چکیده

قابلیت اطمینان یک پارامترمهم درارزیابی کارایی وپایداری سیستم های قدرت می باشد در ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم ها پارامترهای مهمی دخالت دارند مثل میزان ذخیره چرخان در نیروگاهها در خطوط انتقال ، حلقوی شدن شبکه در بخش انتقال وتوزیع کنترل ولتاژ و کنترل میزان وار شبکه .

درمطالعات قبلی بندرت بطورجامع درموردارزیابی قابلیت اطمینان سیستم بحث شده است و تعریف مناسبی از قابلیت اطمینان سیستم ارایه نشده است.

در این مقاله درمورد توان راکتیو و جنبه های آن بحث شده است قابلیت اطمینان بصورت کامل تعریف شده است.روشهای پایه برای محاسبه سیستم های قدرت ارایه شده است وبصورت موردی نقش توان راکتیو در ارزیابی قابلیت اطمینان گفته شده است و فنون محاسبات در این مقاله ارایه شده است.

مقدمه

ایده ال ما دربحث تامین توان الکتریکی ارایه یک انرژی با کیفیت بالا به مشتریان یعنی انرژی بدون قطعی نوسان و… که در کنار آن باید به مسایل اقتصادی توجه شود که یک انرژی ارزان و با کیفیت به مشتریان بایستی تحویل داده شود. امروزه در کشورهای پیشرفته بازار رقابتی شدید دربخش ارایه انرژی بوجود آمده است یعنی وجود انرژی با کیفیت پایین در بازار دیگر جایگاهی ندارد. توازن این دو (مسایل اقتصادی و کیفیت خدمات ارایه شده) را محاسبات قابلیت اطمینان تعیین می کند.

تعیین مقدار موردنیاز ظرفیت تولیدی سیستم جهت تضمین یک منبع تغذیه کافی، بحث مهمی در طراحی و بهره‌برداری سیستم قدرت است. مسئله کلی می‌تواند از نظر مفهومی به دو منطقه مختلف به صورت ضرورت ظرفیت ساکن و نحوه بهره‌برداری تخصیص داده شود. ناحیه ظرفیت ساکن مربوط به ارزیابی طولانی مدت نیاز کلی سیستم است. ناحیه ظرفیت بهره‌برداری مربوط به ارزیابی کوتاه‌مدت ظرفیت واقعی برای تامین سطح بار داده شده است.

میزان موردنیاز ظرفیت ساکن می‌تواند به صورت ظرفیت نصب شده‌ای که می‌بایست در مقابل نیازهای سیستم طراحی و ساخته شده، در نظر گرفته شود. رزرو ساکن می‌بایست برای زمان‌های تعمیرات تجهیزات تولید، خاموشی‌هایی که زمان‌بندی نشده‌اند، و رشد بار متجاوز از مقدار تخمین شده کافی باشد.

مقالاتی زیادی در استفاده روشهای احتمالاتی برای ارزیابی قابلیت اطمینان ظرفیت تولید در 40 سال گذشته منتشر شده است. این مقالات در سه مبحث جامع طبقه‌بندی شده‌اند.اولین گروه بزرگ مقالات در سال 1947 منتشر شد.مفاهیم پایه‌ای را پیشنهاد کرده که بعضی از روشهای مورد استفاده کنونی، براساس آنها پایه‌ریزی گردیده‌اند. گروهی از مقالات ارائه شده در سال 1947 روشهایی را ارائه کرده‌اند که با اعمال بعضی اصلاحات اکنون به عنوان "روش از دست دادن بار"و "روش فراوانی و تداوم" شناخته می‌شوند.(2)

در سال 1958 دومین گروه بزرگ مقالات منتشر شد. این گروه مقالات، مقالات ارائه شده در سال 1947 را اصلاح کرده و گسترش دادند و همچنین روش‌های پیشرفته‌تری برای مسئله به کمک "تئوری‌بازی" یا "روشهای شبیه‌سازی" ارائه کردند. (2)

گروه سوم این مقالات در سالهای 1968 و 1969 توسط eelgnir , doow انتشار یافتن مفاهیم اصلی ارزیابی و تداوم رادر سیستمها تشریح کردند . (2)

که ما دراین مقاله بصورت کامل به این بحث پرداخته ایم. ابتدافصل اول مختصری درموردتوان راکتیووضرورت میدان ان بحث شده است. درفصل دوم تعریفی کلی وجامع برای قابلیت اطمینان ارایه ومفاهیم قابلیت اطمینان رابررسی کرده است دراین فصل درمورد توازن کیفیت و مسایل اقتصادی بحث شده است و قابلیت اطمینان را از دیدگاههای مختلف وسطح های مختلف شرح داده است. درفصل سوم روش های ریاضی برای محاسبه ارزیابی قابلیت اطمینان ارایه شده است. در فصل چهارم نقش توان راکتیو در قابلیت اطمینان سیستم های قدرت بطورکامل بررسی شده است.

