عنوان
جزيره‌سازي كنترل‌شده سيستم‌هاي قدرت مبتني بر تئوري شبكه‌هاي پيچيده براي مقابله با خاموشي‌هاي گسترده
نويسنده اصلي
صفرزاده، محسن
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي برق
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
خاموشي‌هاي گسترده يكي از چالش‌هاي جدي بهره‌برداري از سيستم‌هاي قدرت است كه در نتيجه ناپايداري پس از وقوع اختلال‌هاي شديد، به‌ويژه خروج خطوط انتقال پربار، رخ مي‌دهد. اين خاموشي‌ها خسارت‌هاي اقتصادي و اجتماعي قابل‌توجهي به همراه داشته و امنيت انرژي را تهديد مي‌كند. يكي از راهكارهاي مؤثر براي مقابله با اين بحران، جزيره‌سازي كنترل‌شده پيش از وقوع جزيره‌اي شدن كنترل‌نشده و بروز خاموشي گسترده در شبكه است. مسئله اساسي در جزيره‌سازي كنترل‌شده، انتخاب روش مناسب براي تعيين محل كليدزني خطوط (زيرمسئله «كجا») و تعيين زمان جزيره‌سازي (زيرمسئله «كي») است؛ به‌گونه‌اي كه جزيره‌هاي حاصل از نظر ديناميكي پايدار بوده و تأمين بار شبكه تا حد امكان حفظ شود. با وجود پژوهش‌هاي پيشين، همچنان چالش‌هايي در لحاظ قيود پايداري ديناميكي، حفظ بار محاسباتي كم و تخصيص بهينه بارها به ژنراتورها براي تصميم‌گيري در زمان واقعي در شرايط بحراني وجود دارد. در اين تحقيق، با هدف رفع اين چالش‌ها، يك چهارچوب جديد مبتني بر تئوري شبكه‌هاي پيچيده ارائه مي‌شود كه برخلاف مطالعات قبلي، دو زيرمسئله «كي» و «كجا» را به‌صورت يكپارچه و در زمان واقعي بررسي مي‌كند. بدين ترتيب شكاف موجود در تحقيقات گذشته، كه عمدتاً اين زيرمسئله‌ها را به‌صورت جداگانه و براي رويكردهاي برون‌خط يا برخط بررسي كرده‌اند، پوشش داده مي‌شود.
در روش پيشنهادي، شبكه قدرت با استفاده از رديابي شارش توان به‌صورت يك گراف دوبخشي جهت‌دار مدل‌سازي شده و ارتباط بين ژنراتورها و بارها به‌طور صريح نمايش داده مي‌شود. همچنين گراف ديگري شامل تنها ژنراتورها، يعني گراف نيروگاهي، تشكيل مي‌شود تا گروه‌هايي از ژنراتورها كه همگامي خود را با ساير بخش‌هاي سيستم از دست مي‌دهد، شناسايي شود. اين شناسايي در طول يك پنجره زماني متحرك و به‌صورت زمان واقعي، تحت اختلال‌هاي مختلف و متوالي سيستم انجام مي‌گيرد و براين اساس تعداد جزيره‌ها نيز مشخص مي‌شود. با توجه به تفاوت مفهوم خروج از همگامي با مفهوم همنوايي، در اين تحقيق، برخلاف تحقيقات گذشته، تعداد جزيره‌ها لزوماً با تعداد گروه‌هاي همنوا برابر نيست. سپس با ادغام ژنراتورهاي هر گروه، گراف دو بخشي معادل ساخته مي‌شود. براي حل زيرمسئله «كجا» در اين گراف دو بخشي، دو ساختار مبتني بر تئوري شبكه‌هاي پيچيده پيشنهاد شده است: ساختار مبتني بر خوشه‌بندي طيفي با الگو و ساختار مبتني بر بهينه‌سازي تابع پيمانگي. اين ساختارها قيود پايداري زاويه روتور و پايداري فركانس را در نظر مي‌گيرد. قيد پايداري فركانس با لحاظ دو نقطه كار، شامل بلافاصله پس از كليدزني و حالت مانا، برآورده مي‌شود. آزمايش‌ها بر روي شبكه‌هاي ديناميكي استاندارد 39 و 118 باس IEEE نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي، در مقايسه با روش‌هاي پيشين، ضمن كاهش بار محاسباتي، زمان بازيابي فركانس را بهبود مي‌بخشد، تعداد جزيره‌ها و ميزان بارزدايي را كاهش مي‌دهد و از قابليت به‌كارگيري در زمان واقعي برخوردار است.
براي حل زيرمسئله «كي»، دو سيگنال به‌صورت زمان واقعي دريافت مي‌شود. سيگنال اول زماني فعال مي‌شود كه در گراف نيروگاهي دست‌كم يك گروه ژنراتور در خطر خروج از همگامي شناسايي شود؛ در اين حالت، محاسبات زيرمسئله «كجا» بلافاصله انجام مي‌شود. با اين حال، صدور فرمان جزيره‌سازي منوط به فعال بودن هر دو سيگنال هشدار است. سيگنال دوم بر اساس پايش مسير امپدانس ديده‌شده از ابتدا يا انتهاي خطوط تعيين مي‌شود و تنها به اطلاعات ولتاژ باس‌ها و جريان خطوط نياز دارد. با تعريف نواحي خروج از همگامي، كه تنها به اطلاعات امپدانس خط و امپدانس بار نياز دارد، زمان ناپايداري سيستم به‌صورت زمان واقعي و با دقت نرخ نمونه‌برداري داده‌ها از واحدهاي اندازه‌گيري فازور شناسايي مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه روش پيشنهادي زودتر از روش‌هاي موجود، زمان جزيره‌سازي را پيش از وقوع خاموشي گسترده تعيين مي‌كند.
شماره ركورد
235417
گرايش رشته تحصيلي
سيستم‌هاي قدرت
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان