بررسی پایداری سیستم های قدرت ( از دید:کلی، فرکانس،ولتاژ)حالتهای گذرا

[spow 44197]

بررسی پایداری سیستم های قدرت ( از دید:کلی، فرکانس،ولتاژ)

 

انواع پديده گذرا در سيستم هاي قدرت

1- اضافه ولتاژهاي موقت : (Tran Siant)

اين اضافه ولتاژها داراي فركانس 50 هرتز و زمان سوارشدن اين موج برروي موج اصلي حدود ميلي ثانيه است. پس در اين حالت چونكه مدت زمان اين حالت گذرا بسيار زياد مي باشد از لحاظ انتخاب دستگاههاي حفاظتي بسيار مهم مي باشد.

در طراحي كليدهاي قدرت وبرقگير و خازن هاي برقگير حالت Transiant به دليل زمان زيادش مد نظر مي باشد. براي بررسي بيشتر مي توانيم بگوئيم كه اين نوع پديده از تخليه الكتريكي جوي روي خطوط انتقال و قطع و وصلهاي سريعي كه معمولا در شبكه ايجاد مي گردد ناشي مي شود.

اين حالتهاي گذرا سرشتي كاملا الكتريكي دارند و تنها در خطوط انتقال سيستم هاي قدرت ديده مي شوند. از نظر فيزيكي اختلالي از اين نوع منجر به يك سري موج الكترومغناطيسي مي شود كه با سرعتي نزديك به سرعت نور در طول خطوط منتشر مي شود و موجب افزايش دامنه امواج برگشتي در پايانه هاي خط مي گردد. كه بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طي چند ثانيه به دليل تلفات موجود در خطوط ، اين امواج تضعيف مي شوند و پس ازچند رفت و برگشت اين امواج ميرا مي‌گردند يعني از بين مي روند.

اندوكتانس بزرگ ترانسفورماتورها در اغلب مواقع به طور موثري مانع از ورود اين اختلالات به سيم پيچهاي ژنراتور مي شود ولي برگشت اين اختلالات موجب توليد موجهاي با دامنه ولتاژ زياد مي شود ولي برگشت از اين اختلالات موجب توليد موجهاي با دامنه ولتاژ زياد مي شود كه قادر است عايق تجهيزات فشار قوي را لطمه بزند. بارهاي الكتريكي گذرا مي توانند از طريق برقگيرها به زمينه انتقال يابد. ولي اگر عايق تجهيزات يا خطوط آسيب ببينند اين امواج گذرا منجر به حالتهاي گذراي جديدي از نوع كند مي شوند.

2- اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني (Fast Transiant)

اين اضافه ولتاژها ناشي از قطع ووصل كليدها مي باشد كه فركانسي در حدود 50 هرتز تا 20 كليوهرتز مي باشد كه مدت زمان اثر اين امواج گذراي سريع در حدود ميكروثانيه است.

3- اضافه ولتاژ هاي صاعقه (Fast Transiant)

اضافه ولتاژهاي تخليه جوي داراي فركانس بالايي هستند اين فركانس در حدود 10 كيلوهرتز تا 3 مگاهرتز مي باشند و مدت زمان گذر اين موج در حدود نانوثانيه است.

4-اضافه ولتاژهاي مربوط به پست (Very Fast Transiant GIS)

اين اضافه ولتاژها مربوط به پستهاي (SF6) مي باشند و داراي فركانسي در حدود 100 كيلو هرتز تا 5 مگاهرتز و مدت زمان اثر اين موج نانوثانيه مي شود.

[spow 44197]

دسته بندي حالتهاي گذرا

 

حالتهاي گذرا را در قبل بر اساس فركانس و زمان اثر آنها برشمرديم حال به بررسي اين پديده‌ها و علل و بروز آنها و سرعت آنها مي پردازيم.

الف) حالتهاي گذرا فوق سريع – ( پديده موج)

اين نوع پديده هاي گذرا از تخليه الكتريكي جوي روي خطوط انتقال و قطع و وصل هاي سريع كه معمولا در شبكه ايجاد مي گيرد ناشي مي شود. اين حالتهاي گذرا سرشتي كاملا الكتريكي دارند و تنها در خطوط انتقال ديده مي شوند. از نظر فيزيكي اختلال از اين نوع منجر به يك موج الكترومغناطيسي مي شود كه با سرعتي نزديك به سرعت نور در طول خطوط منتشر مي شود و موجب افزايش دامنه امواج برگشتي در پايانه هاي خط مي گردد كه بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طي چند ثانيه به دليل تلفات موجود در خطوط اين امواج به صورتي تضعيف مي شوند و پس از چند رفت و برگشت از بين مي روند.

