Transcript قابليت امنيت سيستم قدرت

‫امنيت سيستم قدرت‬
‫• بهره برداري اقتصادي از سيستم قدرت‬
‫• بهره برداري از سيستم قدرت با امنيت مطلوب‬
‫• قابليت امنيت سيستم قدرت اعمالي را شامل مي شود كه به منظور حفظ سيستم در حالت عملكرد مطلوب‬
‫بايد انجام شود؛ در شرايطي كه تجهيزي از سيستم قدرت دچار خرابي (عيب) مي گردد‪ .‬بعنوان مثال ‪:‬‬
‫•ممكن است واحد توليدي به دليل معيوب شدن تجهيزات جانبي آن از مدار خارج شود؛ يا اينكه حداكثر توان‬
‫توليدي آن محدود گردد (‪)Derate‬‬
‫• وجود ذخيره چرخان در اين شرايط قادر خواهد بود افت فركانس را جبران نمايد‪ .‬يا اينكه بار قطع شود‪.‬‬
‫•خروج خط يا ترانسفورماتور از شبكه در اثر شرايط نامناسب جوي؛ عملكرد ناصحيح رله هاي حفاظتي‪ ،‬خطاي‬
‫نيروي انساني و ‪....‬‬
‫• چنانچه هنگام در مدار قراردادن واحدها و توزيع بار توجه كافي به توان انتقالي از خطوط انتقال شود‪ ،‬آنگاه‬
‫شبكه انتقال قادر خواهند بود اضافه بار ها را تحمل نمايند‬
‫امنيت سيستم قدرت‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫قابل پيش بيني نبودن وقوع عيب و ضرورت آمادگي براي مواجهه با شرايط خاص در بهره برداري‬
‫(بنابراين سيستم بايد به گونه اي بهره برداري شود تا در شرايط وقوع هر پيشامد در وضعيت خطرناك‬
‫قرار نگيرد)‬
‫طراحي تجهيزات در محدوده معين ( ضرورت تنظيم رله هاي حفاظتي) و لذا عملكرد سيستم حفاظتي در‬
‫اثر انحراف از قيود‬
‫وقوع حادثه اي در سيستم ممكن است منجر به انحراف از قيود تجهيزي ديگر گردد و آن نيز عملكرد‬
‫سيستم حفاظتي مربوطه را به همراه داشته باشد‪ .‬اين امر موجب خروج زنجيره اي ساير تجهيزات توليد و‬
‫انتقال شده كه در نهايت خاموش ي سراسري را به همراه دارد‪.‬‬
‫بنابراين سيستمهاي قدرت به گونه اي بايد بهره برداري شوند تا خروج يك تجهيز‪ ،‬موجب اضافه بار در‬
‫ساير تجهيزات نشود‪.‬‬
‫سيستمهاي قدرت از تكنيكها و تجهيزاتي برخوردارند تا امكان بهره برداري مطمئن را براي بهره بردار‬
‫سيستم فرآهم نمايند‬
‫امنيت سيستم قدرت‬
‫•‬
‫درارتباط با بهره برداري مطمئن‪ ،‬بهره بردار سه وظيفه اصلي را به عهده دارد‬
‫– پايش سيستم (‪)System Monitoring‬‬
‫– تحليل پيشامدها (‪)Contingency Analysis‬‬
‫– پخش بار بهينه مقيد به امنيت (‪)SCOPF‬‬
‫• نظارت (پايش) سيستم؛ بهره بردار را از آخرين وضعيت سيستم آگاه مي نمايد‪ .‬اين وظيفه مهم ترين وظيفه از‬
