وبلاگ

1-2 پیشینه ی تحقیق

مسئله ی پایداری سیستم های قدرت برای اولین بار در سال 1920 به عنوان یک مسئله ی مهم مطرح شد]1[.  اولین نتایج آزمایشگاهی بررسی پایداری در سال 1924 گزارش شد]2[ و اولین نتایج بررسی پایداری بر روی شبکه ی عملی در سال 1925 ارائه شد]3 [. یک گام موثر در پیشرفت محاسبات وضعیت پایداری، توسعه ی تحلیل گر شبکه ای در سال 1930 بود. با تحقق سیستم های محرک با پاسخ سریعتر، ناپایداری گذرا در اولین سوئینگ محدود شد و حدود انتقال توان حالت دائم افزایش یافت، اما در برخی موارد موجب کاهش میرایی سوئینگ های توان می شد، بنابراین ناپایداری نوسانی به عنوان مسئله ی جدیدی مطرح شد. این روند نیاز به مدلسازی ماشین های سنکرون و سیستم محرک با جزئیات بیشتر داشت. در اوایل دهه ی 1950، کامپیوترهای آنالوگ برای آنالیز چنین مسائلی استفاده شد. اولین برنامه ی کامپیوتری دیجیتال برای آنالیز مسائل پایداری سیستم های قدرت در سال 1956 ارائه شد. اکثر تلاشها و علاقه مندی ها مربوط به پایداری سیستم قدرت در دهه ی 1960 به پایداری گذرا اختصاص یافت. نتیجه ی این تلاش ها، ایجاد یک ابزار  قدرتمند برای آنالیزهای پایداری گذرا بود که قابلیت آنالیز شبکه های بسیار بزرگ و مدلهای با جزئیات زیاد داشت. اضافه بر این، با استفاده از تکنیک های تشخیص خطا با سرعت بالا و محرک های با پاسخ سریع و جبرانسازهای سری و امدادهای پایداری مخصوص، پایداری گذرا به طرز قابل توجهی بهبود یافت. گرایشات جدید در برنامه ریزی و عملکرد سیستم های قدرت مدلهای جدیدی از پایداری را مطرح کرده است که باعث ایجاد تغییرات اساسی در مشخصه های دینامیکی شبکه های قدرت امروز شده است. مدهای ناپایداری روز به روز پیچیده تر می شوند و نیاز به یک توجه جامع از تمامی جوانب پایداری دارد، لذا اتخاذ روشهای كنترلی پیشگیرانه در این موارد بسیار ضروری است.[4] در ادامه، تاریخچه روش های کلاسیک و روشهای نوین بررسی پایداری، به تفکیک ارائه می گردد.

1-2-1 روش های کلاسیک:

یکی از روشهای  تشخیص پایداری گذرا، استفاده از شبیه سازی های حوزه ی زمان معادلات تفاضلی غیرخطی شبکه ی قدرت است که اولین بار توسط Kundur مطرح شد. در این رویکرد باید شبیه‌سازی های مرحله به مرحله در حوزه زمان انجام شود که محاسبات سنگینی دارد و نیاز به اطلاعات دقیق راجع  به پیکربندی شبکه حین رخداد خطا و بعد از آن دارد، درنتیجه زمان بر است و نمیتواند راهکار مناسبی در مسائل real-time باشد[4]. این موضوع دلیل اصلی عدم وجود ارزیابی امنیت سیستم (DSA)[2] بصورت online و در سطح وسیع در بسته EMS استاندارد بودن است.[5]-[7].
روش‌های بر اساس توابع انرژی گذرا کمک کرده تا ارزیابی امنیت به صورت مستقیم و بدون نیاز به شبیه‌سازی حوزه زمان انجام شود [8] . در یک راهکار پیشنهادی توسط Pai برای تشخیص پایداری بعد از یک رخداد، از تابع انرژی گذرا (TEF) بر پایه ی پایداری لیاپانف استفاده شده است براین اساس که تفاوت انرژی جنبشی و پتانسیل در حین رخداد و پس از پاک شدن خطا محاسبه می گردد و با یک مقدار بحرانی از پیش تعیین شده مقایسه می گردد]9.[ استفاده از متد (EAC)[3] که بر همین اساس پایه ریزی شده و یک راه برای تشخیص پایداری سیستم های چند ماشینه است، توسط  Ruiz-Vega وXue  مطرح شد. از اصول این روش این است که سیستم را با یک ماشین معادل که