اين حالتهاي گذرا باعث صدمه رساندن به عايقهاي ترانسها و ژنراتورهاي سنكرون و عايق خطوط و همچنين موتورهاي سنكرون مي گردند كه پس از صدمه رساندن به عايق ومقره ها باعث مي گردند كه اتصال كوتاهي يا حالت گذرا خطايي در آن نقطه بوجود بيايد. كه در تست عايقي انواع مقاومت در مقابل اضافه ولتاژها و همچنين اتصال كوتاهها و صاعقه ها در آزمايشگاه فشار قوي اين موارد مورد بررسي كافي قرار مي گيرند كه براي جلوگيري و يا حتي عدم بروز جنين حالت گذرايي منجر به طراحي مقره ها و يا حتي منجر به طراحي فاصله هوايي مناسب و طراحي و ساخت عايقهايي كه قدرت تحمل ولتاژهاي گذرا را داشته باشند و حتي در مواردي هم كه بتوانيم صدمه زدن ولتاژهاي گذرا به تجهيزات جلوگيري كنيم. برقگيرهايي را با توجه به امواج گذراي آن طراحي مي كنيم. كه براي محافظت از تجهيزاتي مثل ترانس و ژنراتور در كليدهاي قدرت آنها برقگيرهايي مناسب نصب مي كنند تا بارهاي الكتريكي گذرا از اين طريق به زمين انتقال پيدا كند كه همانطور كه ديديم اين قسمت از حالتهاي گذرا مبنايي براي انتخاب سطح عايق بندي و تجهيزات خط خواهد بود.

ب) حالتهاي گذراي نيمه سريع «‌پديده اتصال كوتاه »

تعداد زيادي اتصال كوتاه كه در خطوط انتقال بدون حفاظ روي مي دهند ناشي از شكست الكتريكي عايقها براثر موجهاي توليد شده مي باشند. و يا خرابي در مقره ها و عواملي مثل باران و برف و يخ زدگي مقره ها و همچنين برخورد اجسام خارجي با خطوط و ساير عوامل مكانيكي ديگر باعث چنين پديده اي مي گردد. بدين منظور است كه در سيستم ما انواع و اقسام اتصال كوتاههاي خطوط اتفاق مي افتد كه به بررسي انواع اتصال كوتاهها مي پردازيم.

[spow 44197]

1- اتصال كوتاه براثر برخورد سه فاز به يكديگر بوجود مي آيد . اتصال سه فاز ممكن است مستقيما و با امپدانس صفرصورت گيرد و يا از طريق سه آمپدانس مساوي Zf بين هر فاز و نقطه صفر(زمين)‌بوقوع بپيوندد.

2- اتصال كوتاه دوفاز به همديگر

در اين صورت بايد دو وضعيت مورد بررسي قرار گيرد. در حالت اول دوفاز فقط به يكديگر وصل مي شوند. ودر حالت دوم دوفاز همزمان به زمين نيز متصل مي گردند.

3- اتصال كوتاه يك فاز به زمين :در حالتي است كه فقط براي يك فاز حطا اتفاق بيافتد و دو فاز ديگر سالم هستند.

4- از هم گسيختگي و يا پارگي هاديهاي خط انتقال

اغلب اتصال كوتاهها در سيستم هاي قدرت بيش از 75% از نوع اتصال كوتاه يك فاز به زمين مي باشد كه معمولا براثر شكست الكتريكي و ايجاد جرقه روي مقره ها پديد مي آيند. احتمال وقوع اتصال كوتاه دوفاز نيز بيشتر از اتصال كوتاه متقارن مي باشد. گرچه احتمال وقوع اتصال كوتاه متقارن بسيار كم ( حدود 5%) مي باشد ليكن بسياري از محاسبات كلاسيك سيستم ها نظير انتخاب كليدهاي قدرت بررسي پايداري گذرا و حفاظت از سيستم هاي قدرت برمبناي جريانهاي اتصال كوتاه متقارن بنا شده اند.

ظرفيت انتقال قدرت يك خط انتقال براثر اتصال كوتاه متقارن به صفر مي رسد در حاليكه در اتصال كوتاههاي نامتقارن قسمتي از قدرت قبلي خط منتقل مي گردد.

علاوه بركاهش ظرفيت انتقال قدرت ، جريانهاي زياد اتصال كوتاه مي تواند به وسائل و تجهيزات سيستم آسيب برساند و لذا محل هاي اتصال كوتاه شده در اسرع وقت بايد از سيستم قدرت جدا شوند.

بنابر اين مطالعه سيستم قدرت در شرايط اتصال كوتاه براي حفاظت سيستم و تعيين مقادير نامي كليدهاي قدرت در رله ها و وسايل حفاظتي و برق گيرها كاملا ضروري مي باشد.

بسياري از اتصال كوتاهها موقتي بود و بخودي خود برطرف مي گردند. بهمين منظور در عمل در بعضي نقاط سيستم از كليدهاي وصل مجدد استفاده مي گردد. اين كليدها پس از وقوع اتصال كوتاه يك يا دوبار و يا بيشتر وصل مي شوند تا از برطرف شدن اتصال كوتاه مطمئن شونداگر پس از يك ، دو يا چند باروصل مجدد هنوز اتصال كوتاه برقرار باشد كليد به طور دائمي بازخواهند ماند. زمان كلي عمل اين كليدها ممكن است تا يك ثانيه نيز بطول انجامد.

اتصال كوتاه متقارن باعث مي شود تا ظرفيت انتقال توان يك خط به سرعت صفر برسد، اتصال كوتاههاي دوفاز باهم و زمين تكفاز بازمين باعث از كارافتادن خط خواهد شد.

