اتوماسیون کنترل بانکهای خازنی در شبکهآهای توزیع
شرکت برق آیداهو واقع در ایالت آیداهوی آمریکا، در سال 1996 برنامهآای را برای تصحیح ناکارایی جبرانآسازی توان راکتیو که منجر به کاهش ولتاژ در سیستم توزیع شده بود، شروع کرد. ضمن اینکه در پیک مصرف، مشکل نگهداری حاشیه مطمئن توان راکتیو سیستم نیز وجود داشت. اگر چه جبرانآسازی بار راکتیو را به شیوهآهای مختلفی مثلاً درمحل تولید انرژی، با استفاده از کندانسورهای سنکرون و یا در محل پستهاو در شبکه توزیع (با استفاده از بانکهای خازنی) میآتوان انجام داد، اما بهترین شیوه برای جبرانآسازی بار راکتیو، استفاده از بانکهای خازنی در محل بار است.
هنگام استفاده از بانکآهای خازنی توزیع، در اکثر این موارد، عمل کنترل با استفاده از کلیدهایی صورت میآگیرد که بصورت دستی و با لحاظ کردن شرایط فصلی، خازنها را وارد یا از مدار خارج میآکنند. چنین کنترلی، موثر و کارا نیست زیرا در شرایط پیک بار، سیستم توزیع دچار کمبود توان راکتیو و در شرایط بار کم، دچار اضافه توان راکتیو می شود. اگر چه بانکآهای خازنی توزیع،تکآتک و کوچک هستند اما اثر مجموع آنها بر سیستم قابل ملاحظهآای است. هدف از برنامهآای که از سوی اداره طراحی توزیع ارایه شده بود، ابداع سیستمی در دل سیستم مدیریت انرژی موجودبود که در آن بانکهای خازنی در فیدرهای توزیع با توجه به میزان توان راکتیو مورد نیاز در پستآها انتخاب شوند.
ایده اصلی شرکت
Stellar Dynamics Inc برای کنترل خازنآهای توزیع، اندازهآگیری مقادیر توان راکتیو و اکتیو در سطح پستآهای توزیع و سپس ارسال دستورات مناسب به تجهیزات کنترلی مخصوص نصب شده روی هر بانک خازنی توزیع است. تجهیزات لازم برای ارتباط کنترلآکننده پست با سیستم دیسپاچینگ یعنی الگوریتم کنترل دینامیک بانکآهای خازنی توزیع
DCC(Distribution Capacitor Control)امکان استفاده بهینه سیستمآهای انتقال و توزیع را فراهم میآآورد.
DCC یک دستگاه کنترل است که با حذف یا کاهش جزء راکتیو وبهبود ضریب قدرت، ظرفیت شبکه را بالا میآبرد. با بهبود ضریب قدرت، جریان سیستم کم شده و سیستم امکان میآیابد تا بار بیشتری را تغذیه کند. این مزیت به ویژه در مورد تجیهزاتی که ممکن است تحت تاثیر اضافه بار حرارتی قرار گیرند، اهمیت پیدا میآکند. همچنین، بهبود ضریب قدرت به ژنراتور امکان میآدهد تا توان اکتیو بیشتری راتولید کند. به علاوه در صورت پیش آمدن شرایط غیرعادی در محل خازنها، دستگاه DCC هشدارهای لازم را صادر میآکند. ترانسفورماتور توزیع، نقطه کنترل طراحی شده دراین الگوریتم است.
در سال 1996، نخستین DCC در یک پست 7/12 کیلوولت سه فیدره در غرب بویس (Boise) در آیداهو که مشکل توان راکتیو و افت ولتاژ داشت نصب شد. به عنوان بخشی از اتوماسیون خازنی، تعداد 14 بانک خازنی تحت کنترل قرار گرفتند. بخشی از این بانکآها از قبل وجود داشته و تعدادی دیگر تازه نصب شده بودند تا توان راکتیو اضافی تولید کنند. بعد از نوسانات اولیه، سیستم آنچه را از آن انتظار میآرفت، عملی ساخت. جبرانآسازی کامل در پست توزیع در یک محدوده وسیع بار انجام گرفت.