فصل 1

توان راکتیو

توان راکتیو یک از مهمترین عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهره برداری سیستمهای قدرت است . در یک بیان ساده و بسیار کلی میتوان گفت از آنجاییکه امپدانسهای اجزاء سیستم قدرت بطور غالب راکتیو می باشند،انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتداو انتهای خط است.درحالیکه برای انتقال توان راکتیولازم است که اندازه این ولتاژهامتفاوت باشد.بنابراین باید توان راکتیو در بعضی از نقاط سیستم تولید و سپس به محلهای مورد نیاز منتقل شود. ولتاژها را باید در نقاط کلیدی کنترل کرده و یا حمایت یا محدودیتی را به آن اعمال کنیم.این عمل کنترل می تواند در سطح وسعی بوسیله تولیدیا مصرف توان راکتیودر نقاطکلیدی صورت گیرد.در عمل تمام تجهیزات یک سیستم قدرت برای ولتاژ مشخصی،ولتاژنامی، طراحی می شوند.اگر ولتاژازمقدار نامی خودمنحرف شود ممکن است باعث صدمه رساندن به تجهیزات سیستم ویا کاهش عمر آنهاگردد. بنابراین تثبیت ولتاژنقاط یک سیستم قدرت کاملاً ضروری است.بدیهی است که کنترل ولتاژتمام نقاط سیستم از لحاظ اقتصادی عملی نمی باشد.از طرف دیگر کنترل ولتاژدر حد کنترل فرکانس ضرورت نداشته ودر بسیاری از سیستمهای خطای ولتاژدر محدوده تنظیم می شود.توان راکتیو مصرفی بارها در ساعات مختلف در حال تغییر است،لذا ولتاژ وتوان راکتیوبایددائماًکنترل شوند.در ساعات پربار بارهاقدرت راکتیوبیشتری مصرف می کنندو نیاز به تولید قدرت راکتیوزیادی در شبکه می باشد.اگر قدرت راکتیو مورد نیاز تامین نشوداجباراًولتاژ نقاط مختلف شبکه کاهش یافته و ممکن است از محدوده مجاز خارج شود.

نیروگاهها دارای سیستم کنترل ولتاژهستندکه کاهش ولتاژ را حس می کنندوفرمان کنترل لازم را برای بالا بردن تحریک ژنراتورو در نتیجه افزایش ولتاژژنراتور تا سطح ولتاز نامی صادرمی کند.با بالا بردن تحریک،قدرت راکتیوتوسط ژنراتورها تولید می شود.لیکن قدرت راکتیو تولیدی ژنراتورهابخاطر مسایل حرارتی سیم پیچ ها محدود بوده و ژنراتورها به تنهایی نمی تواند در ساعات پربار تمام قدرت راکتیو مورد نیاز سیستم را تامین کنند.بنابر این در این ساعات به وسایلی نیاز است که بتوانند قدرت راکتیو به شبکه تزریق نمایندتا سطح ولتاژدر محدوده مجاز قرار گیرند.در ساعات کم بار،بارها وعناصر شبکه قدرت راکتیومصرف می کنند و کاپاسیتانس خطوط انتقال باعث اضافه شدن قدرت راکتیو تولیدی در شبکه می گردد. در این حالت ژنراتورها بصورت زیر تحریک بکار اقتاده و مقداری از قدرت راکتیو مصرفی ژنراتورها نیز محدود بوده وژنراتورها نمی توانند به تنهایی مساله اضافه تولید قدرت راکتیووافزایش ولتاژ ناشی از آن را حل کنند.بنابراین به وسایلی که بتوانند در این ساعات قدرت راکتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند نیاز می باشد.

درسنوات خیلی دوردر روند رشد شبکه های قدرت با حمایت ولتاژو بهبود توانایی انتقال توان از کندانسورهای سنکرون استفاده گردید.همزمان در سیستم توزیع از خازنهای موازی برای بهبود پروفایل ولتاژوکاهش بارگیری خط وتلفات استفاده شد.توسعه سریع واقتصادی بودن خازنهای موازی منجر به جایگزینی آنها با کندانسورهای سنکرون در سیستمهای انتقال گردید.ملاحظه گردید که عملاً میتوان انچه را که کندانسورهای سنکرون انجام می داده اند از سوییچ کردن خازنهای موازی با هزینه ای خیلی کمتر بدست اورد. به طور کلی کنترل توان راکتیو و ولتاژ از 3 روش اصلی زیر انجام می شود:

1- با تزریق قدرت راکتیو به سیستم توسط جبران کننده هایی که به صورت موازی متصل می شوند ( مانند خازن – راکتور- کندانسور سنکرون و جبران کننده های استاتیک)

2- با جابه جا کردن قدرت راکتیو در سیستم توسط ترانسفورماتورهای متغیر

3- از طریق کم کردن راکتانس القائی خطوط انتقال با نصب خازن سری.

1-1) دلایل اهمیت توان راکتیو: (4)

دلیل1): با توجه به قیمت سوخت،نیاز به بهره برداری بهینه از سیستمهای قدرت افزایش یافته است.برای توزیع یک مقدار معین توان به حداقل رساندن پخش توان راکتیو کل،تلفات کاهش می یابد.این اصل می تواند در شکل ساده یک خازن اصلاح کننده ضریب توان یک بار اندوکتیوی در قالب الگوریتمهای پیشرفته توسط کامپیوتر کنترل می شوند در سراسر سیستم اعمال گردد.