پایان نامه پیش بینی بار در شبکه های توزیع
مقدمه:
در ابتدا ورود به بحث پيشبيني بار لازم است تا برخي اصطلاحات و مفاهيم كاربردي آشنا شويم. در فصل اوي سعي ميشود تا به برخي از اين اصطلاحات پرداخته شود. تعاريف صورت گرفته در اين فصل ميتوانند در روشهاي گوناگون برآورد بار در فصلهاي آينده مورد استفاده قرار گيرند.
1ـ بار و انرژي ]9[
بار مجموعهاي از مصارف الكتريكي است كه توسط وسايل يا دستگاههاي مصرف كننده انرژي الكتريكي در يك زمان مشخص پديد ميآيد. در اين پروسه مقداري انرژي الكتريكي توسط مصرف كننده جذب شده و به انواع ديگر انرژي تبديل و اندكي نيز تلف ميشود كه به راندمان دستگاه مصرف كننده بستگي دارد.
انرژي الكتريكي حاصل ضرب بار در زمان ميباشد و لذا زماني كه صحبت از بار است با زمان مصرف سر و كار نداريم و وقتي بحث در مورد انرژي انرژي است عامل زمان مصرف بايد ملحوظ شود. طراحي شبكه معمولاً بر اساس بار و نه بر اساس انرژي صورت ميگيرد.
دليل اين امر نيز اين است كه وقتي شبكهاي قادر به تامين يك بار مشخص باشد، چه براي يك لحظه و چه براي مدت زمان معين، جوابگوي نياز آن بار خواهد بود. ولي به دليل بعضي محدوديتهاي آماري بار و اهميت بيشتر مسئله انرژي و قابليت اطمينان بهتر آن، غالباً پيشبيني براي مصرف انرژي صورت ميپذيرد.
بديهي است كه چون بار يا مصرف انرژي در طول زمان تغيير كرده و معمولاً بيشتر ميشود، برنامهريزي بايد بر اساس حداكثر آن و منظور نمودن ضرايب اطمينان صورت گيرد. البته بار و انرژي متوسط با ضرايبي به هم مربوط ميشوند. در برنامهريزي شبكه تنها بار يا انرژي حداكثر مورد نياز نيست بلكه براي بعضي مسائل خاص شبكه، بار و انرژي متوسط و حداقل نيز مورد احتياج ميباشد.
2- بار متوسط و بار ماكزيمم ]9[
بار متوسط و يا به عبارتي متوسط درخواست قدرت عبارتست از ميزان متوسط بار در طول يك پريود مشخص مانند روز يا ماه. اين مقدار بار به ترتيب زير محاسبه ميشود.
مدت زمان T / انرژي مصرع شده در زمان T = بار متوسط
بار ماكزيمم عبارت است از حداكثر درخواست قدرت مورد نياز يك سيستم الكتريكي در يك دوره معين. اين دوره ميتواند روز، ماه يا سال باشد كه به ترتيب بار حداكثر روزانه، ماهانه و سالانه بدست ميآيد.
3ـ عوامل رشد بار ]1[، ]18[ – ]21[
اصولاً عوامل رشد بار در يك جامعه به دو دسته عمده تقسيمبندي ميشوند:
1ـ رشد تعداد مشتركين مصرف كننده انرژي
2ـ رشد مصرف سرانه هر مشترك
با تغيير هر يك از اين عوامل ميزان بار در سالهاي بعد تأثير قرار خواهد گرفت. در آماري كه توسط وزارت نيرو ارائه شده است تعداد مشتركين اين وزارتخانه در سال 1374 به ميزان 12276 (هزار مشترك) بوده است كه در سال 1378 به 13972 (هزار مشترك) بالغ خواهد شد. اين تغييرات نرخ رشدي معادل 8/13% را نشان ميدهد.
همچنين سرانه مصرف انرژي در سال 1374 به ميزان 1076 كيلووات ساعت بر نفر بوده است كه در سال 1378 به 1272 كيلووات ساعت به نفر، برآورد شده است كه نشان دهنده رشدي معادل 2/18% در سرانه مصرف انرژي الكتريكي كشور طي چهار سال ميباشد.
با توجه به مطالب بيان شده، لزوم پيشبيني بار براي سالهاي آينده و فراهم كردن امكانات لازم براي توليد انرژي مورد نياز هر چه بيشتر آشكار ميشود.