اتوماسیون خازن در سال 1997 در 16 پست و در سال 1998 در 14 پست دیگر نیز اجرا شد. پستآهایی که در سال 1997، تحت اتوماسیون قرار گرفتند، از مدول ارتباطی HarrisD-10 برای ارتباط RTU استفاده میآکردند. این مدول بصورت یک کنترلآکننده خازن عمل میآکند. در سال 1998 در آیداهو، شرکت برق این ایالت، تصمیم گرفت سیستم مدول ارتباطی HarrisD-20 را طوری تغییر دهد که این ترمینالها را قادر سازد تا توسط سیستم مدریت انرژی برای کارهایی غیر از کنترل خازن نیز مورد استفاده قرار گیرند. این کار باعث شد تا کنترل خازن بااضافه کردن یک نرمآکننده ساده در پستآهایی که دارای مدول D-20 برای کنترل، نظارت و اخذ داده هستند، انجام پذیرد. شکل (1) نتیجه عملکرد یک DCC برای کنترل توان راکتیو را در پستی در ناحیه بویس نشان میآدهد.
قبل از نصب DCC، شکل موج بار راکتیو از تقاضای بار اکتیو پیروی میآکرد. بعد از نصب، الگوریتم کنترل باعث شد تا شکل بار راکتیو نسبت به منحنی بار اکتیو عکس شود که این موضوع باعث کاهش تلفات انتقال و بهبود رگولاسیون ولتاژ سیستم شود. هرچند با نصب خازنآهای ثابت نیز ممکن است چنین نتیجهآای حاصل شود اما با کار انجام شده، امکان تنظیم و کنترل در محدوده وسیعی از بارهای فصلی به شکل بهتری فراهم میآشود. سیستم اتوماسیون خازنی بدون دخالت انسان، توان راکتیو را در هر یک از پستآها با پلهآهای کوچک کنترل میآکند به نحوی که راندمان کل سیستم بالا میآرود. با نصب کنترلآکننده بانک خازنی در یک پست، یک مگاوار توان راکتیو پشتیبان در آن شبکه توزیع (شامل ترانسفورماتور و فیدرهای مربوط به آن) بدست آمد. این کار با استفاده موثر از خازنآهای موجود و بدون نصب خازنآهای اضافی انجام گرفته است. در بیشتر نواحی روستایی به خصوص آنها که با شبکهآهای شعاعی تغذیه میآشوند، بهبود پروفیل ولتاژ باعث کاهش یا به تاخیر افتادن بازسازی می شود.
اتوماسیون خازنی، زمان لازم برای کنترل دستی بانکآهای خازنی در فیدرهای طولانی را به نحو چشمگیری کاهش داده است.
منبع: مجله – T&D گوست 1999
شرکت برق آیداهو واقع در ایالت آیداهوی آمریکا، در سال 1996 برنامهآای را برای تصحیح ناکارایی جبرانآسازی توان راکتیو که منجر به کاهش ولتاژ در سیستم توزیع شده بود، شروع کرد. ضمن اینکه در پیک مصرف، مشکل نگهداری حاشیه مطمئن توان راکتیو سیستم نیز وجود داشت. اگر چه جبرانآسازی بار راکتیو را به شیوهآهای مختلفی مثلاً درمحل تولید انرژی، با استفاده از کندانسورهای سنکرون و یا در محل پستهاو در شبکه توزیع (با استفاده از بانکهای خازنی) میآتوان انجام داد، اما بهترین شیوه برای جبرانآسازی بار راکتیو، استفاده از بانکهای خازنی در محل بار است.
هنگام استفاده از بانکآهای خازنی توزیع، در اکثر این موارد، عمل کنترل با استفاده از کلیدهایی صورت میآگیرد که بصورت دستی و با لحاظ کردن شرایط فصلی، خازنها را وارد یا از مدار خارج میآکنند. چنین کنترلی، موثر و کارا نیست زیرا در شرایط پیک بار، سیستم توزیع دچار کمبود توان راکتیو و در شرایط بار کم، دچار اضافه توان راکتیو می شود. اگر چه بانکآهای خازنی توزیع،تکآتک و کوچک هستند اما اثر مجموع آنها بر سیستم قابل ملاحظهآای است. هدف از برنامهآای که از سوی اداره طراحی توزیع ارایه شده بود، ابداع سیستمی در دل سیستم مدیریت انرژی موجودبود که در آن بانکهای خازنی در فیدرهای توزیع با توجه به میزان توان راکتیو مورد نیاز در پستآها انتخاب شوند.
ایده اصلی شرکت
Stellar Dynamics Inc برای کنترل خازنآهای توزیع، اندازهآگیری مقادیر توان راکتیو و اکتیو در سطح پستآهای توزیع و سپس ارسال دستورات مناسب به تجهیزات کنترلی مخصوص نصب شده روی هر بانک خازنی توزیع است. تجهیزات لازم برای ارتباط کنترلآکننده پست با سیستم دیسپاچینگ یعنی الگوریتم کنترل دینامیک بانکآهای خازنی توزیع
DCC(Distribution Capacitor Control)امکان استفاده بهینه سیستمآهای انتقال و توزیع را فراهم میآآورد.