اتصال كوتاههايي كه در سيستم روي مي دهند نه تنها باعث قطع كامل شارژ انرژي ، باعث افزايش انرژي در بخشهايي از سيستم مي شوند. بلكه دامنه خودآنها ممكن است به مراتب بيشتر از جريان نامي ژنراتورها و ترانسفورماتورهاي سيستم باشد. كه تداوم شارژ چنين جريانهايي باعث بالارفتن دماي تجهيزات و آسيب رساندن به سيستم قدرت وتجهيزات و ژنراتورها مي‌باشد.

ج) حالتهاي گذراي كند ( پايداري در شرايط گذرا)

يك اتصال كوتاه باعث فروپاشي ولتاژهاي باس سيستم است. با كاهش ناگهاني ولتاژهاي ژنراتور توان خروجي آن بي آن نيز به سرعت كاهش مي يابد. چون در لحظاتي پيش از آنكه كنترل كننده هاي مكانيكي توربين وارد عمل شوند. توان ورودي به ژنراتور ثابت ميماند. در نتيجه هر كدام از ژنراتورها در معرض يك گشتاور شتاب دهنده واقع مي شوند كه در صورت تداوم ميتواند به خطرناك ترين حالتهاي گذاري يك سيستم قدرت يعني نوسانات مكانيكي روتور ماشين سنكرون منجر مي شود (SSR) كه چنين اتفاقي باعث خاموشي بخشي از سيستم قدرت يا تمامي آن مي‌شود.

[spow 44197]

پایداری دینامیکی سیستم های قدرت

 

پايداري ديناميكي سيستمهاي قدرت بهم پيوسته از اهميت زيادي برخوردار است . يكي از عواملي كه پايداري اين سيستمها را تهديد مي‌كند نوسانات الكترومكانيكي ژنراتورهاي بهم پيوسته مي‌باشند. فركانس اين نوسانات در حدود كسري از يك تا چند هرتز بوده و فاكتورهاي متعددي از جمله شرايط كار، مشخصات بار، امپدانس و قدرت عبوري از خطوط ارتباطي، خازنهاي سري و تنظيم كننده‌هاي ولتاژ در ناپايداري اين نوسانات مؤثر مي‌باشند. از طرف ديگر وقتي كه سيستمهاي بزرگ مورد مطالعه و بررسي قرار مي‌گيرند، ابعاد مسائلي نظير مدلسازي، شبيه‌سازي و كنترل همراه با افزايش ابعاد سيستم افزايش مي‌يابد. افزايش پايداري ديناميكي سيستمهاي قدرت در رژيمهاي كاري مختلف توسط روشهاي كنترل سيستم مورد تحقيق بسياري بوده‌است و بعضا" كاربرد اين روشها باعث پايداري و افزايش كارائي شبكه‌هاي قدرت شده‌است . اما در مواردي نيز بعلت اقتصادي نبودن و پيچيده بودن استراتژي كنترل اين روشها بكار گرفته نشده‌است . از جمله روشهاي كنترل بهينه كه گرچه در افزايش پايداري سيستم بسيار مؤثر مي‌باشد ليكن بعلت پيچيدگي ناشي از دخالت متغيرهاي زياد و گران بودن ايجاد حلقه‌هاي متعدد فيدبك كه اكثرا" با تخمين زننده‌هاي متغير حالت همراه مي‌باشد كاربرد آنها محدود مانده‌است . در روشهاي كنترل زير بهينه با كاهش منطقي و صحيح متغيرهاي موجود و فقط استفاده از حلقه‌هاي فيدبك مؤثر مي‌توان از پيچيدگي و گراني سيستم كنترل بمقدار زياد كاست و در نتيجه عملي بودن آن را تضمين نمود. در رساله حاضر پايداري ديناميكي يك سيستم چند ماشينه با استفاده از تحليل مقادير ويژه مورد بررسي قرار گرفته‌است . به منظور ميرانمودن نوسانات ناپايدار و يا افزايش پايداري ديناميكي از كنترل كننده‌هاي بهينه و زيربهينه براساس روشي مبتني بر تعيين حساسيت مقادير ويژه استفاده شده‌است . پاسخ ديناميكي سيستم در هنگام ايجاد اغتشاش با استفاده از اين كنترل كننده‌ها توسط كامپيوتر محاسبه شده و مقايسه گرديده‌است . لازم به يادآوري است كه براي مدلسازي شبكه از روش پيوستن اجزاء استفاده شده‌است كه براي بدست آوردن معادلات نهائي يك سيستم بزرگ با جزء كردن و استفاده از ماتريسهاي ارتباطي، كار مدلسازي را بمقدار زيادي تسهيل مي‌نمايد.

