پایان نامه پخش بار بهینه و اقتصادی سیستم های قدرت
مقدمه:
در اين فصل به عناوين برنامه ريزي پخش بار در شبكه هاي توزيع، Brown out يا قطع تناوبي و برنامه ريزي شده فيدرهاي 20 كيلوولت، كاهش ديماند در مواقع پيك بار و همچنين بررسي حوادث در شبكه هاي توزيع و نظريات اصلاحي در هر مورد خاص اشاره شده است .
1-2- توسعه شبكه هاي توزيع
مفهوم توزيع با يك مشترك و يك بار شروع مي شود. بار معمولاً به پيك ديماند با در نظر گرفتن عدم همزماني اطلاق مي شود. مجموعه بارها و مشتركين گروه هاي بار را تشكيل و نياز به شبكه توزيع را ايجاب مي كند. شبكه هاي توزيع بايد طوري طراحي شوند كه علاوه بر تامين نيازهاي فعلي در تامين درخواست هاي مشتركان در آينده نيز بتوانند كارايي لازم را داشته باشند. كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1-2-1- توسعه شبكه 20 كيلوولت بايد آن چنان باشد كه موقيعت ايجاد شبكه فشار ضعيف را فراهم كند لذا اين شبكه بايد براي ايجاد يك شبكه فشار ضعيف بهم پيوسته كه در سال هاي آينده ايجاد خواهد شد امكاناتي رافراهم كند.
1-2-2- زون هاي شبكه 20 كيلوولت بايد تعيين كننده اتصالاتي باشند كه پيوستگي كاملي با شبكه فشار ضعيف بوجود آورند و بتوانند بطور طبيعي در مرزهاي مشخص شده موثر بوده و شبكه فشار ضعيف را در داخل خود قرار دهند. مثلاً كابل هاي 20 كيلوولت طوري نباشند كه بعلت عوامل طبيعي مانند رودخانه ها، سيلاب ها و جاده ها و غيره نتوانيم براي ايجاد شبكه فشار ضعيف بهم پيوسته از آن استفاده كنيم.
1-2-3- يك زون شبكه 20 كيلوولت نه تنها در شرايط بهره برداري نرمال بوسيله گروهي از فيدرهاي 20 كيلوولتي كه همه آنها از يك ايستگاه اصلي فوق توزيع منشعب شده اند تغذيه مي شوند بلكه اين گروه بوسيله فيدرها با ايستگاه هاي اصلي فوق توزيع ديگر نيز بايد اتصال داشته باشند. طوريكه اگر در شرايط استثنايي عيب و نقصي در سيستم مشاهده شد بتوان از طريق ديگر شبكه را تغذيه كرد.
1-2-4- يك گروه از فيدرهاي 20 كيلوولت بايد به طريقي تشكيل يك رينگ را بدهند در صورتيكه حادثه اي و يا اتصالي روي يك فيدر از گروه اتفاق افتاد، گروه هاي باقيمانده، به تنهايي تحمل بار فيدر حادثه ديده را داشته باشند بدون اينكه از بار مجاز تعيين شده فيدرهاي هوايي و كابل ها تجاوز كنند.
1-2-5- هنگام برنامه ريزي و طرح يك شبكه 20 كيلوولت، بايد مطمئن بود كه فيدرهائي كه داخل رينگ مي شوند ناتوان و ضعيف نباشند و بتوانند سهم عمده اي از بار را چه در شرايط نرمال و چه در شرايطي كه يكي از آنها از مدار خارج و يا وارد شود، انتقال دهند. يعني بطور عملي تغذيه ايستگاه هاي توزيع تنها از طريق يك فيدر هوايي يا كابل نباشد و ايستگاه ها با ساير نقاط شبكه ارتباط داشته باشند.
1-2-6- قانون ارتباط بين ايستگاه هاي ترانسفورماتور ممكن است در بعضي مواقع استثنا هم داشته باشد و آن محل هايي است كه وقتي بطور عملي يك ايستگاه شبكه توزيع از مدار خارج شود مي توان از طريق شبكه فشار ضعيف بهم پيوسته به شرطي كه بار آن معادل بار پست از مدار خارج شده باشد تامين كرد.
1-2-7- در مورد ايستگاه هاي اختصاصي تغذيه اين چنين ايستگاه ها به نحوي باشد كه از طريق شبكه 20 كيلوولت بصورت رينگ انجام گيرد. همچنين با شبكه فشار ضعيف بهم پيوسته نيز ارتباط داشته باشد تا در مواقعي كه از طرف شبكه 20 كيلوولت اين ايستگاه از مدار خارج شود بار آن را بتوان از طريق شبكه فشار ضعيف عمومي تامين كرد.
