شکل ۶-۲۴ شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد خطای سه‌فاز متقارن در MV3 در زمان ۰۵/۰ ثانیه ۹۹
شکل ۶-۲۵ شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد خطای سه‌فاز متقارن در MV3 در زمان ۰۵/۰ ثانیه ۹۹
شکل ۶-۲۶ خروجی برنامه به ازای رخداد خطای سه‌فاز متقارن در MV3 در زمان ۰۵/۰ ثانیه ۹۹
شکل ۶-۲۷ شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد جزیره‌ای ۱۰۰
شکل ۶-۲۸ شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد جزیره‌ای ۱۰۰
شکل ۶-۲۹ خروجی برنامه به ازای رخداد جزیره‌ای ۱۰۱
چکیده
تمایل به استفاده از منابع تولیدات پراکنده (DG) به دلیل مزایای متعدد آن‌ها، به طور روزافزونی در حال گسترش است. عدم تناسب میزان بار مصرفی و توان تولیدی موجب خواهد شد که سیستم‌های قدرت در نزدیکی ظرفیت اسمی مربوطه بهره‌برداری گردد که بکارگیری ادوات کنترلی FACTS با هدف به تعویق انداختن نیاز فوری به توسعه‌ی شبکه‌ی فعلی، این مسئله را به طور جدی تشدید خواهد کرد. در چنین شرایطی، بروز هر خطا می‌تواند سبب خروج‌های جزئی (Partial Outages)، حالت جزیره‌ای (Islanding) و حتی وقفه کامل (Blackout) گردد. از میان این حالت‌ها، بروز شرایط جزیره‌ای (Islanding) به گونه‌ای است که بخشی از شبکه به طور منفک از کل سیستم بهره‌برداری گردد. در این پایان‌نامه، به منظور تشخیص سریع جزیره‌ی ایجاد شده در حضور ادوات کنترلی STATCAM و SVC، روش جدیدی ارائه شده است که در صورت وقوع آن، جزیره‌ی ایجاد شده در کم‌ترین زمان ممکن آشکارسازی شده و منبع تولید پراکنده از مدار ایزوله گردد. روش پیشنهادی بر این اساس استوار است که حالات گذرای پارامترهای شبکه در حالت جزیره‌ای دارای ویژگی‌های خاص خود هستند. با توجه به اینکه ویژگی‌های سیگنال‌های گذرا ممکن است به‌ طور مستقیم قابل استخراج نباشد، بنابراین به فرآیندی برای تشخیص دقیق و سریع آنها نیاز خواهیم داشت که در این تحقیق، الگوریتم‌های تشخیص الگو(Pattern Recognition ) به کمک تبدیل موجک (Wavelet Transform) ابزاری مناسب برای رسیدن به این هدف مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده قابلیت روش پبشنهادی در تشخیص دقیق حالت جزیره‌ای را در شرایط مختلف نشان می‌دهد.

فصل اول
مقدمه
۱-۱ مقدمه
در دنیای امروز موضوع تامین توان مصرفی اهمیت بالایی دارد. در این میان استفاده از انرژی الکتریکی به ‌عنوان یک منبع پاک که به راحتی قابل تولید و انتقال باشد، مورد توجه بوده است. در بدو استفاده از این انرژی دیزل ژنراتورها و تاسیسات مشابه به صورت مجزا برای تامین توان استفاده می‌شد. ولی با افزایش توان مصرف‌کننده‌ها و لزوم استانداردسازی مقادیری از قبیل ولتاژ و فرکانس و همچنین بحث پایداری سیستم، گرایش به سمت ساخت نیروگاه‌های بزرگ و احداث شبکه‌های انتقال قدرت وسیع ایجاد کرد که از مزایای آن، ولتاژ و فرکانس نسبتاً ثابت و توان بالای قابل تحویل است. شکل ۱-۱ یک سیستم انتقال الکتریکی را نشان می‌دهد.
شکل۱-۱ دیاگرام تولید متمرکز
اما به دلیل رشد روزافزون مصرف کننده‌های صنعتی، کشاورزی و خانگی مشکلات زیادی در بخش‌های تولید، انتقال و توزیع ایجاد شد.
سیستم‌های قدرت الکتریکی با توجه به روند روزافزون میزان مصرف به طور مستمر در حال تغییر است. با توجه به تجدید ساختار صنعت برق و حرکت آن به سمت افزایش رقابت و خصوصی‌سازی و همچنین افزایش توجه به مسئله‌ی آلاینده‌های زیست‌محیطی، موانع و محدودیت‌های متعدد موجود در خصوص گسترش شبکه‌ها‌ از قبیل هزینه‌های سنگین توسعه و احداث سیستم‌های جدید و هوشمندسازی سیستم قدرت، فرصت‌هایی برای رشد و پیشرفت فناوری‌های تولید انرژی الکتریکی مانند سلول‌های خورشیدی، پیل‌های سوختی، سلول‌های فتوولتائیک، ریزتوربین‌ها، توربین‌های بادی و… فراهم آورد.
با پیشرفت همزمان تجهیزات الکترونیک قدرت از یک‌سو و تقاضای مصرف‌کنندگان برای کیفیت توان بهتر و قابلیت اطمینان بالاتر از سوی دیگر، باعث شد صنعت برق به سمت استفاده از تولیدات پراکنده سوق داده شود. از طرف دیگر، بحران انرژی و مشکلات زیست‌محیطی مربوط به انرژی‌های فسیلی در چند سال اخیر، استفاده از منابع تولیدات پراکنده^[۱] (DGs) را اجتناب‌ناپذیر ساخته است. همان‌طور که گفته شد منابع انرژی‌های نو^[۲] انواع مختلفی دارد که انرژی باد^[۳] یکی از مهمترین آن‌هاست [۱]. استفاده از انرژی باد در قالب مزارع بادی^[۴] صورت می‌گیرد.
استفاده از منابع تولید پراکنده (DG) دارای مزایای مختلفی است که چند مورد آن ها عبارت‌اند از [۲، ۳]:

