پايداري سيستم قدرت

1- تعريف پايداري سيستم قدرت

پايداري سيستم قدرت عبارت است از توانايي سيستم جهت بازيابي حالت تعادل پس از وقوع اغتشاش در آن، بطوريکه سيستم در عمل بدون تغيير باقي بماند. اين امر، به قابليت بازيابي و يا حفظ تعادل ميان بار مصرفي و توليد در سيستم قدرت بستگي دارد. بر این اساس، پایداری سیستمی که در معرض یک اغتشاش قرار گرفته است، علاوه بر اینکه به شرايط کار اوليه سیستم بستگی دارد، به طبيعت خطا نیز وابسته میباشد. در حقیقت، پايداري سيستم خاصيتي از عملکرد سيستم حول مسير تعادل ميباشد، بطوريکه در يک مسير تعادل، نيروهاي متقابل مختلفي وجود دارند که بطور لحظهاي با هم برابر هستند.

براي تشخيص پايداري سیستمی که در معرض اغتشاش قرار گرفته، لازم است که معمولاً شرايط اوليه سيستم پايدار فرض شود. به عنوان مثال، تغييرات پيوسته در بار ميتواند سبب ايجاد اغتشاشهايي کوچک در سيستم شود. بنابراين، سيستم بايد قادر به تعديل شرايط متغير بوده و بطور رضايت بخشي عمل کند. علاوه بر این، سيستم قدرت بايد قادر به تحمل اغتشاشهاي سخت از قبيل وقوع اتصالکوتاه در خطوط انتقال باشد. اغتشاشهاي بزرگ ميتوانند سبب تغيير توپولوژي شبکه شده و پيامدهاي متنوعي داشته باشند، که علت آن جداسازي بخشهايي از سيستم که دچار خطا شدهاند، ميباشد. با این حال، توجه به اين نکته حائز اهميت است که در وضعيتي که سيستم در حال تعادل است، امکان اينکه اين سيستم براي يک نوع از اغتشاش پايدار و براي نوعي ديگر از آن ناپايدار باشد، وجود دارد.

2- طبقهبندي پايداري سيستم قدرت

اگر چه انواع متفاوتي از ناپايداري در يک سيستم قدرت رخ ميدهد، اما نميتوان درک مناسب و برخورد موثري با اين پديده داشت. بنابراين، به دليل پيچيدگي مسائل پايداري، استفاده از فرضيات سادهسازي، انتخاب درجه مناسبي از شبيهسازي جزئيات سيستم و روشهای مناسب تجزیه و تحلیل در تحليل انواع پايداريها چارهساز خواهد بود. به عبارتی بهتر، در یک سیستم قدرت انواع مختلفی از تجهیزات وجود دارد که در بازههای زمانی مختلفی وارد مدار شده و یا سرعت عملکرد متفاوتی را به ازای بروز یک رخداد در سیستم دارند. در نتیجه، بر حسب اینکه مطالعات یک سیستم قدرت در چه بازه زمانی رخ میدهد، مدل کردن دقیق تجهیزات اهمیت پیدا میکند.

بر اين اساس، آخرين طبقهبندي پيشنهاد شده براي پايداري سيستمهاي قدرت توسط انجمن IEEE بر اساس ملاحظات ذيل صورت گرفته است ]1[:

ü طبيعت فيزيکي اغتشاش.

ü اندازه اغتشاش.

ü تجهيزات، فرآيندها و فاصله زماني در ارزيابي پايداري.

2-1- پايداري ولتاژ

پايداري ولتاژ به عنوان يكي از انواع پايداريها در سيستم قدرت عبارت است از توانايي سيستم قدرت جهت حفظ ولتاژهاي ماندگار قابل قبول براي تمام شينها بعد از وقوع يك اغتشاش نسبت به يك شرايط كار اوليه سیستم قدرت. مطالعات پایداری ولتاژ هم بصورت استاتیکی و هم بصورت دینامیکی صورت میگیرد ]1-3[. با این حال، به علت سادگی حل مسائل پایداری ولتاژ بر اساس مطالعات استاتیکی، استفاده از روشهای مبتنی بر مطالعات استاتیکی پایداری ولتاژ گستردگی بالایی دارد. روشهاي استاتيكي تحليل پايداري ولتاژ از قبيل؛ منحني P-V، منحني V-Q، شاخصهاي پايداري ولتاژ مبتني بر يكتايي ژاكوبين پخشبار مانند دترمینان و مقادیر ویژه بحرانی ژاکوبین پخشبار، روش پخشبار متوالي، شاخص L، شاخص VCPI و ...، میباشند که عمدتاً مبتني بر معادلات پخشبار ميباشند.