1-3- ملاحظات بهره برداري
هر چند در طرح شبكه هاي توزيع نيازهاي مصرف كنندگان مد نظر قرار مي گيرد ولي هنوز اين شبكه ها طرح تكميلي بخود نگرفته و مشخصه هاي اضافي ديگري نيز مطرح هستند. در اصل اين احتياجات اضافي از تغيير وضع اقتصاد ملي و وضعيت انرژي ناشي مي شوند.موضوع مشخصه هاي بهره برداري در تاسيس، نصب و طبقه بندي شبكه جهت ارايه آسان يك سرويس (ارايه خدمات برقي) با كيفيت بهتر خلاصه مي شود. البته با در نظر گرفتن راندمان بالاتر شبكه توزيع و يك ملاحظه اقتصادي براي سيستم الكتريكي از محل توليد تا محل مصرف، موضوع بهره برداري را شايد بتوان به چهار قسمت زير طبقه بندي كرد ( عوامل ذیل قدري بهم پيوسته بوده و همه آنها لازمه سيستم توزيع هستند).
- كيفيت ارايه سرويس
- برنامه ريزي پخش بار
- كنترل برنامه توليد
- كنترل و سياست مصرف بهينه
1-3-1- كيفيت ارايه سرويس
كه بر اساس عوامل زير سنجيده مي شود:
- مجزا كردن خطاها و برگردانيدن سرويس به حالت بدون خطا در شبكه توزيع.
- تقسيم بارها ما بين فازها يا مدارها جهت جلوگيري از اضافه بار و بهبود بخشيدن
وضعيت ولتاژ. - به مدار آوردن و يا خارج كردن خازن هاي نصب شده در ايستگاه ها به منظور بهبود ضريب قدرت و كاهش ميزان جريان عبوري از خطوط كه نهايتاً موجب بهبود ولتاژ مي شوند.
- مجهز كردن سيستم هاي توزيع كه شامل ايستگاه ها نيز مي شود با مدارها و كليدهاي پيشرفته براي بيبرق كردن آنها جهت مقاصد نگهداري و مانور.
1-3-2- برنامه ريزي پخش بار
احتياج به برنامه ريزي پخش بار از دو عامل عمومي و غالباً پيشبيني نشده زير ناشي مي شود:
- فقدان منبع توليد به ميزان كافي .
- فقدان توانايي سيستم انتقال، فوقتوزيع و توزيع .
دو عامل ذكر شده ممكن است ناشي از:
- رشد بار سريعتر از ايجاد امكانات جديد است.
- مصارف يا تقاضاهاي غيرعادي بزرگ و پيشبيني نشده كه در اثر تغييرات نامعمول بدون دليل و يا در اثر برخي تغييرات بخصوص بوجود مي آيند و موجب تلفات مهمي در شبكه تغذيه كننده مشتركين مي شود.
- خطا يا اضافه بار در برخي المان هاي تشكيل دهنده سيستم تغذيه مثلاً خطاي خط، خطاي ترانسفورماتور پست و غيره براي يك دوره تناوب طولاني.
در اين زمينه پخش بار دلالت بر كاهش بار در باسپست، ترانسفورماتور پست يا فيدر ورودي پست دارد. ديسپاچينگ هاي توزيع با استفاده از دو پارامتر كاهش ولتاژ و (Brown out) يا عدم وصل تناوبي فيدرها براي پريودهاي نسبتاً كوتاه زمان در يك برنامه ريزي از قبل تعيين شده مي توانند سياست پخش بار را در شبكه هاي توزيع اعمال كنند.
1-3-2-1- كاهش ولتاژ
كاهش ولتاژ ممكن است در اثر تغيير روي تنظيم كننده هاي ولتاژ در روي باس بار ايستگاه اتفاق بيفتد. ولتاژ را ممكن است طي مراحلي كه متناسب با ميزان بار مورد نيازي كه قبلاً برنامه ريزي شده است بتوان كاهش داد. در مدارهايي كه بارهاي مربوط به آن اهمي بوده (بارهاي روشنايي) يا ضريب قدرت برابر با واحد باشد يك درصد افت ولتاژ اغلب معادل يك درصد افت بار است. كاهش ولتاژ به مقدار بيش از 8 درصد موجب كاهش بهره نوري لامپ هاي رشته اي شده و جريان الكتروني در داخل لوله فلورسنت به مقدار كمي مي رسد. معمولاً بارهاي راكتيو در ولتاژهاي پاييني با كشيدن جريان بيشتر به صورت رضايت بخش به كارشان ادامه مي دهند. اگر چه اين افزايش جريان ممكن است سبب داغ شدن، تلفات گشتاور و ساير حالات نامطلوب شود.