مطالعه بهنگام و سريع حالت گذراي سيستم‌هاي قدرت يكي از وظايف ضروري مراكز كنترل شبكه مي‌باشد تا در صورت پديد آمدن اغتشاش‌هايي همچون اتصال كوتاه، باز شدن خط، قطع ناگهاني توليد و ... ضمن بررسي پايداري گذراي سيستم راه حل مناسب جهت جلوگيري از ناپايداري آنرا ارائه داده و بدينوسيله قابليت اطمينان سيستم را افزايش دهد. همچنين اين مطالعه مي‌تواند ابزار مناسبي براي طراحي شبكه‌هاي پايدارتر و مطمئن‌تر باشد. روش‌هاي معمول مطالعه پايداري گذرا پس از بدست آوردن مدل رياضي سيستم در حالت گذرا كه يك دستگاه معادلات ديفرانسيل بشدت غيرخطي، تزويج شده و با ابعا بزرگ مي‌باشد به حل عددي آن پرداخته و پس از تجزيه و تحليل نتايج آن پايداري گذراي سيستم را تشخيص مي‌دهد. اين روش براي سيستم‌هاي قدرت واقعي اتلاف وقت زيادي را در بر دارد بطوريكه رسيدن به اهداف فوق را غيرممكن مي‌سازد. بدين علت سعي بر آن است از روش‌هايي استفادهشود كه بدون نياز به حل معادلات مربوطه، مستقيما، پايداري سيستم را تشخيص دهد. يكي از اين روشها كه براساس تئوري پايداري سيستم‌هاي غيرخطي شكل گرفته است ، روش تابع انرژي مي‌باشد. اين روش پس از تعيين يك تابع انرژي مناسب كه انرژي گذراي سيستم را بخوبي توصيف مي‌كند به محاسبه تابع در لحظه برطرف شدن اغتشاش در شبكه مي‌پردازد تا بدينوسيله مقدار انرژي تزريق شده به شبكه در حين اغتشاش را بدست آورد. حال چنانچه مقدار اين انرژي از حد معيني كه انرژي بحراني ناميده مي‌شود كمتر باشد حالتهاي سيستم درون ناحيه پايداري يا دامنه جذب نقطه تعادل پايدار پس از اغتشاش قرار داشته و سيستم بصورت مجانبي پايدار مي‌باشد و پس از طي شدن حالت گذرا به نقطه تعادل پايدار پس از اغتشاش نشست خواهد كرد ولي آنچه انرژي تزريق شده به شبكه در حين اغتشاش بيش از انرژي بحراني باشد سيستم ناپايدار خواهد شد. تا اين حد روش تابع انرژي بسيار سريع و موفق مي‌باشد ولي قسمتي كه هنوز تحقيق بيشتري را مي‌طلبد تعيين انرژي بحراني سيستم مي‌باشد. انرژي بحراني سيستم در واقع مقدار تابع انرژي سيستم در نقطه تعادل ناپايدار كنترل كننده (Controlling Unstable Equilibrium Point) سيستم پس از اغتشاش مي‌باشد. روشهاي مستقيم محاسبه اين نقطه تعادل (مثل روش نيوتن رافسن) اگر چه سريع هستند ولي قدرت همگرايي خوبي ندارند و روش‌هاي غيرمستقيم كه در واقع تكنيك‌هاي حداقل‌يابي مي‌باشند (همچون تكنيك حداقل‌يابي نيوتن) اگر چه داراي قدرت همگرايي مناسبي هستند ولي نسبتا" وقت‌گير مي‌باشند. در اين پايان نامه استفاده از روش تكه‌اي خطي كردن معادلات جهت محاسبه نقاط تعادل سيستم قدرت پيشنهاد شده است كه داراي قدرت همگرايي خوب و سرعت مناسب مي‌باشد. استفاده از روش تابع انرژي منحصر به تشخيص مستقيم پايداري گذرا نمي‌شود بلكه از آن مي‌توان جهت يافتن ماشين‌هاي همسان (Coherent) در سيستم قدرت استفاده نموده و پس از شناسائي دقيق دسته ماشين‌هاي همسان، هر يك را با ماشين معادل مربوطه جايگزين نمود. بدين ترتيب ابعاد سيستم قدرت در مطالعالات ديناميكي، بطور مؤثري كاسته شد و زمان و حجم حافظه كمتري در شبيه سازي مربوطه استفاده خواهد شد.

تحليل مسايل مهندسي در ابعاد بزرگ و پيچيده بسيار فراتر از توانايي انسان است.بسياري از مسايل مهندسي در عمل در گروهي قرار ميگيرند كه نمي توان براي آنها راه حل تحليلي بدست آورد.يك چنين مشكلي باعث گرديد كه كامپيوتر و تكنيكهاي عددي بعنوان يك ابزار قوي محاسباتي راه خود را دربررسي مسايل مهندسي باز كنند.

[spow 44197]

پيشرفت بسيار سريع در سرعت كامپيوترها كه منجر به افزايش سرعت محاسبات شده است باعث گرديد كه آناليز عددي نقش مهمي در شبيه سازي مدلهاي عناصر قدرت در حالت گذرا پيدا نمايند. در حقيقت بكارگيري و اعمال مؤثر تكنيكهاي عددي در برنامه هاي كامپيوتري ما را قادر ساخت مسائلي را كه قبلأ حل آنها امكان پذير نبود بتوان با دقت بسيار بالايي حل نمود. يكي از مسايل عمده مهندسي قدرت كه اينگونه پيشرفتها به حل و بررسي آن بسيار كمك نمود مطالعه حالت گذرا در شبكه هاي قدرت بود.در اين ميان با توجه به وجود عناصر غير خطي و تاثير آنها در مقادير ولتاژ و جريان در شبكه هاي الكتريكي از آناليز حوزه زمان بجاي حوزه فركانس استفاده مي شود.