عامل اول ناشي از مهاجرتهاي بيرويه به مراكز شهري و همچنين نرخ بالاي رشد جمعيت ميباشد و عامل دوم نيز ناشي از مصرف بيرويه انرژي و همچنين استفاده از وسايل و لوازم پر مصرف ميباشد كه با تدابيري ميتوان هر دو اين عوامل را درحدي معقول كنترل كرد.
4ـ منحني رشد بار ]9[
رشد بار يك منطقه معمولاً تابع يك منحني S شكل ميباشد. يعني در ابتدا رشدي كم و سپس به حداكثر رشد خود رسيده و در انتها كه ظرفيت منطقه از لحاظ تعداد مشتركين به حد اشباع رسيد رشدي هموار و كم خواهد داشت.
اصولاً با بررسي رشد بار يك شهر و نواحي كوچكتر آن دقيقاً ميتوان به اين نكته پي برد. در شكل (1-1) مشاهده ميشود كه وقتي بار براي كل سطح شهر در نظر گرفته ميشود تقريباً هموار بوده و يك نرخ رشد مشخصي دارد. هر چه منطقه تحت پوشش كوچكتر باشد منحني تغييرات بار به منحني S شكل نزديكتر ميشود.
هرچه ناحيه كوچكتر شود همواري منحني رشد بار آن كمتر و سرعت رشدش بيشتر ميشود.
شكل (1-1)
همانطور كه مشاهده ميشود رشد بار مناطق مختلف در بخشهاي مختلف شهر با يكديگر از لحاظ زماني متفاوت ميباشند. ولي در كل يك شهر با جمع كردن اين منحنيهاي رشد يك منحني هموار و يكنواخت بدست خواهد آمد.
5ـ منحني بار روزانه ]9[ ، ]15[
ترسيم ميزان بار شبكه در طول يك شبانهروز را منحني بار روزانه گويند و اين منحني بيانگر تغييرات بار يا تغييرات مصرف انرژي نسبت به زمان ميباشد و سطح زير آن مقدار مصرف انرژي را در 24 ساعت ارائه ميدهد.
اين منحني معمولاً داراي يك ماكزيمم و يك مينيمم بوده كه بستگي به نوع مصرف كنندههاي منطقه داشته و در طول سال نيز ثابت نيست. روزهاي هفته، وضعيت آبوهوا، ساعتهاي مختلف شبانهروز، و فصلهاي سال آثار زيادي بر اين منحني دارد و ماكزيمم و مينيمم را جابجا كرده و متوسط آن را عوض ميكند.
حداكثر مطلق بار نيز از روي همين منحنيها در طول يك سال و از روي 365 منحني مختلف بدست ميآيد. واژههاي ديگري نيز مثل متوسط حداكثرها و حداقلها و يا متوسط متوسطها را نيز ميتوان تعريف كرد كه از اين مقادير در برآورد بار استفادههاي زيادي ميتوان كرد.
6ـ منحني تداوم بار (Load Duration Curve) ]9[
رسم توزيع فراواني تجمعي بارهاي يك سيستم در يك دوره زماني را منحني تداوم بار گويند. منحني تداوم بار رضعيت يك سيستم را در دوره مشخصي معلوم ميكند و معمولاً طول اين دوره يك سال است. به وسيله اين منحني ميتوان مقدار انرژي تأمين شده در هر مقدار بار را ارائه كرد.
بار سيستم بر حسب مگاوات روي محور عمودي و درصد زمان دوره از صفر تا صد به روي محور افقي نمايش داده ميشود. نمونهاي از اين منحني در شكل زير نمايش داده ميشود.
شكل (2-1)
اين منحني به برنامهريزان كمك ميكند تا بتوانند كم و كاست يك سيستم را مشخص سازند. بخصوص اينكه كوشش نمايند با تدابيري فاصله حداقل و حداكثر بار كم شود. بديهي است تداوم بار ايدهآل خط راستي است كه پريود زماني مذكور را طي كند.
7ـ ساعت مؤثر سالانه ]9[
چنانچه در طول سال تمام منحنيهاي بار روزانه را به دنبال هم قرار دهيم منحني بار سالانه بدست ميآيد. شكل (3-1) نمونهاي از اين منحني را نمايش ميدهد كه بسيار به هم فشرده ميباشد.
