مهندسی برق

پایداری در سیستم قدرت
با مطالعه خاموشي هاي هاي مختلف(blackout) در نقاط مختلف جهان مشخص مي شود كه بيشترين عامل دراين خاموشي ها فروپاشي ولتاژ- (voltage collapse) و اضافه باري هاي پي درپي(cascade overloads) مي باشد كه به سبب تريپ هاي پي درپي رله ها و مدارشكن ها به وجود مي آيد. به همين دليل استفاده از ادو ات كنترلي و پايدارساز در سيستم قدرت مي تواند تا حد زيادي باعث بهبودي پايداري شبكه شود وبا بهينه شدن تعادل بين توليد و تقاضاي توان از اضافه باري خطوط، و فروپاشي ولتاژ ممانعت به عمل آيد.
 
تعاريف پايداري
پايداري سيستم قدرت طبق تعريف عبارت است توانايي سيستم قدرت در باقي ماندن در حالت تعادل در شرايط عملكردي عادي سيستم و به دست آوردن نقطه كار متعادل جديد پس از حادث شدن اغتشاش در آن. در حالت كلي در ادبيات سيستم قدرت با چهار نوع پايداري استاتيكي، ديناميكي، گذرا و ولتاژ مواجه هستيم:
 
پايداري استاتيكي
پايداري استاتيكي اشاره دارد به پايداري سيستم قدرت در اثر ايجاد تغييرات كوچك و پيوسته در بار وشرايط اوليه شبكه و باقي ماندن پايداري سيستم با وجود سيستم هاي تحريك و گاورنر هاي مرسوم
. براي بهبود پايداري استاتيكي مي توان اقدامات زير را انجام داد:
1.      افزايش سطح ولتاژ شبكه.
2.      افزودن خطوط جديد به سيستم انتقال.
3.      كاهش راكتانس سري خط با باندل كردن خطوط و نصب خازن هاي سري در خطوط انتقال و كاهش راكتانس سري ترانسفورماتورها (البته كاهش راكتانس سري ترانس ها نبايد زياد باشد تا سطح اتصال كوتاه بالا نرود).
 
پايداري ديناميكي
پايداري ديناميكي اشاره دارد به پايداري سيستم قدرت در برابر اغتشاشات ناگهاني ولي كوچك به طوريكه سيستم با معادلات ديفرانسيلي خطي توصيف مي شود وسيستم مي تواند به كمك كنترلرهاي پايدارساز شبكه(pss) پايداري خود را حفظ كند. مثال هاي نوعي عبارتند از نوسانات فركانس پايين شبكه ناشي از به هم پيوستن سيستم قدرت پيوسته، و يا نوسانات پيچشي نيروگاه هاي حرارتي به خاطر رزونانس زير سنكرون ناشي از نصب خازن هاي سري جبرانساز در خطوط انتقال.
 
پايداري گذرا
پايداري گذرا اشاره دارد به پايداري سيستم قدرت در برابر حادث شدن يك اغتشاش ناگهاني بزرگ كه ماوراي توانايي يك كنترلر خطي و پيوسته پايدارساز شبكه(pss) براي حفظ   پايداري شبكه مي باشد و ممكن است سيستم پايداري خود را در همان نوسانات اول از دست بدهد، مگر آنكه از ادوات كنترلي ويا روش هاي بهبود دهنده پايداري زير استفاده شود:
-1 افزايش پايداري استاتيكي كه اشاره شد.
-2 رفع سريع خطاي شبكه با به كارگيري سيستم هاي حفاظتي و دژنكتورهاي سريع.
-3 به كارگيري رله هاي وصل مجدد.
) -4 به كارگيري كليدها و دژنكتورهاي تك قطبي كه فقط فاز معيوب را قطع كنند. (pole single
-5 استفاده از ماشين ها و ژنراتورهايي با اينرسي بالا و راكتانس كم
-6 سيستم هاي تحريك با پاسخ سريع و ضريب بهره بالا از نوع تريستوري.
. (fast valving) -7 شيرزني سريع در نيروگاه ها
 
) -8 به كار گيري ترمزهاي مقاومتي در نيروگاه ها .(resistor braking
-9 به كار گيري ادوات facts جهت انعطاف پذيركردن باس شبكه. Y شبكه با تغييرات بر روي
-10 استفاده از نيروگاه هاي تلمبه ذخيره اي دور متغير(dfim)كه با تغيير دور و سرعت روتور مي توان توان هاي اكتيو و راكتيو را سريعا كنترل نمود.
-11 نصب خطوط انتقال جريان مستقيم ولتاژبالا(HVDC) ، به موازات خطوط انتقال ac زيرا اين خطوط به خاطر دارا بودن مدارهاي الكترونيك قدرت كنترل پذير، قابليت انتقال توان مورد نياز تا حد حرارتي خود را دارند.
 