‫موارد اشاره شده است‪.‬‬
‫• تعدد واحدهاي توليد و گستردگي شبكه قدرت نياز به اندازه گيري و ارسال اطالعات مورد نياز را افزايش داده‬
‫است‪.‬‬
‫• اين اطالعات از طريق دورسنجي و ايجاد بسترهاي مخابراتي انجام مي شود‪( .‬اطالعات شامل مقادير ولتاژها‪،‬‬
‫جريانها‪ ،‬توانهاي انتقالي از خطوط و ترانسفورمرها و وضعيت كليدها‪ ،‬تپ ترانسها وضعيت خاموش يا روشن بودن‬
‫واحدها و ميزان توليد آنها و‪ ...‬است)‬
‫•به دليل باال بودن حجم اطالعات؛ از كامپيوتر براي پردازش اطالعات و نمايش وضعيت شبكه براي بهره بردار‬
‫استفاده مي شود‪.‬‬
‫•سيستمهاي پايش شبكه؛ با سيستمهاي كنترلي نيز تركيب مي شوند تا بهره بردار بتواند از راه دور بتواند مانورهاي‬
‫الزم در در سبكه انجام دهد‪ .‬كه به اين سيستمها ‪ SCADA‬گويند‪.‬‬
‫•سيستم اسكادا براي تعدادي از بهره بردارها امكان نظارت و كنترل (اعمال اصالحي) فرآهم مي نمايد‪.‬‬
‫وظيفه دوم‪ -‬بررس ي پيشامدها (‪)Contingency Analysis‬‬
‫• بررس ي پيشامدها اين امكان را فرآهم مي نمايد تا بهره برداري از سيستم بطور قابل‬
‫دفاعي انجام شود‬
‫• مشكالتي كه پيشامدها در سيستم ايجاد مي كنند آنقدر از نظر زماني كوتاه است كه در‬
‫آن بهره بردار سرعت الزم براي حل مشكل احتمالي را ندارد‪( .‬به ويژه در خاموشيهاي‬
‫زنجيره اي)‬
‫• بنابراين مدل سازي وقايع از ضروريات است‬
‫• استفاده از پخش بار و ‪..‬‬
‫وظيفه سوم‪SCOPF -‬‬
‫• در اين بخش تحليل پيشامدها با با يك برنامه پخش بار بهينه تركيب مي شود (هدف آن‬
‫است كه هيچ پيشامدي موجب نقض قيود شبكه نشود)‬
‫• براي نشان دادن نحوه انجام اين كار؛ حالتهاي مختلف بهره برداري را مورد توجه قرار مي‬
‫دهيم‬
‫– حالت توزيع بهينه (‪ :)Optimal Dispatch‬حالت پيش از وقوع پيشامد كه سيستم در حالت بهره‬
‫برداري اقتصادي قرار دارد‪ ،‬ليكن ممكن است مطمئن نباشد‬
‫– حالت بعد از پيشامد (‪ :)Post Contingency‬حالتي كه سيستم قدرت پس از وقوع پيشامد‬
‫دارد‪ .‬در اين حالت‪ ،‬بعض ي از قيود نقض شده اند (ولتاژ شينها و بارگذاري شبكه انتقال)‬
‫– حالت توزيع بار مطمئن (‪)Secure Dispatch‬؛ حالتي از سيستم بدون وقوع پيشامد است؛ اما‬
‫با اصالحاتي در پارامترهاي بهره برداري ‪ ،‬نقض امنيت در نظر گرفته مي شود‪.‬‬
‫– حالت مطمئن پس از وقوع پيشامد (‪)Secure Post-Contingency‬؛ حالتي است كه در اثر‬
‫وقوع پيشامد اعمال اصالحي انجام شده است‪.‬‬
‫حالتهاي بهره برداري‬