در مناطقي كه فيدرهاي 20 كيلوولت خروجي از دو يا چند ايستگاه فوق توزيع بصورت بهم پيوسته ورينگ يك شبكه فشار ضعيف را تغذيه مي كنند بايد در پايين نگهداشتن ولتاژ فيدرهاي تغذيه كننده اوليه نهايت دقت را بعمل آورد. بهره برداري از تنظيم كننده ها بايد هماهنگ شده باشد تا اينكه ولتاژ هر يك از فيدرها عملاً همزمان پايين نگه داشته شده در غير اينصورت با پايين بودن ولتاژ تنها در فيدرهاي خروجي از يك پست فوق توزيع باعث عملكرد حفاظت كننده هاي شبكه و باز شدن فيدرها خواهد شد. همچنين افزايش ناگهاني بار در فيدر يا فيدرهايي كه ولتاژ آنها كاهش نيافته ممكن است موجب نوسان (hunting) و تداخل مابين حفاظت كننده هاي فيدرهاي مختلف شده و احياناً موجب تريپ فيدرها در اثر اضافه بار ناشي از تاثير پي در پي (cascading Effect) شود كه اين موضوع از مدار خارج شدن (shot down) شبكه 20 كيلوولت را به همراه خواهد داشت.
در بعضي موارد ممكن است بمنظور جلوگيري از تريپ كردن فيدرها، در اثر اضافه بارهاي موقت. رله اضافه جريان ديژنكتور فيدرها قفل شده تا اينكه تمامي تنظيم كننده ها در يك سطح ولتاژ پايين تنظيم و ثابت شوند. چنانچه عمل كاهش ولتاژ يك حالت نسبي و تكراري داشته باشد تنظيم رله هاي محافظت كننده فيدرها در يك حوزهاي معين غيرحساس شده و در نتيجه از پيشآمدن حالت نوساني و از مدار خارج شدن پشت سرهم فيدرها بطور موثري ممانعت مي شود.
1-3-2-2-Brown out
روشي است كه در آن هر يك از فيدرها را براي يك تناوب زماني نسبتاً كوتاه از قبل تعيين شده، معمولاً هر كدام در يك زمان مشخص، به منظور كاهش مقدار بار ترانسفورماتورهاي ايستگاه فوق توزيع از مدار خارج مي كنند. بارهاي مهم و بحراني (critical Loads) از قبيل بيمارستان ها و مراكز نظامي اغلب توسط دو فيدر با امكان تعويض دو طرفه بصورت دستي يا اتوماتيك تغذيه مي شوند. در محل هايي كه چنين طبقه بندي وجود نداشته باشد ممكن است ضروري باشد كه قسمتي از بار يك فيدر را به بارهاي مهم تقسيم كنيم و بدين ترتيب در مواقعي كه فيدر مربوط بي برق مي شود بارهاي مربوطه را به يك فيدر برقدار وصل كنيم. در صورتيكه در يك فيدر بارهاي بحراني بيشتري وجود داشته باشد آن فيدر ممكن است كلاً از Brown out معاف شود.
1-3-3- كنترل برنامه توليد
سرمايه گذاري در اين رشته بايستي از طريق كاهش گرايش به مصرف غيرضروري اين انرژي و هدايت آن به سمت مصارف حقيقي محدود شود. بنابراين سياست گذاري الگوي توليد و مصرف مخصوصاً در زمينه انرژي برق براي جامعه اي كه هر بيست سال جمعيت آن دو برابر مي شود احتياج به دقت خاصي دارد تا بتوان تقاضاي آينده جامعه را در كليه زمينه ها از طريق سرمايه گذاري داخلي و افزايش توان توليدي تامين كرد.
انگيزش در انتخاب انرژي بهينه در سطح ملي وظيفه شركت هاي مسئول برق است كه مردم را از نظر هزينه سرمايه گذاري اوليه جهت توليد آن، ميزان افزايش اتوماسيون در توليدات كشاورزي و صنعتي و يا خدمات، ميزان تلفات انرژي در مراحل مختلف تبديل و ميزان سرمايه مورد نياز جهت تهيه وسايل مصرف كننده انرژي آگاهي بخشند. مثلاً در صورت استفاده از انرژي برق جهت گرمايش در مقابل استفاده مستقيم انرژي سوخت فسيلي،جامعه ناچار است ضمن سه يا چهار برابر كردن ميزان سوخت مصرفي، هزينه سرمايه گذاري اوليه كه حدود 60 تا 70 برابر هزينه سرمايه گذاري اوليه جهت تبديل سوخت فسيلي به گرمايش است را هم متحمل شود.
يكي ديگر از الگوهاي سياستگذاري جهت توليد انرژي برق استفاده مستقيم از انرژي هاي طبيعي است كه بدين وسيله مي توان سهم انرژي برق را در مجموعه انرژي هاي مورد نياز كاهش داد.
1-3-4- كنترل و سياست مصرف بهينه
سياست مصرف بهينه بايد طوري تنظيم شود كه از طرفي مصرف انرژي برق به موارد خاصي محدود شده و از طرف ديگر باعث سقوط رشد در بخش صنعت، بخش كشاورزي و بخش اجتماعي و فرهنگي جامعه نشود. تعيين نرخ يكي از اصلي ترين عوامل در تنظيم سياست مصرف برق براي مشتركان بخش هاي مختلف مي باشد كه بايستي در جهت خودكفا كردن اين صنعت از نظر كسب درآمدهاي مالي باشد. ولي با توجه به عدالت اقتصادي و وضعيت فعلي توليد در كشور تعيين نرخ اشتراك برق براي مناطق مختلف با كيفيت ارزش متفاوت و تاثيرگذاري ارزش كل ملك از جمله وظايف شركت هاي مسوول برق است و اين مهم مقدور نيست مگر اينكه هدف از تعيين نرخ، ايجاد محدوديت در مصارف غيرضروري و يا مصارف لوكس و يا مصارفي كه داراي انرژي جايگزين هستند بوده و برعكس تخفيف آن در بخش هاي كشاورزي و صنعت موجب سرعت و سهولت در رشد اقتصادي كشور شود.يكي ديگر از عوامل موثر در تنظيم سياست مصرف برق بهينه كاهش ديماند در مواقع پيك بار است.
معمولاً بار شبكه كه از مصرف مشتركان حاصل مي شود داراي سه وضعيت بار ثابت، پيك بار عادي و پيك بار فصلي است. در وضعيت بار ثابت كليه تاسيسات و نيروي انساني بطور كامل و صد درصد ساعات شبانه روز مورد استفاده قرار مي گيرد و در نتيجه قيمت برق توليد شده در اين قسمت از بار در مقايسه با دو وضعيت ديگر از نرخ پايين تري برخوردار است. در حاليكه در قسمت پيك بار عادي يا فصلي كه تاسيسات و كاركنان مربوط به آن بيش از چند ساعت در شبانه روز مورد استفاده واقع نمي شوند قيمت برق توليد شده از رقم بالاتري برخوردار است. بطور منطقي بايستي مشتركاني كه باعث ايجاد اين گراني مي شوند خود در پرداخت هزينه مربوط به آن شركت كنند.
در مورد مصرف كنندگان بزرگ كه در زمان هاي پيك تاثير عمدهاي در بار كلي شبكه دارند با تقسيم بندي آنها بعنوان بارهاي ضروري، قابل برنامه ريزي، قابل تاخير افتادن و بالاخره قابل كاهش مي توان بار مصرفي را تنظيم كرده و از دستگاه ديماند متر كه مجهز به ايمپالس هاي زماني است استفاده كرد. (از قبيل كاهش توليد كارخانه هاي توليد سيمان در زمان پيك بار مي توان نام برد).
در مورد مصرف كنندگان عادي و مشتركان خانگي عملاً نمي توان از ديماند حداكثر آنها جلوگيري كرد ولي مي توان علاوه بر استفاده از نرخ هاي تصاعدي از ديماندمتر يا وسايل ساعت شمار كه به مصارف بزرگ خانه از قبيل آبگرمكن هاي برقي، ماشين هاي لباسشويي و غيره نصب مي شوند استفاده كرد و مشتركان را ترغيب كرد كه كامپيوترهاي مناسب خانگي را جهت كنترل زمان روشن و خاموش كردن وسايل خانگي نصب كنند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.