• • کارکرد به عنوان پشتیبان ظرفیت شبکه در حالت اضطراری

• • استفاده به عنوان راه‌انداز از وقفه کامل^[۵] : تولید DG می‌تواند جزیره‌های کوچکی ایجاد نموده و راه اندازی شبکه را ساده‌تر نماید.

• • تولید هم زمان برق و گرما^[۶] (CHP): استفاده از حرارت تولید شده هنگام تولید انرژی الکتریکی

• • پیک سایی^[۷]: کمک به سیتسم در هنگام پیک بار

• • قابلیت اطمینان : مناسب برای تغذیه بار‌‌های حساس، افزایش قابلیت اطمینان سیستم

• • نزدیکی به مصرف‌کننده و کاهش تلفات انتقال

• • بالاتر بودن بازده نسبت به منابع تولید متمرکز

• • ذخیره چرخان^[۸]

• • بهبود کیفیت توان ( در برخی موارد )

• • به تأخیر انداختن سرمایه‌گذاری در سیستم انتقال

• • نصب و راه‌اندازی سریع

• • بهبود پروفیل ولتاژ

پیشرفت‌های چشمگیر تکنولوژی‌های الکترونیک قدرت موجب بکارگیری گسترده تجهیزات سیستم‌های انتقال انعطاف‌پذیر جریان متناوب (FACTS) در شبکه‌های قدرت شده است. بکارگیری این ادوات دارای مزایای مختلفی است که به تعویق افتادن نیاز فوری به توسعه و احداث شبکه‌های جدید به دلیل ضرورت تامین بارهای مصرفی یکی از مهمترین آنهاست. عملکرد سریع این تجهیزات قابل کنترل، مدیریت و پخش توان‌های اکتیو و راکتیو را در اختیار بهره‌بردارن شبکه قدرت قرار می‌دهد.
اگرچه بکارگیری منابع انرژی‌های نو در DGها و آلودگی کمتر محیط ‌‌زیست به وسیله‌ی آن‌ها نسبت به تولید متمرکز( در برخی از انواع مانند انرژی بادی و خورشیدی هیچ گونه آلایندگی محیط زیست وجود ندارد) و مزایایی که به آن‌ها اشاره شد، تمایل به استفاده از این منابع را افزایش داده است؛ اما باید با اختلالاتی که در اثر استفاده ازآن‌ها به وجود می آید مقابله کرد. با توجه به اینکه منابع تولید پراکنده (DG) به‌ طور مستقیم به شبکه توزیع متصل می‌گردد، این امر ساختار تغذیه از یک‌سو را به تغدیه از دو انتها تغییر داده که در نتیجه آن، سیستم توزیع از حالت غیرفعال^[۹] به فعال^[۱۰] تبدیل خواهد شد [۴]. این امر باعث می‌شود که در برخی نقاط، عبور توان در دو جهت امکان‌پذیر باشد که این نیز به نوبه‌ی خود موجب بروز مشکلاتی در نحوه‌ی بهره‌برداری از شبکه و مسائل حفاظتی به ویژه برای اپراتورهای شبکه توزیع خواهد شد. یکی از این مشکلات، ایجاد جزیره‌ی الکتریکی فعال در صورت وقوع خطا است. همچنین،‌ هنگام بروز خطا،‌ DG نیز به ‌نوبه‌‌ی خود مقدار توان اتصال کوتاه را بالا خواهد برد که در نتیجه‌ی آن، جریان اتصال کوتاه کلی افزایش خواهد یافت. موارد ذکر شده به عدم اعتبار تنظیمات تجهیزات حفاظتی منجر خواهد شد [۵]. برخی از اختلالات احتمالی به طور خلاصه عبارتند از [۶]:

• • دشواری کنترل (خصوصاً درحالت جزیره‌ای^[۱۱])