 به باس بینهایت متصل شده است، مدل می کند و دیگر نیازی به حل معادلات تفاضلی در حوزه زمان ندارد، اما تنها به مدل کلاسیک ژنراتور که فقط دینامیک مکانیکی ژنراتور را معادل سازی کرده است، بسنده میکند]10[و]11[. از معایب این روش، فرضیات ساده کننده بسیاری است که وابسته به شرایط عملکردی سیستم است و همواره پاسخ درستی ندارد. همچنین در این دیدگاه، فقط بخشی از مسئله یعنی پایداری اولین Swing و شرایط پایداری دائمی در نظر گرفته می‌شود. بنابراین بسیار بعید به نظر می‌رسد که با این ابزار بتوان اثرات حوادث آبشاری، ناپایداری‌های ولتاژی سریع و چند Swing ای را ارزیابی کرد [6].

با توجه به روش های مذکور، در ارزیابی امنیت به صورت دینامیک می‌توان دو روند اصلی برای داشتن DSA سریع درنظر گرفت. اولی استفاده از توابع انرژی و تکنیک‌های تشخیص الگو برای رتبه‌بندی سریع و مشخص کردن شدت ناپایداری‌ها به صورتی که contingency‌ها گذرا سریعا حذف شوند و تنها تعداد اندکی از ناپایداری‌های شدیدتر که امکان ایجاد خطا در سیستم دارند، برای انجام عملیات بیشتر باقی بمانند[7]و[11-14]. دیدگاه دوم، تلاشی برای سرعت بخشیدن به شبیه‌سازی‌ها با جزئیات کامل و به صورت مرحله به مرحله برای همه contigncyها با استفاده از محاسبات چند پروسسوری است. البته می‌توان دیدگاه سومی را بصورت تلفیقی از دو عملکرد بالا در نظر گرفت که به عنوان روش های هایبرید شناخته می شوند[15]،[16].
اخیرا نتایج بسیار بهتری با استفاده از روش‌های هایبرید بدست آمده که در آنها، شبیه‌سازی در حوزه زمان انجام شده و همه مدل‌ها با جزئیات حفظ شده‌اند و از فواید توابع انرژی نیز بهره گرفته است. (EEAC)[4] یک روش است که بر همین مبنا پایه ریزی شده است و به صورت ترکیبی از شبیه سازیهای حوزه ی زمان وتوابع انرژی کار میکند. گرچه از دقت کمتری نسبت به روشEAC برخوردار است، اما از لحاظ محاسباتی کارآمدتر است و همچنین حد پایداری را برای سیستم مشخص میکند]17.[
در گذشته، برای ارزیابی امنیتonline  بر اساس data-mining از ویژگی­های حالت دائم[5] (SCADA-base) نظیر جریان خط و دامنه ولتاژ استفاده می‌شد[8]. با روی کار آمدن سیستم‌های مانیتورینگ سطح وسیع[6]، استفاده از ویژگی‌های مبتنی بر پاسخ سطح وسیع پر رنگ شد زیرا این ویژگی‌ها از اطلاعات دینامیک بدست آمده از فازورها استفاده کامل می‌کنند. در ادامه روش های مبتنی بر داده های دریافتی از PMU ها شرح داده می شود.

1- 2 –2 روش های نوین با استفاده از داده های PMU