2-2- پايداري زاویهای رتور

پایداری زاویهای رتور^[1]، به قابلیت ماشینهای سنکرون سیستم قدرت به هم پیوسته جهت حفظ همگامی بین ژنراتورهای سیستم پس از وقوع اغتشاش اشاره دارد. در حقیقت این نوع از پایداریهای سیستم قدرت به حفظ و یا بازیابی تعادل میان گشتاورهای الکترومغناطیسی و مکانیکی^[2] هر ژنراتور سیستم بستگی دارد. این موضوع بیانکننده این است که توان خروجی ژنراتورهای سنکرون به زاویه رتور ژنراتورها بستگی دارد. همانطورکه اشاره شد، تعادل میان گشتاورهای الکترومغناطیسی و مکانیکی در حفظ پایداری زاویهای ژنراتورها دارای اهمیت بالایی است. گشتاور الکترومغناطیسی، از دو نوع گشتاور شامل گشتاور همگامساز^[3] و گشتاور میراکننده^[4] تشکیل شده است که وجود هر دو نوع این گشتاورها در هر ژنراتور برای حفظ پایداری سیستم الزامی میباشد. به عنوان مثال، عدم وجود گشتاور سنکرونکننده سبب بروز نوسانات غیر متناوب^[5] در سیستم میگردد. این در حالی است که عدم کفایت گشتاور میراکننده، نوسانات ناپایدار^[6] را در سیستم منجر خواهد شد.

همانطورکه در شکل 41 نشان داده شده است، پایداری زاویهای رتور شامل پایداری زاویهای سیگنال کوچک رتور^[7] و پایداری گذرا^[8] میباشد که هر دو حالت در بازه زمانی کوتاه مدت مورد بررسی قرار میگیرند؛

پایداری زاویهای سیگنال کوچک رتور، قابلیت حفظ همگامی سیستم تحت بروز اغتشاشهای کوچک را بیان میکند. این نوع ناپایداری تحت دو شرط یعنی کمبود گشتاور سنکرونکننده و یا کمبود گشتاور میراکننده در سیستم رخ میدهد. به طور معمول، بازه زمانی مطالعه پایداری زاویهای سیگنال کوچک رتور 10 تا 20 ثانیه است. در نتیجه، بطور معمول تغییرات پارامترهای برخی از تجهیزات سیستم که دینامیک کندی دارند، در مطالعات این نوع پایداری، ثابت در نظر گرفته میشود.

پایداری گذرا، قابلیت سیستم قدرت برای حفظ همگامی در هنگام بروز اغتشاشهای بزرگ مانند خطای اتصالکوتاه در طول خطوط انتقال را بیان میکند. با این حال، امروزه با گسترش استفاده از تجهیزات حفاظتی پیشرفته و نیز وجود سیستمهای تحریک سریع، پایداری گذرا به میزان مطلوبی تحت کنترل قرار گرفته است.

2-3- پايداري فرکانسی

یکی از مهمترین شاخصهای نمایانگر وضعیت سیستم قدرت فرکانس سیستم است. فرکانس در واقع تعادل بین بار مورد نیاز در سیستم قدرت و میزان توان تولیدی ژنراتورها را نشان میدهد. به بیانی دیگر، هنگامی که ژنراتورهای سیستم قدرت قادر به تأمین بار مورد نیاز باشند، فرکانس سیستم در رنج مجاز باقی میماند و در غیر اینصورت فرکانس ممکن است با تولید اضافی توان افزایش و با کمبود توان تولیدی کاهش یابد. بنابراین، پایداری فرکانسی^[9] قابلیت سیستم قدرت را در حفظ فرکانس حالت ماندگار سیستم قدرت بیان میکند. این پایداری زمانی برقرار خواهد بود که تعادل میان بار و تولید در سیستم وجود داشته باشد.

[1] . Rotor Angle Stability

[2] . Electromagnetic Torque and Mechanical Torque

[3] . Synchronizing Torque

[4] . Damping Torque

[5] . Aperiodic or Nonoscillatory

[6] . Oscillatory Instability

[7] . Small Signal/Disturbance Rotor Angle Stability

[8] . Transient Stability or Large Disturbance Rotor Angle Stability

[9] . Frequency Stability

تفاوت اینورتر های متصل به شبکه و منفصل از شبکه...