شكل (3-1)
شاخص ساعت مؤثر سالانه از روي اين منحني تعريف ميشود. شاخص مؤثر سالانه To عبارتست از تعداد ساعتهايي كه اگر به طور دائم حداكثر قدرت از شبكه گرفته شود، انرژي حاصل يعني PMAX، To معادل با كل انرژي مصرف شده در آن سال باشد به عبارتي:
مقدار To خود معياري براي بهرهبرداري از شبكه است زيرا هر چه To زيادتر باشد نشان دهنده اين است كه از شبكه بيشتر بهرهبرداري شده است. چنانچه To معادل 8760 ساعت باشد (كه امكانپذير نيست) يعني همواره در تمام ساعتهاي سال حداكثر قدرت موجود شبكه به مصرف رسيده است.
معمولاً در شبكههاي با بهرهبرداري خوب To حدود 4500 و در بهرهبرداري نسبتاً خوب حدود 4000 ميباشد.
8ـ تراكم بار ]9[
تراكم بار عبارتست از قدرت مصرفي يك منطقه مورد نظر تقسيم به مساحت آن و معمولاً با واحدهاي كيلووات آمپر روي هر هزارفوت براي تراكم خطي بصورت KVAMile2 نمايش داده ميشود.
تراكم بار معمولاً در پيشبيني مكاني و توزيع بار به كار ميآيد و ميتواند محلهاي پرمصرفتر را از محلهاي ديگر متمايز سازد. غالباً شهر يا منطثه مورد نظر به چند بخش مختلف مانند نواحي تجاري، مسكوني، صنعتي و … تقسيم شده و تراكمبار در آنها سنجيده ميشود. سپس با توجه به سطح اشباع قدرت در آن منطقه و پارامترهاي ديگر براي آن ناحيه برنامهريزي لازم و پيشبيني مقدار بار مورد نياز و احياناً ايجاد پستهاي جديد فوق توزيع انجام ميگردد.
9ـ ضريببار ]9[
نسبت بار متوسط به بار ماكزيمم را ضريببار ميگويند.
البته در تعيين ضريببار بايد دوره زماني كاملاً مشخص بوده و در محاسبه بار متوسط و بار ماكزيمم، يك دوره زماني مساوي را ملاك عمل قرار داد. همانطور كه قبلاً ذكر شد، سطح زير منحني بار مقدار انرژي مصرفي را در يك دوره زماني مشخص ميكند.
چنانچه يك بار با توان ثابت در طول يك دوره زماني مشخص همان مقدار انرژي را مصرف نمايد كه بار مورد نظر مصرف ميكند، ميتوان ضريببار را از نسبت توان اين بار فرضي به ماكزيمم رخ داده در منحني واقعي بدست آورد. در واقع ضريببار حاصل تقسيم قدرت متوسط مصرف شده به قدرت ماكزيمم مصرف شده است.
به همين ترتيب ميتوان ضريببار را براي يك شبكه تعريف كرد. به بيان ديگر ضريببار يك شبكه عبارت از نسبت انرژي تأمين شده در يك دوره زماني به حداكثر قدرت تأمين شده ضرب در آن دوره زماني است. براي مثال اگر حداكثر قدرت تأمين شده شبكهاي 1000 مگاوات و انرژي مصرفي آن در طول يك سال 6100 ميليون كيلووات ساعت باشد، ضريببار سالانه اين شبكه برابر است با:
|
=ضريب بار سالانه
چون دوره زماني يك سال است عدد ساعت 8760 در نظر گرفته شده است. ضريببار نشانهاي از يكنواختي بار در يك پريود دلخواه ميباشد و چنانچه در اين پريود تغييري نكند، ضريببار برابر با واحد خواهد بود. هر قدر ضريببار كوچكتر از واحد باشد راندمان شبكه كمتر و برنامهريزي آن مشكلتر خواهد بود.
يكي از مواردي كه باعث بهبود ضريببار در شبكه ميشود نوبتبندي و يكنواخت كردن بارها در شبكه است. به عنوان مثال چون پيك مصرف خانگي در سر شب است، با توجه به اينكه صنعت نيز داراي مصرف بالائي است، چنانچه نوبت كاري صنايع در شب تعطيل باشد، توزيع مصرف تا حدي متعادل ميگردد.
