه اقتصادی کلان محسوب میشود. این رشد سریع، قابلیت اطمینان سیستم قدرت را پایین میآورد. عدم قابلیت اطمینان شبکه برق و خاموشیهای متوالی یکی از مشکلات مهم تاثیرگذار در اقتصاد هر کشوری است. این افزایش تقاضای بار سبب میگردد که سیستمهای انتقال انرژی با مسائلی همچون پایداری و نیز محدودیتهای حرارتی عبور جریان روبرو شوند که برای تحویل انرژی با کیفیت مناسب، باید این مسائل را به حداقل رسانید و پایداری را در سیستمهای انتقال به حداکثر میزان ممکن افزایش داد. با تغییرات سریع تکنولوژیها و افزایش تقاضای انرژی این تکنولوژیها، سیستم قدرت برای پاسخ دادن به نیاز شبکه نزدیک حدود پایداری و دمایی عمل خواهد کرد و در نتیجه با مشکلاتی همچون افزایش تلفات به خاطر محدودیت دمایی و قطعی برق و در نهایت خاموشیهای بزرگ به خاطر مشکلات پایداری سیستمهای بزرگ که نتیجهای جز افزایش تلفات و پایین آوردن قابلیت اطمینان شبکه ندارد، مواجه خواهد شد. از طرفی با افزایش میزان خصوصی سازی بازار برق، توجه به مسائل صنعت برق همچون بهرهبرداری، انتقال و توزیع توان با کمترین هزینه، کاهش تلفات ناشی از افزایش تقاضا، کیفیت توان تحویلی به مصرف کنندهگان و قابلیت اطمینان سیستم قدرت بیشتر شده و صاحبان شرکتهای برق در صدد حل این مشکلها بر آمدند. از سوی دیگر به روز کردن سیستمهای انتقال و توزیع و سیستمهای کنترلی آنها که از مسائل عمده مطرح شده است، به شکل عملی بسیار گران، مشکل و زمان بر میباشد.
میزان توان اکتیو و راکتیو در خطوط انتقال از امپدانس خطوط، دامنه ولتاژ و اختلاف زاویهٔ ولتاژ طرفین خطوط تبعیت میکند. در نتیجه دامنه و مسیر عبور جریان ناشی از توزیع بار و ساختار شبکه میباشد. از طرفی با توجه به محدودیتهای عبور توان در خطوط که ناشی از محدودیتهای عمده حرارتی و پایداری است، استفاده کامل از شبکههای بهم پیوسته عملی نیست.
هر چه شبکه گستردهتر گردد، شکاف حدود حرارتی و پایداری بیشتر شده و انتقال و پخش توان متأثر از حدود پایداری خواهد بود که خود شامل پایداری گذرا، دینامیک، پایداری ولتاژ و حتی پایداری حالت ماندگار میباشد.
مشکلات موجود در سیستمهای انتقال توان موجود (فاصله، پایداری و کنترلپذیری عبور توان) که موجب بهرهبرداری نامناسب میگردد، بهمراه تأثیر قابل ملاحظهٔ جبرانگرهای کنترل شده، منجر به ظهور جبرانگرهای کنترل شده بوسیلهٔ تجهیزات الکترونیک قدرت در اواخر دههٔ هفتاد میلادی گردید. موسسه EPRI پس از سالها تحقیق و مطالعهٔ تجهیزات الکترونیک قدرت فشار قوی برای استفاده در خطوط انتقال HVDC و جبرانگرهای خطوط AC، در اواخر دههٔ هشتاد میلادی سیستمهای FACTS را به دنیا معرفی کرد. این ادوات در تنوع گستردهای قابلیت کنترل شبکههای بهم پیوسته را فراهم ساختند و مبتنی بر الکترونیک قدرت، تئوریهای پیشرفته کنترل و میکروکامپیوترها میباشند.
روشهای زیادی هست که تا حدی از اثرات این مشکلات و محدودیتها جلوگیری کنند، یکی از این روشها، استفاده از سیستمهای قدرت انعطافپذیر[1] میباشد. در این سیستمها با به کار بردن جبرانسازها، پخش بار را کنترل و پایداری سیستم را افزایش میدهند. انعطافپذیری بالا در مدیریت و کنترل سیستم قدرت یکی از ویژگیهای برجستهٔ این سیستمها میباشد. ادوات فکتس یک روش مفید و قابل استفاده و در عین حال با صرفه اقتصادی برای حل کردن مشکلات و محدودیتهای خطوط شبکه انتقال و جایگزینی برای ایجاد خطوط جدید در شبکه میباشد.
1-2- تاریخچه
مفهوم سیستمهای قدرت انعطافپذیر (FACTS) برای اولین بار توسط آقای هنگروانی[2] در سال 1988 میلادی معرفی شد [1]. سیستمهای قدرت انعطافپذیر سیستمهایی هستند که شامل تجهیزات استاتیکی برای انتقال انرژی الکتریکی میباشند. تعریف فکتس (FACTS) از نظر IEEE به صورت زیر میباشد:
“سیستمی مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت و تجهیزات استاتیکی دیگر به منظور کنترل یک یا چند پارامتر سیستم انتقال متناوب با هدف افزایش کنترل پذیری و افزایش توانایی انتقال توان الکتریکی” [2].