آناليز هر مسئله در مهندسي برق در حالت گذرا و بخصوص در گرايش قدرت در ابعاد بزرگ با مدلسازي عناصر قدرت شروع ميگردد. مدل هرعنصر الكتريكي در حوزه زمان معمولأ شامل يك دسته معادله ديفرانسيل است كه درآن متغيير مستقل زمان و متغييروابسته يك پارامتر فيزيكي مانند ولتاژ،جريان ،توان و يا انرژي است.

 

بسياري از افراديكه با بررسي حالت گذرا در شبكه هاي قدرت رودررو هستند به تنوع روشهاي حل معادلات ديفرانسيل آگاه هستند وجود چنين تنوع بزرگي از روشها كه هر كدام داراي مزايا و معايبي نسبت به يكديگر مي باشند باعث ايجاد سر در گمي در انتخاب روش مناسب ميگردد. در اين گزارش روشن سازي بعضي از مزايا و معايب روشها ما را در تهيه برنامه اي عمومي كه قادر به شبيه سازي هر شبكه الكتريكي ( تمامي تجهيزات در يك پست ) باشد ياري مي رساند.در حقيقت هدف اصلي ايجاد يكسري قواعد براي انتخاب روش حل است. چون عمده تجهيزات در سيستمهاي قدرت بصورت خطي رفتار ميكنند تاكيد اصلي بر حل شبكه در حالت خطي ميباشد ليكن چگونكي حل سيستم با وجود عناصرغير خطي نيز مورد توجه قرار خواهد گرفت كه در گزارشهاي بعدي عناصر غير خطي و روش حل در سيستمهايي كه عناصر غير خطي مانند برقگير يا منحني اشباع ترانسفورماتور لازم است شبيه سازي گردند مورد توجه قرار مي گيرند.

همچنانكه مشخص است تحليل شبكه‌هاي قدرت مي‌تواند در دو حالت مختلف صورت گيرد. يكي در حالت مانا و ديگري در حالت گذرا . در تحليل حالت مانا فرض براين است كه سيستم به حالت دائمي خود رسيده است اما در حالت گذرا همانطوري كه از نام آن پيداست به تحليل لحظه به لحظه پارامترها در حوزه زمان پرداخته مي‌شود.

 

همانطور كه مشخص است پديدة حالت گذرا يكي از مسائل مهم در سيستم‌هاي قدرت مي باشد، چراكه ممكن است بروز يك حالت گذرا نهايتاً منجر به اضافه ولتاژهايي گردد كه بر روي تجهيزات بخصوص تجهيزات نصب شده در پستها تاثير نامطلوبي بگذاردو يا باعث آسيب‌هاي جدي در ديگر تجهيزات گردد. در اين راستا شبيه سازي اين حالتهاي گذرا مي‌تواند كمك بسيار بزرگي در تحليل شبكه‌هاي قدرت و مبحث هماهنگي عايقي در پستها باشد.

از سوي ديگر براي تحليل حالات گذرا مي‌بايستي مدل دقيق عناصر استفاده گردد در حالي كه در تحليل حالت مانا بسياري از عناصر با مدل ساده شدة جايگزين مي‌گردند.

بسياري از نرم افزارهاي موجوددر شبكه براساس نياز شبكه هاي قدرت معمولا به بررسي حالات پايدار مي‌پردازند كه از آن جمله مي‌توان به نرم افزارهاي پخش بار ( Load flow) اشاره كرد در حاليكه نرم افزارهاي موجود براي شبيه سازي سيستمهاي قدرت در حالت گذرا اندك مي باشند .

يكي ازنرم افزارهاي بسيار كارآمد در حل حالات گذرا نرم افزار EMTP مي‌باشد. اين نرم افزار با دقت بسيار بالا قادر به شبيه سازي حالات گذرا مي باشد، اما اين نرم افزار جعبه ابزاري جهت محاسبة استفاده از بانكهاي اطلاعاتي و نيز حل تكراري در مبحث هماهنگي عايقي پستها را ندارد. به همين دليل لازم است برنامه اي با تاكيد بر امكان مدلسازي تجهيزات پستها در شرايط گذرا تهيه گردد تا بتوان مبحث هماهنگي عايقي در پستها را براحتي و با سرعت بالا انجام داد. از سوي ديگر با توجه به اينكه اين نتايج نياز به تجزيه تحليل و پردازش آماري دارند لذا اين موارد در تهيه برنامه نيز ديده خواهد شد تا ابزار كاملي در اختيار طراحان و تحليلگران سيستم قرار داده شود.

در اين گزارش ابتدا روشهاي حل معادلة ديفرانسيل ذكر شده سپس مختصري از چگونگي مدل‌سازي عناصر توضيح داده مي‌شود. سپس در گزارش ديگري چگونگي مدل سازي عناصر غيرخطي توضيح داده مي‌شود، چراكه در اين پروژه بررسي اثر برقگير بعنوان يك عنصر غير خطي در كاهش اضافه ولتاژ ها در پستها و نيز تاثير آن در انتخاب BIL ,BSL تجهيزات و نيز فواصل عايقي مورد بررسي قرار ميگيرد.