‫با تنظيم توليد در واحدهاي ‪ 1‬و ‪2‬؛ از پربار نمودن شبكه‬
‫انتقال در اثر وقوع يك پيشامد ممانعت بعمل آمد‪.‬‬
‫برنامه هايي كه اين تنظيمات را براي متغيرهاي كنترلي در‬
‫شرايط وقوع پيشامد تعيين مي كنند‪ SCOPF ،‬ناميده‬
‫مي شوند‪.‬‬
‫حالتهاي بهره برداري‬
‫• سه وظيفه اشاره شده (پايش سيستم؛ تحليل پيشامدها؛ و اعمال‬
‫اصالحي)؛ مجموعه اي از ابزارهاي بسيار پيچيده اي را تشكيل مي دهند‬
‫كه مي توانند شرايط الزم براي بهره برداري مطمئن از سيستم قدرت را‬
‫فرآهم آورند‪.‬‬
‫حالتهاي بهره برداري‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫حالت نرمال (‪ :)Normal State‬حالتي كه تمام بارها تامين شده است و قيود در محدوده مجاز قرار‬
‫دارند‬
‫حالت هشدار (‪ :)Alert State‬بعض ي از قيود به مرز رسيده اند‪ ،‬اما هنوز همه بارها تامين شده اند‬
‫حالت بازيابي (‪ :)Restorative State‬بخش ي از بار قطع شده است و سيستم بايد به وضعيت‬
‫نرمال برگردد‬
‫حالت بحراني (‪ :)Emergency State‬بعض ي از قيود از مرز خارج شده اند؛ سيستم در حالتي‬
‫است كه قابل تحمل نيست‬
‫حالت فوق بحراني‪ -‬بار قطع شده؛ قيود نقض شده اند كه ممكن است به ‪ black out‬منجر شود‪.‬‬
Security Assessment / Control
Normal
SECURE
Restorative Control
INSECURE
EMERGENCY
RESTORATIVE
Emergency Control
System Operating States
• Normal - Load and operating constraints
satisfied
• Emergency - Operating constraints not
completely satisfied.
• Restorative - Load constraints not completely
satisfied.
‫عوامل مؤثربر امنيت سيستم قدرت‬
‫•‬
‫نتايج اتفاقاتي كه در سيستمهاي قدرت بهم پيوسته افتاد‬
‫– بهره برداري از سيستم قدرت با هدف تامين برق مطمئن‬
‫– ضمن اينكه سيستم قدرت با مالحظات قابليت اطمينان بهره برداري مي شود‪ ،‬مالحظات اقتصادي نيز در نظر گرفته شود‪.‬‬
‫بنابراين‬
‫تامين برق مطمئن و اقتصادي‬
‫شرايط نامساعد جوي‪ -‬خطاهاي نيروي انساني‪ -‬عملكرد ناصحيح سيستم حفاظتي‪ -‬طراحي ناصحيح ‪ ،‬برنامه تعميرات و ‪..‬‬
‫هنگام طراحي‪ ،‬سيستم قدرت به گونه اي طراحي مي شود كه با قطع يك تجهيز بتواند پيشامدهاي مهم را تحمل كند؛ اما‬
‫ً‬
‫عمال ًً سيستم ‪ %100‬قابل اعتماد نيست‬
‫بنابراين در شرايط بهره برداري نياز به روشهايي داريم تا تاثير خروج تجهيزات (توليد و انتقال) را بررس ي نماييم‬
The NYISO Control Room
System