اولین مزیت ادوات فکتس کنترل سریع جریان، ولتاژ و یا امپدانس میباشد. روشهای قبلی جبرانسازی همچون نصب خازن، راکتور و غیره گرچه ارزانتر از ادوات فکتس تمام میشوند ولی رفتار دینامیکی آنها محدود کننده عملکردشان به عنوان یک جبرانساز بوده و در نتیجه عملکرد مطلوبی ندارند. ادوات فکتس امروزه در سیستمهای قدرت کاربردهای وسیعی دارند. توسط این دستگاهها امکان بهبود انتقال انرژی با کمترین هزینه سرمایهگذاری و نیز کنترل سریع مشکلات سیستم قدرت فراهم میگردد. این ادوات بصورت موازی، سری و یا سری- موازی در خطوط انتقال قرارگرفته و بهره برداری سیستمهای انتقال را در حالت ماندگار و همچنین رفتار دینامیکی سیستم در حالت گذرا کنترل مینمایند. اگر بخواهیم در یک نگاه کاربرد ادوات فکتس را در سیستمهای قدرت انعطافپذیر نشان بدهیم، شکل (1- 1) به وضوح آن را نشان میدهد.
1-3- ادوات فکتس (FACTS)
FACTS عبارت است از بکارگیری کنترل کنندههایی بر مبنای تجهیزات الکترونیک قدرت در سیستمهای انتقال AC به منظور افزایش کنترل پذیری سیستم و افزایش قابلیت انتقال توان میباشد. برای غلبه بر محدودیتهای موجود در ساختار خطوط انتقال و برای سهولت تبادل توان بین شرکتهای مختلف، ادوات FACTS در اواخر دههٔ هشتاد ابداع گردید و دو هدف اصلی زیر را دنبال میکنند:
- افزایش قابلیت انتقال توان سیستمهای انتقال
- افزایش کنترلپذیری شامل کنترل تراکم
هدف اول به این معنی است که اگر پایداری سیستم در هنگام وقوع خطا و پس از آن با اعمال کنترل بلادرنگ توان حفظ شود، میتوان توان انتقالی را افزایش داد. البته این هدف بدان معنا نیست که خطوط همیشه در حداکثر توان خود کار کنند زیرا تلفات انتقال زیاد و غیرقابل قبول خواهد بود، اما این امر در شرایط اضطراری ممکن است بکارگرفته شود. با استفاده از کنترل کنندهای FACTS بجای در نظر گرفتن حاشیهٔ پایداری بزرگ، انتقال توان در وضعیت عادی به مقدار قابل ملاحظهای افزایش خواهد یافت (طبق مطالعات انجام شده در حدود 50% [1]). هدف دوم بیان میدارد که در صورت قابل کنترل بودن جریان خط (مثلاً تغییر امپدانس مؤثر خط) میتوان عبور توان را از طریق کریدورهای انتقال دلخواه عبور داده و عبور گردشی توان را محدود کرد. همچنین این هدف بصورت ضمنی بیان میدارد که تغییر سریع مسیر عبور توان در صورت وقوع حادثهای باید امکانپذیر باشد تا عبور توان در کل سیستم انتقال به شکل دلخواه باشد. واضح است که انجام این دو هدف، بطور قابل ملاحظهای بر بهرهبرداری از سیستمهای انتقال موجود (و آینده) اثر گذاشته و نقش مهمی در تسهیل تحقق سیستمهای با ساختار نوین رقابتی خواهد داشت.
تکامل کنترل کنندههای FACTS منجر به پدید آمدن دو روش مختلف شده است. با هر کدام از این روشها، گروهی از کنترل کنندهها ابداع شده و همگی قادر به برآورده کردن مسائل خطوط انتقال میباشند. در گروه اول از امپدانسهای راکتیو یا ترانسفورماتورهای تغییر دهندهٔ تپ چنجر و کلیدهای تایریستوری برای کنترل استفاده میشود. در واقع جبرانگرهایی که بوسیلهٔ تایریستور کنترل میشوند از دید سیستم انتقال در حکم یک ادمیتانس راکتیو متغیر بوده و عموماً رفتار امپدانسی سیستم را تغییر میدهند. گروه اول کنترل کنندهها شامل جبرانگر استاتیکی توان راکتیو (SVC)[3]، خازن سری کنترل شده بوسیلهٔ تایریستور (TCSC)[4] و شیفت دهندهٔ فاز میباشند.
در گروه دوم از مبدلهای سوئیچینگ منبع ولتاژی با کموتاسیون خودی استفاده میشود تا ساخت منابع جریان یا ولتاژ AC سنکرون استاتیکی (SVS)[5] با کنترل پذیری سریع امکانپذیر شود. این روش در مقایسه با روشهای جبران مرسوم که در آنها از خازنهای دارای کلید تایریستوری و راکتورهای کنترل شدهٔ تایریستوری استفاده میشود، برتری چشمگیری دارد. با این روش ولتاژ خط انتقال یکنواخت بوده و کنترل کاملی بر امپدانس مؤثر خط و زاویهٔ ولتاژ وجود دارد. علاوه بر اینها، تبادل مستقیم توان اکتیو با سیستم قدرت امکانپذیر شده و جبران توان راکتیو نیز بطور مستقل میتواند انجام گردد. در نتیجه میتوان بسهولت عبور توان و اغتشاشهای دینامیکی را کنترل کرد و با اغتشاشات مقابله نمود.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.