DCC یک دستگاه کنترل است که با حذف یا کاهش جزء راکتیو وبهبود ضریب قدرت، ظرفیت شبکه را بالا میآبرد. با بهبود ضریب قدرت، جریان سیستم کم شده و سیستم امکان میآیابد تا بار بیشتری را تغذیه کند. این مزیت به ویژه در مورد تجیهزاتی که ممکن است تحت تاثیر اضافه بار حرارتی قرار گیرند، اهمیت پیدا میآکند. همچنین، بهبود ضریب قدرت به ژنراتور امکان میآدهد تا توان اکتیو بیشتری راتولید کند. به علاوه در صورت پیش آمدن شرایط غیرعادی در محل خازنها، دستگاه DCC هشدارهای لازم را صادر میآکند. ترانسفورماتور توزیع، نقطه کنترل طراحی شده دراین الگوریتم است.
در سال 1996، نخستین DCC در یک پست 7/12 کیلوولت سه فیدره در غرب بویس (Boise) در آیداهو که مشکل توان راکتیو و افت ولتاژ داشت نصب شد. به عنوان بخشی از اتوماسیون خازنی، تعداد 14 بانک خازنی تحت کنترل قرار گرفتند. بخشی از این بانکآها از قبل وجود داشته و تعدادی دیگر تازه نصب شده بودند تا توان راکتیو اضافی تولید کنند. بعد از نوسانات اولیه، سیستم آنچه را از آن انتظار میآرفت، عملی ساخت. جبرانآسازی کامل در پست توزیع در یک محدوده وسیع بار انجام گرفت.
اتوماسیون خازن در سال 1997 در 16 پست و در سال 1998 در 14 پست دیگر نیز اجرا شد. پستآهایی که در سال 1997، تحت اتوماسیون قرار گرفتند، از مدول ارتباطی HarrisD-10 برای ارتباط RTU استفاده میآکردند. این مدول بصورت یک کنترلآکننده خازن عمل میآکند. در سال 1998 در آیداهو، شرکت برق این ایالت، تصمیم گرفت سیستم مدول ارتباطی HarrisD-20 را طوری تغییر دهد که این ترمینالها را قادر سازد تا توسط سیستم مدریت انرژی برای کارهایی غیر از کنترل خازن نیز مورد استفاده قرار گیرند. این کار باعث شد تا کنترل خازن بااضافه کردن یک نرمآکننده ساده در پستآهایی که دارای مدول D-20 برای کنترل، نظارت و اخذ داده هستند، انجام پذیرد. شکل (1) نتیجه عملکرد یک DCC برای کنترل توان راکتیو را در پستی در ناحیه بویس نشان میآدهد.
قبل از نصب DCC، شکل موج بار راکتیو از تقاضای بار اکتیو پیروی میآکرد. بعد از نصب، الگوریتم کنترل باعث شد تا شکل بار راکتیو نسبت به منحنی بار اکتیو عکس شود که این موضوع باعث کاهش تلفات انتقال و بهبود رگولاسیون ولتاژ سیستم شود. هرچند با نصب خازنآهای ثابت نیز ممکن است چنین نتیجهآای حاصل شود اما با کار انجام شده، امکان تنظیم و کنترل در محدوده وسیعی از بارهای فصلی به شکل بهتری فراهم میآشود. سیستم اتوماسیون خازنی بدون دخالت انسان، توان راکتیو را در هر یک از پستآها با پلهآهای کوچک کنترل میآکند به نحوی که راندمان کل سیستم بالا میآرود. با نصب کنترلآکننده بانک خازنی در یک پست، یک مگاوار توان راکتیو پشتیبان در آن شبکه توزیع (شامل ترانسفورماتور و فیدرهای مربوط به آن) بدست آمد. این کار با استفاده موثر از خازنآهای موجود و بدون نصب خازنآهای اضافی انجام گرفته است. در بیشتر نواحی روستایی به خصوص آنها که با شبکهآهای شعاعی تغذیه میآشوند، بهبود پروفیل ولتاژ باعث کاهش یا به تاخیر افتادن بازسازی می شود.
اتوماسیون خازنی، زمان لازم برای کنترل دستی بانکآهای خازنی در فیدرهای طولانی را به نحو چشمگیری کاهش داده است.
منبع: مجله – T&D گوست 1999