[spow 44197]

خب دیگه یخورده بیشتر از حدانتظارم کار میبرد برا ادامه دادنش میتونید متن کامل رو از دوتا فایل زیر دانلود کنید

درضمن موضوعات زیر هم مطرح شده اند که توصیه میکنم حتما دوتا فایل رو بگیرید

موفق باشیم

 

 

روشهاي حل عددي

براي حل عددي يك معادله ديفرانسيل معمولي يا دستگاه معادلات ديفرانسيل روشهاي زيادي وجود دارد. روشهاي حل عددي مي‌تواند از راههاي مختلفي مانند بسط تيلور، انتگرالگيري عددي و يا درون يابي و غيره بدست آيند.

 

اعمال قاعده انتگرال گيري براي سلف و خازن

در شبيه سازيهاي سيستم قدرت در حوزة زمان، قاعده انتگرال گيري اساس كار است. در اين قاعده، گام زماني، ماكزيمم فركانسي را كه مي‌تواند در شبيه سازي محاسبه شود مشخص مي‌كند و روش انتگرال گيري و گام زماني ميزان انحراف از جواب صحيح را تعيين مي‌كند.

 

 

تفسير مدل الكتريكي براي روش انتگرال گيري عددي

تمام روشهاي انتگرال گيري عددي، معادلات ديفرانسيل را به معادلات ديفرانس تبديل مي‌كنند. براي مثال تفسير الكتريكي براي معادله ديفرانس يك سلف، عبارت است از يك مقاومت كه با يك منبع جريان موازي شده است

 

انتقال توان الکتریکی

کنترل توان راکتيو بعنوان يک عامل حائز اهميت در طراحي و بهره‌برداري از سيستم‌هاي قدرت از ديرباز مورد توجه بوده است و امروزه اولا" به دليل فشار روزافزون در جهت بهره‌برداري با حداکثر راندمان و با قابليت اطمينان بالا و ثانيا" بخاطر توسعه انواع جديدي از جبران کننده‌هاي توان راکتيو با قابليت‌هاي برتر، از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است . پيشرفت الکترونيک قدرت ابزار قدرتمندي را در اختيار صنعت انتقال و توزيع انرژي الکتريکي قرار داده است . يکي از عمده‌ترين آنها که اخيرا" بطور گسترده مورد استفاده قرار مي‌گيرد، جبران کننده‌هاي توان راکتيو کنترل شده توسط تريستورها (SVC) مي‌باشد اين وسايل بطور موفقيت‌آميزي در جبران توان راکتيو در حالت ماندگار و گذراي شبکه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. کنترل و پايداري از مهمترين مسائلي هستند که بايد در شبکه‌هاي قدرت امروزي از ديد يک سيستم ديناميکي مورد مطالعه و تحقيق قرار گيرند. براساس نتايج آن توسعه آينده شبکه طراحي شده و شبکه موجود نيز بهبود يابد، اختلالاتي که در سيستم‌هاي قدرت اتفاق مي‌افتد باعث ايجاد نوساناتي در سيستم مي‌گردد که مي‌تواند پايداري ديناميکي سيستم را بخطر اندازد، يکي از عواملي که پايداري شبکه‌هاي قدرت را تهديد مي‌نمايد نوسانات فرکانس پائين در شبکه‌هاي بهم پيوسته مي‌باشد، لذا ميراي اين نوسانات يک امر ضروري براي اطمينان از عملکرد پايدار سيستم‌هاي قدرت مي‌باشد.

 

 

مقدمه اي بر سيستمهاي كنترل در نيروگاهها

 

كنترل و اتوماسيون يكي از مهمترين مباحث نيروگاهها مي‌باشد. بطور كلي سه عضو اصلي هر سيستم كنترلي، واحد اندازه‌گيري و واحد تغييردهنده كميت(Actuator) و كنترلر مي‌باشند. دو عضو اول در فيلد (جايي كه سيستم اصلي وجود دارد) و عضو سوم معمولا" در اتاق كنترل مي‌باشد.

 

نگاهي كلي بر تجهيزات حفاظتي

 

انواع رله هاي حفاظتي

 

 

مشخصه قطع رله هاي اضافه جريان

 

حفاظت ديستانس

 

 

تشخيص نوسان

در سيستمهاي قدرت بعلت تغييرات شديد باريا تغيير شكل شبكه ويا دفع كردن خطا در شبكه نقاطي شروع به نوسان كرده و پايداري گذراي شبكه را از بين مي برند. اين نقاط كم كم ميرا مي شوند و به يك پايداري مي رسند

 

 

رله هاي اضافه بار حرارتي

رله هاي اضافه بار از تجهيزات در برابر اضافه جريان در مدت طولاني حافظت مي كند. اگر زمان اضافه جريان طولاني شود از محدوده مجاز خارج مي شود.به علت اينكه خطوط انتقال در مجاورت هواي آزاد است گرما از طرف سيم با بيرون مبادله مي شود و اين نوع رله ها به ندرت استفاده مي شود . در شرايط نرمال نمي توان ازماكزيمم حد حرارتي خط استفاده كرد و افت ولتاژمجاز را نيز داشته باشيم .

 

 

قابليت اطمينان و دقت اين سيستم از آنجا ناشي مي‌شود كه سنسورها مجهز به ميكروپروسسور هستند و مثلا" در يك حلقه كنترلي، ميكروپروسسورهاي موجود در سنسور و شيرهاي كنترلي، مستقيما" با يكديگر اطلاعات را بصورت ديجيتالي رد و بدل مي‌كنند و نه به كمك مبدلهاي A/D و D/A كه خود منجر به بروز خطا مي‌شود. مزيت انتقال ديجيتالي در آن است كه نويزهاي موجود، به هيچ وجه نمي‌توانند كميت منتقله را دچار تغيير نمايند.