• • برهم زدن هماهنگی تجهیزات حفاظتی

• • افزایش جریان اتصال کوتاه کلی

• • دشواری سنکرون کردن با شبکه از حالت کارکرد جزیره‌ای به حالت متصل

• • حساسیت انتخاب محل مناسب نصب DG

اگرچه اختلالات ذکر شده بخش جدانشدنی استفاده از یک DG است؛ اما وجود این مشکلات توجیه مناسبی برای عدم بکارگیری آن‌ها نبوده و برای غلبه بر هریک راه‌ حل‌ هایی پیشنهاد شده است. وقوع حالت جزیره‌ در سیستم توزیع شامل DG در حضور ادوات جبران‌ساز توان راکتیو، موضوع مورد بررسی در این پایان‌نامه است.
وقوع حالت جزیره‌ای
یک جزیره فعال به شرایطی اطلاق می‌گردد که در آن، بخشی از سیستم توزیع شامل بار و منبع توزیع پراکنده (DG) در حالی که همچنان برق‌دار است از بقیه‌ی سیستم توزیع جدا گردد.
ایجاد جزیره در شبکه‌های توزیع می‌تواند عمدی^[۱۲] یا غیرعمدی^[۱۳] باشد. در جزیره‌ی عمدی ایجاد جزیره به طور کنترل‌شده و با اهدافی مشخص با در نظر گرفتن قیود بهره‌برداری از جمله توازن توان تولیدی و مصرفی صورت می‌گیرد. در جزیره‌ی غیرعمدی شرایط قابل کنترل نبوده و ممکن است جزیره‌ی ایجاد شده به دلایل مختلف از جمله عدم توازن توان‌‌های اکتیو و راکتیو تولیدی و مصرفی پایدار نبوده و پس از بروز خروج‌های پی‌درپی، دچار وقفه کامل گردد.
جزیره‌ای شدن، مستقل از نوع آن می‌تواند موجب بروز مشکلاتی از قبیل کیفیت توان تولید شده و به ویژه مسائل حفاظتی و ایمنی برای افرادی که با این شبکه سروکار دارند، گردد. به همین دلیل، استاندارد IEEE^[14]-1547-2003 هنگام تشکیل یک جزیره، جدا شدن فوری DG در کمتر از ۲ ثانیه را توصیه می‌کند [۹]. این کار از طریق حفاظت ضدجزیره‌ای^[۱۵] در قالب فرایند تشخیص جزیره^[۱۶] عملی می‌گردد که موضوعی تحت تحقیقات گسترده در جهان است.
شکل۱-۲ سیستم توزیع تجهیز شده به یک DG
شکل۱-۲ یک سیستم توزیع شعاعی ساده را نمایش می‌دهد. این سیستم شامل بار‌هایی از نوع خانگی و صنعتی است که به‌وسیله‌ی شبکه‌ی سراسری و همچنین DG متصل به ‌سیستم تغذیه می‌شوند. چنانچه در ناحیه‌ای ازسیستم توزیع خطا رخ دهد، کلید قدرت باز خواهد شد و یا با وقوع خطا خارج از این ناحیه، شبکه‌ی سراسری از دست خواهد رفت. در این صورت سیستم توزیع بدون اتصال به شبکه‌ی سراسری به ‌وسیله‌ی DG
بار‌های متصل به خود را همچنان تغذیه خواهد کرد که شرایط حاصل را حالت جزیره‌ای در سیستم توزیع می‌نامند. به جزیره‌‌ی تشکیل شده در این شرایط، حالت جزیره‌ی غیر‌عمدی گفته‌می‌شود [۷]. در چنین شرایطی احتمال آسیب رسیدن به المان‌های الکتریکی متصل به شبکه (بار‌ها، DG ،..) و یا خطر برق‌گرفتگی برای تکنسین تعمیراتی وجود خواهد داشت. برخی از خطراتی که جزیره‌ای شدن غیر‌عمدی در بر دارد به طور مختصر عبارت‌اند‌ از [۸]:

• • به وجود آمدن مشکلات کیفیت توان (دور شدن از ولتاژ و فرکانس نامی به دلیل عدم اتصال به شبکه‌ی سراسری)

• • اختلال در فرایند باز‌سازی سیستم به دلیل عملکرد خارج از سنکرون باز‌بست (از دست دان سنکرون بودن DG با شبکه‌ی سراسری در هنگام عملکرد باز بست برای خطاهای گذرا)

• • رخ دادن اضافه ولتاژ‌های گذرای شدید به دلیل خاصیت خازنی فیدر ایزوله شده و بانک‌های خازنی موجود در سیستم توزیع

• • احتمال وجود یک سیستم زمین نشده (باتوجه به نوع اتصالات ترانسفورماتور موجود) و خطر برق‌گرفتگی برای تکنسین های تعمیراتی که از حضور تولید پراکنده بی‌اطلاع‌اند.