ترجمه مقاله پیش بینی تصادفی افت ناگهانی ولتاژ در یک سیستم انتقال گسترده

1. مقدمه

افت ولتاژ، همانند سایر پدیده های کیفیت توان، بایستی به عنوان یک مسئله سازگاری بین تجهیزات و منبع در نظر گرفته شود. همچنین لازم به ذکر است که، در زمان نصب قطعه جدیدی از تجهیزات، مشتری بایستی حساسیت تجهیزات را با عملکرد عرضه مورد مقایسه قرار دهد. به علاوه اینکه، اطلاعات مربوط به حساسیت تجهیزات، از طریق ارتباط با سازنده یا از طریق آزمایش تجهیزات و اطلاعات مربوط به عملکرد عرضه از طریق نظارت بر عرضه یا از طریق پیش بینی تصادفی قابل دستیابی می باشد.

در مطالعه حاضر، دو روش برای پیش‌بینی تصادفی افت ناگهانی ولتاژ (روش موقعیت‌های خطا و روش فاصله بحرانی) مطرح شده اند و در زمینه یک سیستم انتقال وسیع به کار گرفته می شوند.

شکل 1. (a) نمونه ای از انتخاب موقعیت های خطا و (b) ارتباط بین موقعیت های خطا و کسری از طول خط

بر طبق بررسی های صورت گرفته، پیش‌بینی تصادفی میزان افت‌های ناگهانی ولتاژ با ویژگی‌های خاص می‌تواند ابزار سودمندی در زمینه کاربرد و همچنین نظارت بر افت ولتاژ محسوب شود. یک روش پیش‌بینی تصادفی برای افت ولتاژ، روش موقعیت‌های خطا است که از سوی کنراد و همکاران مطرح شده است.

III. روش موقعیت های خطا

روش موقعیت‌های خطا برای پیش‌بینی تصادفی افت ناگهانی ولتاژ روشی ساده محسوب می شود. همچنین با استفاده از این روش پیشنهادی، مقدار و مدت زمان افت ولتاژ برای بسیاری از خطاهای احتمالی نیز محاسبه می شود. همچنین، پس از در نظر گرفتن نرخ شکست هر خطا، تعداد مورد انتظار افت ها به عنوان تابعی از دامنه و مدت زمان مورد محاسبه قرار می گیرد.

ویژگی های افت ناگهانی ولتاژ (میزان، مدت و غیره) در پایانه های تجهیزات برای تعدادی از موقعیت های خطا که در سیستم منتشر می شوند نیز مورد محاسبه قرار می گیرد. هر موقعیت خطا نشانگر خطاها در قسمت خاصی از سیستم ( به طور مثال، خطا در پست یا خطاهای بین 25٪ - 75٪ طول خط) می باشد. لازم به ذکر است که تعداد مورد انتظار وقوع در سال (نرخ شکست) به هر موقعیت خطا تخصیص داده می شود.

جدول II . نتایج روش موقعیت‌های خطا در رابطه با شکل 1

جدول III . جدول کاهش ولتاژ تجمعی حاصل در رابطه با شکل 1

موقعیت های خطای 3، 4 و 5 به ترتیب در 25%، 50% و 75% خط قرار دارند. هر موقعیت خطا نشانگر 1/4 طول خط و موقعیت های خطای 2 و 6 نشانگرخطاهای نزدیک به پست هستند که هر کدام مربوط به 1/8 طول خط هستند. موقعیت های خطای 1 و 8 نشاگر خطاهای پست هستند که هر یک سالانه دارای فرکانس 0.1 در هر پست هستند. افتهای حاصل (8-1 در جدول II ) در یک جدول تجمعی ارائه شده اند. جدول تجمعی حاصل، جدول III است.

.IV روش فاصله بحرانی

روش فاصله بحرانی برای پیش‌بینی فرکانس افت ولتاژ که از سوی بولن [4]، [5] ارائه شده است، به عنوان روشی برای تحلیل افت ولتاژ در سیستم‌های توزیع توصیه شده در کتاب طلاییIEEE  مطرح شده است. لازم به ذکر است که روش پیشنهادی یک تکنیک پیش بینی بسیار ساده بر اساس مدار معادل مقسم ولتاژ محسوب می شود. مبنای روش پیشنهادی به طور مفصل در زمینه خطاهای سه فاز تشریح شده است.