(transmission)
Operator
Generation
Dispatcher
Chief Operator
(Shift Supervisor(
Intertie
scheduler and
Balancing Mkt
‫بررس ي پيشامدها و تشخيص مسايل شبكه‬
‫توانهاي اكتيو و راكتيور ارسال شده در ابتداي‬
‫خط به ترتيب‪ 43.8 :‬مگاوات و ‪ 60.7‬مگاوار‬
‫پخش بار حالت پايه در شبكه شش شينه‬
‫بررس ي پيشامدها – قطع خط ‪5-3‬‬
‫• افزايش بار خط ‪ 6-3‬به ‪ 54.9‬مگاوات‬
‫•كاهش ولتاژ شين ‪5‬‬
‫•تغيير توان عبوري از ساير خطوط انتقال وولتاژ بعض ي از‬
‫شينها‬
‫بررس ي پيشامدها‪ -‬قطع واحد توليد ‪3‬‬
‫جبران كمبود توليد توسط واحد ‪1‬‬
‫بررس ي پيشامدها‪ -‬قطع واحد توليد ‪3‬‬
‫جبران كمبود توليد توسط واحدهاي ‪ 1‬و ‪2‬‬
‫الگوريتم بررس ي پيشامدها با پخش بار ‪ac‬‬
‫مدل سازي وقفه هاي انفرادي‬
‫زمان زياد براي محاسبات(سرعت حل از چالشها)‬
‫روش حساسيت شبكه‬
‫• ضرايب حساسيت تغييرات تقريبي توان عبوري از شبكه انتقال را در اثر خروج يك‬
‫تجهيز بدست مي دهند‬
‫– ضريب جابجايي در توليد (‪)Generation Shift Factors‬‬
‫– ضريب توزيع وقفه خطوط (‪)Line Outage Distribution Factors‬‬
‫ضريب جابجايي در توليد‬
‫ً‬
‫فرض شده است كه تغيير در توليد شين ‪ i‬دقيقا با تغييري در شين مبنا جبران گردد‬
‫چنانچه واحدي با توليد مشخص از مدار خارج شود‪ ،‬تغيير ايجاد شده در توان عبوري از خط انتقال ‪l‬‬
‫از رابطه زير بدست مي آيد‪:‬‬
‫روش حساسيت شبكه‬
‫•‬
‫ضرايب توزيع وقفه خطوط‬
‫•‬
‫توان انتقالي از خطوط انتقال در اثر قطع يك خط انتقال از رابطه زير قابل تعيين است‬
‫با معلوم بودن ضرايب توزيع وقفه خطوط مي توان تغيير توان انتقالي را از خطوط انتقال محاسبه نمود‪.‬‬
‫بررس ي پيشامدها با استفاده از ضرايب حساسيت‬
‫•‬
‫فرضيات‬
‫– معلوم بودن خروجي هر واحد‬
‫– معلوم بودن توان انتقالي از خطوط‬
‫– معلوم بودن ضرايب حساسيت‬
‫– جبران تمام كمبود توليد توسط شين مبنا‬
‫محاسبه ضرايب حساسيت شبكه‬
‫•‬
‫ضرايب جابجايي توليد‬
‫محاسبه ضرايب حساسيت شبكه‬
‫• ضرايب توزيع وقفه خطوط‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫محاسبه ضرايب حساسيت شبكه‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫محاسبه ضرايب حساسيت شبكه‬
‫‪‬‬
‫ضرايب حساسيت شبكه‪-‬مثال‬
‫ضرايب حساسيت شبكه‪-‬مثال‬
‫تغيير توان انتقالي خط ‪ L‬ناش ي از قطع خط ‪k‬‬
‫بررس ي خروج واحد شين‪ 3‬در توان انتقالي از خط ‪1-4‬‬
‫توان پايه در خط ‪ 43.6 =1-4‬مگاوات‬