امكان دسترسي متنوع به يك سنسور هم به اين معني است كه مثلا" سنسور فشار كه وظيفه اصلي آن اندازه‌گيري فشار است، همزمان مي‌تواند دماي پروسه را هم اندازه‌گيري كرده و انتقال دهد.

 

تنظيمات و پيكربندي(Configuration) دستگاهها و همچنين كاليبره كردن آنها براحتي و از اتاق كنترل ميسر است.

كاهش حجم سيم‌كشي نيز با توجه به آنكه، همگي يا گروهي از سنسورها بر روي فقط يك كابل دو رشته نصب شده‌اند و نيازي به سيم‌كشي مجزا براي هر سنسور تا اتاق كنترل نيست، مشهود مي‌باشد.

بسياري از پروتكلهاي فعلي سنسورهاي هوشمند (smart) غير فيلدباس، مختص فقط كمپاني سازنده خود است. استفاده از اين محصولات، باعث وابسته شدن مصرف‌كننده به يك شركت خاص است و اگر در طرح توسعه، نياز به سنسوري خاص باشد كه آن شركت نداشته باشد، مصرف‌كننده مجبور است به 4 تا 20 ميلي آمپر برگردد. اما يك سيستم باز (Open system) ، چيزي دقيقا" مخالف مورد بالاست.

در يك سيستم باز، آخرين استانداردها براحتي در دسترس همگان است و شركتهاي متعدد مي‌توانند سنسورها و تجهيزات خود را مطابق آن ساخته و به دست مصرف‌كننده برسانند. مطابق اين استاندارد و وجود استاندار 4 تا 20 ميلي‌آمپر باعث شده است كه سنسورها و تجهيزات مطابق اين استاندارد، بتوانند بدون هيچگونه مشكلي كار كنند. اين موضوع را انطباق و يا توانايي كار با هم گويند (Interoperability) . فيلدباس اين موضوع را نيز پشتيباني مي‌كند.

سيستمهاي فيلدباس براي ايجاد ارتباط بهتر بين وسايل سطح field و واحد كنترل، درصنعت بوجود آمدند. نگاهي به روش قديمي‌تر انتقال اطلاعات، ما را با ضرورت استفاده از باس آشنا مي سازد. پس از كنترلرهاي پنيوماتيكي و همزمان با استفاده از كنترلرهاي الكتريكي، مقدار استاندارد جريان 4 تا 20 ميلي آمپر براي انتقال اطلاعات آنالوگ بصورت استاندارد پذيرفته شد. در اين كنترل كننده ها براي هر كدام از وسايل سطح فيلد، بايد يك جفت سيم از اتاق كنترل كشيده مي شد و ارتباط از طريق اين سيمها فقط در يك جهت انجام مي شد.

با پيشرفت تكنولوژي از شبكه هاي باس براي انتقال اطلاعات كنترل كننده هاي ديجيتالي جديد و ابزار دقيق هوشمند استفاده مي شد. به اين ترتيب نياز به استفاده از مبدلهاي D/A,A/D از بين مي رفت. در ضمن از آنجايي كه سيگنال ديجيتال بطوردائم بر روي خط نيست، امكان اتصال چند وسيله به اين خط انتقال دوطرفه ممكن مي شد. به اين ترتيب انتقال اطلاعات از طريق باس، با كاهش سيم كشي و وسايل جانبي همراه شده و جايگزين روش قديمي تر 4-20 مي شد.

باس هايي كه در سيستمهاي اتوماسيون صنعتي استفاده مي شوند ويژگيهاي ديگري را نيز بايد به همراه داشته باشند :

- داشتن يك پروتكل open براي اينكه كاربر بتواند از روي ابزار دقيق ساخته شده توسط سازندگان مختلف، در شبكه خود استفاده كند. (به اين صورت interoperability و interchangeability وجود خواهد داشت)

- امكان استفاده در محيط هاي خطرناك لازم مي دارد كه محيط انتقال اطلاعات هم در برابر انفجار، ايمن باشند. مثلاً براي سيستمهاي فيلدباس، مدل FISCO يك راه براي بيان شرايط ايمن انتقال اطلاعات است. در شبكه field ذاتآ ايمن ، جريان و ولتاژ به وسيله Safety barrier P.S ها محدود مي‌شود.

- در پروسه هاي پيچيده (وبخصوص) خطرناك امكان قطع شبكه و تعويض device هاي شبكه بدون shut down كردن پروسه وجود ندارد. براي همين هم بايد امكان plug & play بودن براي اين وسايل وجود داشته باشد.

- شبكه دو سيمه: براي كاهش هزينه ها ، كوتاه كردن سيم كشي و كم كردن تعداد safety barrier ها، بجاي شبكه 4 سيم از شبكه 2 سيم استفاده مي شود و توان لازم هم از طريق خط سيگنال منتقل مي شود.

- Baud rate انتقال داده بايد به اندازه اي باشد كه تضمين كند سيكل زماني شبكه، از كمترين زمان لازم براي تغييرات اطلاعات كمتر باشد.