روش ديگر حذف وسايل خانگي در ساعات پيك است به همين دليل استفاده از كنتورهاي دو تعرفهاي و يا استفاده از كارهاي فرهنگي در تشويق مشتركين به مصرف كمتر در اين ساعتها مورد استفاده قرار ميگيرد.
10ـ ضريب همزماني ]9[
يكي از پارامترهاي مهم در بحث برآورد بار ضريب همزماني بين مشتركين ميباشد. چنانچه دو مصرف كننده متفاوت داراي منبع تغذيه مشترك بوده و هر كدام منحني بار مخصوص خود را داشته باشند، منحني توليد منبع تغذيه برابر با مجموع نقطه به نقطه دو منحنيبار هر كدام از مصرفكنندهها خواهد بود. البته در صورتي كه تلفات نداشته باشيم.
معمولاً چون حداكثر تقاضا در مصرف كنندهها در يك زمان اتفاق نميافتد، مجموع حداكثر دو منحني بيشتر از حداكثر توليد ميشود و لذا نسبت پيك مجموع به مجموع پيكها عددي كمتر از واحد خواهد شد. به اين نسبت ضريب همزماني گويند.
در واقع ما با دو عدد براي بار سر و كار داريم كه يكي حداكثر تقاضاي بار همزمان .S.M.D (Simultanius Maximum Demand ) و ديگري N.S.M.D ميباشد. ضريبهمزماني توسط رابطه زير بدست ميآيد:
حداكثر تقاضاي غير همزمان چندبار / حداكثر تقاضاي همزمان چند بار = ضريب همزماني
معمولاً اين ضريب عددي بين 3/0 تا 7/0 ميباشد. البته با افزايش تعداد مشتركين، اين ضريب كاهش خواهد يافت. بدين دليل كه هر چه تعداد مشتركين بيشتر شود نسبت مصرف هر مشترك در بار پيك كاهش خواهد يافت. اين اثر را در شكل (4-1) مشاهده خواهيد كرد.
شكل (4-1)
منحني مقابل با استفاده از نمونهگيري از تعداد زيادي مشترك و در نظر گرفتن نحوه توزيع بار در زمانهاي مختلف روز مانند پيك بار و ساعتهاي غير پيك و همچنين به كار بردن بعضي توابع و فرضيات احتمالي بدست آمده است.
اصولاً از اين ضريب در بارگذاري قسمتهاي كوچكتر شبكه مانند فيدرهاي تغذيه كننده مشتركين استفاده ميشود. بعنوان نمونه اگر يك فيدر 20 كيلوولت 500 مشترك را سرويس دهد بار اين فيدر با در نظر گرفتن ضريب همزماني بصورت زير لحاظ ميشود:
حاشيه اطمينان + (مجموع يكايك بار بيشينه مشتركين) * (500) = بار كل فيدر
و اگر يك فيدر ديگر 50 مشترك را سرويس دهد بار اين فيدر بصورت زير خواهد بود:
حاشيه اطمينان + (مجموع يكايك بار بيشينه مشتركين) * (50) = بار كل فيدر
كه با توجه به اينكه 500 بيشتر از 50 ميباشد، بار برآورد شده در حالت دوم مقداري بيشتر پيشبيني خواهد شد.
11ـ پيكبار غير همزمان ]10[
پيكبار غير همزمان عبارتست از مقدار ماكزيمم يك داده در يك بازه زماني مشخص. بعنوان مثال اگر بار مربوط به پستهاي 63 كيلوولت را در نظر بگيريم در يك دوره يك ساله ميتوان بيشترين بار مصرفي پست را بدون در نظر داشتن ضريب همزماني پستها بعنوان پيكبار غيرهمزمان آن پست در نظر گرفت.
12ـ پيكبار همزمان ]10[
پيكبار همزمان عبارت است از بار هر يك از بخشهاي يك مجموعه هنگامي كه پيكبار مجموعه اتفاق افتاده باشد. همانطور كه مشاهده ميشود امكان دارد پيكبار همزمان و غير همزمان دو عدد متفاوت باشد. البته بايد به اين نكته دقت داشت كه پيكبار يك مجموعه وقتي اتفاق ميافتد كه اجزاي آن در پيكبار خود باشند. به همين دليل اين دو عدد تا حد زيادي به هم نزديك ميباشند.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.