‫توليد پايه شين ‪ 60 =3‬مگاوات‬
‫ضريب توزيع جابجايي توليد= ‪-0.29‬‬
‫بررس ي خروج خط ‪ 3-5‬در توان انتقالي از خط ‪3-6‬‬
‫توان انتقالي پايه در خط ‪ 19.1 =3-5‬مگاوات‬
‫توان انتقالي پايه در خط ‪ 43.8 =3-6‬مگاوات‬
‫ضريب توزيع وقفه = ‪0.60‬‬
‫نتايج در هر دو حالت به نتايج پخش بار ‪ AC‬نزديك است‬
‫اصالح توزيع بار‬
‫• بهره بردار چه اقدامي را مي تواند در اثر وقوع يك پيشامد انجام دهد؟‬
‫• بهره بردار مي تواند براي بهبود وضعيت اضافه بار اعمال زير را انجام دهد‪:‬‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫–‬
‫جابجايي در توليد‬
‫تعديل و تنظيم تبادل با سيستمهاي همسايه‬
‫تنظيم شيفت دهنده هاي فاز‬
‫كليد زني شبكه انتقال‬
‫بارزدايي‬
‫براي بهبود وضعيت ولتاژ‪:‬‬
‫– تنظيم تحريك ژنراتورها‬
‫– تنظيم اتصاالت سر اتوترانسفورمرها‬
‫– كليد زني منابع توليد توان راكتيو‬
‫– كليد زني شبكه انتقال‬
‫– بارزدايي‬
‫اصالح توزيع بار با استفاده از ضرايب حساسيت‬
‫• جابجايي توليد‬
‫هدف‪ :‬اصالح توان انتقالي خط ‪ 3-6‬از ‪ 43.8‬به ‪ 40‬مگاوات‪.‬‬
‫تغيير الزم‪:‬‬
‫‪43.8MW  f 36  40MW‬‬
‫‪f 36  3.8MW‬‬
‫‪50.0  P1  200‬‬
‫‪37.5  P2  150‬‬
‫‪‬‬
‫‪a 36, 2  0.01‬‬
‫‪a 36, 3  0.37‬‬
‫‪45.0  P3  180‬‬
‫بنابراين براي كاهش توان خط ‪ 3-6‬به اندازه ‪ 3.8‬مگاوات بايد واحد‬
‫شين ‪ 2‬را در ليست افزايش و واحد شين ‪ 3‬را در ليست كاهش قرار‬
‫دهيم‬
‫‪MaxPg 2 (increase)  150  50  100MW‬‬
‫‪MaxPg 3 (decrease)  45  60  15MW‬‬
‫‪Pg 2  100x( 0.01)  1MW‬‬
‫‪ 15x(0.37)  5.55MW‬‬
‫‪f 36  3.8‬‬
‫‪‬‬
‫‪ 10.27MW‬‬
‫‪a36,3‬‬
‫‪0.37‬‬
‫‪P‬‬
‫‪g3‬‬
‫‪Pg 3 ‬‬
‫‪‬‬
‫استفاده از پخش بار متناوب در بررس ي پيشامدها‬
‫آزمون تمامي پيشامدها‬
‫استفاده از پخش بار متناوب در بررس ي پيشامدها‬
‫•‬
‫راه حل ‪:‬محدود نمودن پيشامدها‬
‫•‬
‫انتخاب پيشامدهاي بد براي سيستم‬
‫استفاده از پيشامدهاي بد‪ -‬مشكالت‬
‫• درنظر گرفتن حالتهاي زياد در ليست كوتاه‬
‫• صرف نظر نمودن از برخي از موارد بد از ليست كوتاه‬
‫مطرح شدن انتخاب پيشامد (‪)Contingency Selection‬‬
‫انتخاب پيشامد‪ -‬روش ‪1P1Q‬‬
‫• پخش بار دكوپله‬
‫•محاسبه دامنه و زاويه ولتاژ شينها براي يك تكرار‬
‫•محاسبه توانهاي عبوري از شبكه‬
‫•استفاده از مقدار بزرگ براي ‪ n‬در محاسبه ‪)n=5( PI‬‬
‫مزيت‪ :‬امكان محاسبه ولتاژها عالوه بر توانهاي عبوري‬