 پايداري ولتاژ
پايداري ولتاژ اشاره دارد به توانايي سيستم قدرت در نگهداري ولتاز تمامي باس ها در محدوده ي قابل قبول، كه اين توانايي بايد در شرايط عملكرد عادي سيستم و پس از بهبود پايداري در سيستم هاي قدرت جهت جلوگيري از blackout با استفاده از Pss و ادوات facts حادث شدن اغتشاش باشد. سيستم زماني دچار ناپايداري ولتاژ مي شود كه تقاضاي بار به طور ناگهاني افزايش يابد ويا اينكه شرايطي در سيستم به وجود آيد كه ولتاژ باس ها به
طور تصاعدي و غير قابل كنترلي شروع به افت كنند. يكي از عواملي مهمي كه در ناپايداري ولتاژ نقش بسزايي ايفا مي كند، ناتواني سيستم در تامين توان راكتيو مورد نياز است. ناپايداري ولتاژ سبب فروپاشي ولتاژ(voltage collapse) مي شود، به   طوريكه آنقدر ولتاژ افت مي كند كه سيستم ديگر قادر به بازيابي آن نيست.
 
كنترلر هاي سيستم قدرت
همانطور كه در بخش قبلي اشاره شد راه هاي زيادي براي بهبود پايداري سيستم قدرت وجود دارد. در اين مقاله اثر كنترلرهاي اتوماتيك سيستم قدرت براي حل مشكل ديناميكي و ولتاژ شبكه، بعد از به وجود آمدن
اغتشاش مورد مطالعه وبررسي قرار گرفته است. اين كنترلرها  factsو Pss عبارتند از:
 
پايدارساز سيستم قدرت(PSS) پايدارساز سيستم قدرت يك كنترلر سنتي، اقتصادي و موثر در راستاي بالا بردن پايداري ديناميكي سيستم قدرت است . اين تجهيز به عنوان يك كنترلر مكمل بر روي سيتم تحريك ژنراتورها نصب مي شود . كار Pss ايجاد ميراكنندگي در نوسانات فركانس پايين ژنراتور است Pss با ايجاد گشتاورهاي الكتريكي ميراكننده و سنكرون كننده، سبب بهبود انحرافات گردش روتور مي شود. در واقع Pss با ايجاد ولتاژ مثبت يا منفي در مواقع مورد نياز ولتاژ تحريك را تنظيم و بهينه مي كند.

كنترلرهاي Facts
ادوات الكترونيك قدرتي هستند كه facts كنترلرهاي بارپذيري خطوط يا حد پايداري ولتاژ در برابر فروپاشي را افزايش مي دهند. به طور كلي كنترلرهاي facts براي كنترل ديناميك ولتاژ، امپدانس و زاويه ي فاز خطوط ac مورد استفاده قرار مي گيرد. كنترلرهاي facts مي توانند به صورت سري، موازي، و تركيب سري-موازي در سيستم قرار بگيرند .كنترلرهاي رايج نوع موازي، جبران سازهاي استاتيكي توان  راكتيو(svc) و جبران سازهاي استاتيكي(Statcom) مي باشند. نوع رايج كنترلرهاي سري، خازن هاي سري كنترل شده با ولتاژ(tcsc) و نوع رايج تركيبي سري -موازي آن  كنترلرهاي يكپارچه سيلان توان(upfc) مي باشد. با توجه به   ساختار شبكه انتخابي براي تامين توان راكتيو و افزايش حد بارپذيري شبكه كنترلر svc براي بهبود ديناميك ولتاژ شبكه و جلوگيري از فروپاشي ولتاژ، انتخاب شده است با قابليت. Svc پاسخ سريع و دقيق مي تواند با تزريق و يا جذب توان راكتيو ولتاژ شبكه را به خوبي كنترل كند.