روش پیشنهادی مبتنی بر مفهوم "نقطه اتصال مشترک بین بار و خطا" (PCC) است. در یک سیستم شعاعی، PCC محلی است که در آن مسیرهای خطا و بار تقسیم شده و جریان بار از جریان خطا منشعب می شود. همچنین تشخیص PCC و نادیده گرفتن جریان بار، مقسم ولتاژ ساده ای را ارائه می دهد.

دامنه افت خطا در جایی در سیستم توزیع شعاعی از طریق رابطه زیر محاسبه می شود:

 

که در آن Z₁=R₁+jx₁ امپدانس منبع در PCC و L(Z₂=T₂+jx₂ ) امپدانس بین PCC و خطا، و فاصله بین PCC و خطا می باشد. معادله (1) جریان بار را نادیده می گیرد و از اینرو درصد دامنه در موقعیت بار برابر با درصد دامنه در PCC می باشد.

فرض بر این است که یک ولتاژ بحرانی V_crit وجود دارد که تجهیزات تحت این ولتاژ بحرانی قطع می‌شوند و بالاتر از آن هیچ قطعی رخ نمی دهد. در اینجا برای تخمین تعداد مورد انتظار قطعی های تجهیزات از معادله (1)  استفاده نمود. نکته ای که در اینجا بایستی به آن اشاره نمود این است که فاصله بحرانی فاصله ای از PCC است که در آن یک خطا به افت ولتاژ تحت ولتاژ بحرانی V_crit در PCC منجر می شود. فاصله بحرانی ولتاژ از طریق معادله پیچیده زیر حاصل می شود:

 

با α زاویه در صفحه مختلط بین امپدانس منبع و امپدانس فیدر عبارت حاصل به صورت زیر می باشد:

 

همچنین می توان یک معادله ساده شده را با فرض مساوی بودن نسبت X/R منبع و فیدر به صورت زیر دست آورد:

 

لازم به ذکر است که تقریب اخیر (3) برای اکثر سیستم ها نتیجه مورد قبولی را ارائه می دهد. برای سیستم‌هایی با پرش‌های زاویه فاز بیشتر (مقدار بیشتر α ) بایستی از عبارت پیچیده‌تر (2) استفاده شود.

G . پرش زاویه فاز

بر طبق بررسی های صورت گرفته، اتصال کوتاه در یک سیستم قدرت نه تنها به کاهش مقدار ولتاژ منجر می شود، بلکه باعث بروز تغییراتی در زاویه فاز ولتاژ نیز می گردد. این رویداد که اصطلاحا پرش زاویه فاز نام دارد را می توان به عنوان آرگومان ولتاژ مختلط در (1) محاسبه نمود. لازم به ذکر است که برخی از تجهیزات نیز به این پرش در زاویه فاز حساس هستند. همچنین روش موقعیت‌های خطا می‌تواند در عوض یا همراه با دامنه افت‌ها به پرش زاویه فاز منجر شود. با توجه به اینکه محاسبات ولتاژ مورد استفاده، به بروز ولتاژهای پیچیده منجر شده است، محاسبه و دستیابی به پرش زاویه فاز کار چندان دشواری نمی باشد.

به طور کلی، پرش زاویه فاز با افزایش دامنه افت کاهش می یابد. همچنین دامنه افت با افزایش فاصله تا خطا [5] افزایش یافته و پرش زاویه فاز با افزایش فاصله تا خطا  به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. نتایج بدست آمده از محاسبات صورت گرفته حاکی از آن است که، پرش های زاویه فاز به دلیل خطاهای اتصال کوتاه در سیستم های انتقال نسبتاً جزئی هستند. همچنین، خطاهای سیستم توزیع می تواند به بروز پرش های زاویه فاز با درجات متعدد منجر شود.

این روش تنها مستلزم مقدار بسیار محدودی از داده ها (سطح خطا، تعداد خطوط تغذیه، امپدانس خط در واحد طول) بوده و برای انجام آن از محاسبات بسیار ساده استفاده می شود. مقایسات صورت گرفته در زمینه این دو روش پیشنهادی حاکی از آن است که روش فواصل بحرانی نتایج نسبتا مورد قبولی را ارائه می دهد. همچنین لازم به ذکر است که در صورتیکه داده‌های سیستم به شکلی در دسترس بوده و نرم‌افزاری نیز برای محاسبه ولتاژ در هنگام خطا در دسترس باشد، روش موقعیت‌های خطا روش پیشنهادی برای دستیابی به فرکانس افت محسوب می شود. شایان ذکر است که زمانیکه الزامات ابر داده به بروز مسائلی منجر می شود، روش فواصل بحرانی، گزینه معقولی به شمار می آید.