‫انتخاب پيشامد‪ -‬روش ‪-1P1Q‬ادامه‬
‫• مرتب نمودن ‪PI‬هاي محاسبه شده به صورت نزو لي‬
‫• تحليل امنيت با اجراي پخش بار كامل براي پيشامدهايي كه در اولويتهاي باال قرار دارند‬
‫• اين كار براي تعداد معيني از پيشامدها انجام مي شود و يا اينكه تا جائيكه تعداد معيني‬
‫از پيشامدها هيچ آالرمي را به دنبال نداشته باشند‬
‫تحليل پيشامد‪ -‬آزادسازي متحداملركز(‪)Concentric Relaxation‬‬
‫• تاثير جغرافيايي پيشامد‬
‫– (تقسيم سيستم به دو بخش متاثر شده و متاثر نشده از پيشامد)‬
‫– اليه صفر (مربوط به شاخه قطع شده)‬
‫• انتخاب تعدادي از اليه ها بصورت دلخواه و تحليل‬
‫پيشامدها در اليه هاي منتخب‬
‫•ولتاژ شينهاي موجود در اليه هاي باال ثابت فرض مي‬
‫شوند‬
‫• حل كامل مسئله پخش بار‬
‫•حل ساده‬
‫•نياز به اليه هاي بيشتر براي مدارهايي خروج آنها اثرات زيادي بر شبكه دارد‬
‫الف ) طرح احداث مركز ديسپاچينگ شمال‬
‫سلسله مراتب ديسپاچينگ‬
‫بر اساس فلسفه بهره برداري ديسپاچينگ داراي سلسله مراتبي به شرح زير مي باشد‪:‬‬
‫ديسپاچينگ سطح صفر‪ -‬ملي‬
‫ديسپاچينگ سطح يك‪-‬منطقه اي‬
‫ديسپاچينگ سطح دو ‪ -‬محلي‬
‫ديسپاچينگ سطح سه ‪ -‬توزيع‬
‫دياگرام سلسله مراتب ديسپاچينگ كشور‬
‫ديسپاچينگ‬
‫ملي ‪SCC‬‬
‫سطح‬
‫يك‬
‫‪TAOC‬‬
‫مشهد‬
‫كرمانشاه‬
‫اصفهان‬
‫تهران‬
‫سطح دو‬
‫سطح صفر‬
‫‪NAOC‬‬
‫تبريز‬
‫شمال‬
‫شيراز‬
‫اهواز‬
‫‪C-MRDC‬‬
‫مركز‬
‫‪E-RDC‬‬
‫شرق‬
‫مازندران‬
‫گلستان‬
‫سطح سه‬
‫‪W-RDC‬‬
‫غرب‬
‫‪DCC‬‬
‫استان‬
‫كرمان‬
‫ديسپاچينگ ملي (سطح صفر)‬
‫‪SYSTEM CONTROL CENTER_SCC‬‬
‫وظايف‪:‬‬
‫‪-‬كنترل فركانس شبكه با مديريت توليد واحدهاي بزرگ‬
‫ حفظ پايداري شبكه سراسري‬‫ پيش بيني بار و توليد مديريت‬‫ برنامه ريزي اقتصادي توليد‬‫‪ -‬برنامه ريزي خاموش ي و تعميرات اساس ي واحدها‬
‫(ديسپاچينگ منطقه اي (سطح يك‬
‫‪Area Operating Center - AOC‬‬
‫وظايف ‪:‬‬
‫‪ -‬كنترل و حفظ ولتاژشبكه انتقال‬
‫ كنترل بارمصرفي شبكه‬‫‪ -‬مديريت توليد واحدهاي كوچك‬
‫ نظارت بر شبكه انتقال منطقه‬‫‪ -‬هماهنگي با مراكز پايين دست‬
‫ديسپاچينگهاي محلي (سطح ‪)2‬‬
‫‪Regional Dispatching Center _ RDC‬‬
‫وظايف ‪:‬‬
‫ كنترل و بهره برداري از شبكه فوق توزيع‬‫‪ -‬كنترل وبهره برداري از شبكه‪ 63‬كيلوولت و پستهاي ‪63/20‬‬
‫ كنترل وبهره برداري از شبكه ‪132‬وكليه پستهاي ‪132/20‬‬‫‪ -‬كنترل و بهره برداري از طرف ‪20/33‬كيلو ولت‬