- امكان استفاده از توپولوژيهاي مختلف براي باس مثلاً line , tree و… امكان‌پذير باشد.

- علاوه بر موارد بالا، شبكه ها بايد قابل انعطاف بوده و از نظر اقتصادي نيز به صرفه باشند. به اين منظور تعداد ابزار دقيق هوشمند استفاده شده، بايد حداقل شود. شبكه انتقال اطلاعات بايد سطوح مختلفي داشته باشد و امكان انتقال اطلاعات براي عمليات سريع و بلادرنگ نيز بايد وجود داشته باشد.

هزينه سيستمهاي فيلدباس با توجه به كاهش هزينه هاي كابل كشي، برنامه نويسي و نصب تا حدود 40 درصد كمتر از سيستمهاي قديمي تر 4 تا 20 ميلي آمپر است. قابليت انعطاف اين سيستمها بالا و خطا در آنها كمتر است. كامپيوتر هاو PLC ها به راحتي مي توانند در اين شبكه ها قرار بگيرند و سيستمهاي نظارتي بسيار پيشرفته در آنها استفاده مي شود. همچنين به علت خاصيت interoperability تضمين شده در سيستمهاي فيلدباس، انتخاب Device ها كاملآ آزاد و مستقل از يك سازندة خاص است.

در سيستمهاي فيلدباس، كنترل به صورت توزيع شده واقعي انجام مي پذيرد. به اين معني كه عمليات كنترلي به صورت توابعي تعريف شده، بين Device هاي تشكيل دهندة يك حلقه كنترلي تقسيم مي شوند و از كنترل متمركز موجود در سيستمهاي DCS تا حدودي بي نياز مي‌گرديم. يعني كه Device ها (ترانسيمترها و عملگرها) در فيلدباس هموشمند هستند. بنابراين مي‌توان دريك شبكه فيلدباس،آنها را جزئي از شبكه دانست. در واقع دامنه ديد در كنترل با فيلد باس، تا لايه فيلد، وسيع مي گردد.

به عنوان آخرين و شايد مهمترين ويژگي سيستمهاي فيلدباس ، متذكر مي شويم كه دسترسي به اطلاعات ،چه از نوع مهندسي و چه از نوع مديريتي در اين شبكه ها بسيار آسان است.با توجه به هوشمند بودن وسايل و توانايي آنها در تهيه و ارسال اطلاعات كاملي از شرايط و نحوه كاركردخود ، همه گونه اطلاعات مهندسي براي مرتفع كردن مسايل نگهداري ، تعميرات ، ايمني ،شرايط خاص و ... در دسترس است. همچنين اطلاعات مديريتي ، از قبيل مديريت نگهداري ، كيفيت ، بازرگاني و ... با توجه به قابليت موجود در سيستمهاي فيلد باس به طور قابل توجهي افزايش يافته اســت .

امروزه بيش از 100 نوع سيستم فيلدباس مختلف ارائه شده است كه تعداد كمي از آنها همه نيازهاي موجود در صنعت را به عنوان يك سيستم Field Network برآورده مي سازند.از ميان آنها دو سيستم فيلدباس مهم با يكديگر رقابت مي كنند؛ PROFIBUS كه در اروپا به وجود آمد و FOUNDATION Field bus كه در آسيا و آمريكا مورد استفاده قرار مي گيرد .

 

اهميت ارايه يك استاندارد جهاني براي فيلدباس، سازمانهايي مانند

- ISA (Instrument Society of America)

- IEC (International Electromecanical Commission

- Profibus (German National Standard)

- FIP (French national standard)

 

را بر آن داشت تا كميته فيلد باس SP50 (IEC/ISA) را تشكيل دهند.

 

در سال 1992 ، دو گروه كه شامل شركتهاي بزرگ جهاني بودند، هر كدام فيلدباس مربوط به خود را به بازار ارايه دادند. ضمن آنكه اعلام كردند كه به مجرد فرموله شدن استاندارد كميته SP50 ، محصولات خود را مطابق آن تغيير خواهند داد. اسامي اين دو گروه در زير آورده شده است :

- Interoperable System Project(ISP)

- World Factory Instrumentation Protocol(WorldFIP)

 

در سال 1994 ، دو گروه فوق نيز با هم متمركز شده و Foundation Fieldbus را در راستاي تسريع پروسه استانداردسازي فيلدباس، تاسيس كردند.

امروزه بيش از 100 نوع سيستم فيلد باس مختلف ارائه شده است كه تعداد كمي از آنها، همه نيازهاي موجود در صنعت را به عنوان يك سيستم Field Network برآورده مي سازند. از ميان آنها دو سيستم فيلدباس مهم با يكديگر رقابت مي كنند. Profibus كه در اروپا به وجود آمد و FOUNDATION Field bus كه در آسيا و آمريكا مورد استفاده قرار مي گيرد.

ساير سيستمهاي فيلدباس مطرح عبارتند از:

- INTERBUS – S

- DeviceNet

- ARCNET

- AS-I

- Seriplex

- LonWorks

- SDS

- ControlNet

- CANopen

- Ethernet

- Modbus Plus

- Modbus RTU/ASCII

- Data Highway Plus(DH+)

سيستم كنترل توزيع يافته (DCS)

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام