اتوماسیون کنترل بانکهای خازنی در شبکه های توزیع

شرکت برق آیداهو واقع در ایالت آیداهوی آمریکا، درسال 1996 برنامه ای را برای تصحیح ناکارایی جبران سازی 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. اگرچه جبران سازی بار راکتیو را به شیوه های مختلفی مثلا"در محل تولید انرژی، با استفاده ازکندانسورهای سنکرون و یا در محل پستها و در شبکه توزیع ( با استفاده از بانکهای خازنی ) میتوان انجام داد، اما بهترین شیوه برای جبران سازی بار راکتیو، استفاده ازبانکهای خازنی در محل بار است.
هنگام استفاده از بانک های خازنی توزیع، دراکثراین موارد، عمل کنترل با استفاده ازکلیدهایی صورت میگیرد که بصورت دستی و با لحاظ کردن شرایط فصلی، خازنها را وارد یا از مدارخارج میکنند. چنین کنترلی، مؤثر وکارا نیست زیرا در شرایط پیک بار، سیستم توزیع دچار کمبود توان راکتیو و در شرایط بارکم، دچار اضافه توان راکتیو میشود. اگرچه بانک های خازنی توزیع، تک تک و کوچک هستند اما اثر مجموع آنها بر سیستم قابل ملاحظه است. هدف از برنامه ای که از سوی اداره طراحی توزیع ارائه شده بود، ابداع سیستمی در دل سیستم مدیریت انرژی موجود بود که در آن بانکهای خازنی در فیدرهای توزیع با توجه به میزان توان راکتیو مورد نیاز درپست ها انتخاب شوند.
ایده اصلی شرکت Stellar Dynamics Inc برای کنترل خازن های توزیع، اندازه گیری مقادیرتوان راکتیو و اکتیو در سطح پست های توزیع و سپس ارسال دستورات مناسب به تجهیزات کنترلی مخصوص نصب شده روی هر بانک خازنی توزیع است. تجهیزات لازم برای ارتباط کنترل کننده پست با سیستم دیسپاچینگ یعنی الگوریتم کنترل دینامیک بانک های خازنی توزیع DCC (Distribution Capacitor Control) ، امکان استفاده بهینه سیستم های انتقال وتوزیع را فراهم می آورد.
DCC یک دستگاه کنترل است که با حذف یا کاهش جزء راکتیو و بهبود ضریب قدرت، ظرفیت شبکه را بالا می برد.با بهبود ضریب قدرت، جریان سیستم کم شده و سیستم امکان می یابد تا بار بیشتری را تغذیه کند. این مزیت به ویژه در مورد تجهیزاتی که ممکن است تحت تأثیر اضافه بارحرارتی قرار گیرند، اهمیت پیدا میکند. همچنین، بهبود ضریب قدرت به ژنراتور امکان میدهد تا توان اکتیو بیشتری را تولید کند. به علاوه در صورت پیش آمدن شرایط غیرعادی درمحل خازنها، دستگاهDCC هشدارهای لازم راصادر می کند. ترانسفورماتور توزیع، نقطه کنترل طراحی شده در این 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، تعداد14 بانک خازنی تحت کنترل قرار گرفتند. بخشی از این بانک ها از قبل وجود داشته وتعدادی دیگر تازه نصب شده بودند تا توان راکتیو اضافی تولید کنند. بعد از نوسانات اولیه، سیستم آنچه را از آن انتظار می رفت، عملی ساخت. جبران سازی کامل در پست توزیع دریک محدوده وسیع بار انجام گرفت.
اتوماسیون خازن در سال 1997 در 16پست و در سال 1998 در 14 پست دیگر نیز اجرا شد. پست هایی که در سال 1997، تحت اتوماسیون قرارگرفتند، از مدول ارتباطی Harris D-10 برای ارتباط با RTU استفاده می کردند. این مدول بصورت یک کنترل کننده خازن عمل میکند. درسال 1998 در آیداهو، شرکت برق این ایالت، تصمیم گرفت سیستم مدول ارتباطی Harris D-20 را طوری تغییر دهد که این ترمینالها را قادر سازد تا توسط سیستم مدیریت انرژی برای کارهایی غیر ازکنترل خازن نیز مورد استفاده قرارگیرند. این کار باعث شد تا کنترل خازن با اضافه کردن یک نرم افزار ساده در پست هایی که دارای مدول D-20 برای کنترل، نظارت و اخذ داده هستند، انجام پذیرد.
قبل ازنصب DCC ، شکل موج بار راکتیو از تقاضای بار اکتیو پیروی میکرد. بعد ازنصب، 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 شد. هرچند با نصب خازن های ثابت نیز ممکن است چنین نتیجه ای حاصل شود اما با کار انجام شده، امکان تنظیم و کنترل در محدوده وسیعی از بارهای فصلی به شکل بهتری فراهم میشود. سیستم اتوماسیون خازنی بدون دخالت انسان، توان راکتیو را در هر یک از پست ها با پله های کوچک کنترل می کند به نحوی که راندمان کل سیستم بالا می رود. با نصب کنترل کننده 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 مؤثر از خازن های موجود وبدون نصب خازن های اضافی انجام گرفته است. در بیشتر نواحی روستایی به خصوص آنها که با شبکه های شعاعی تغذیه می شوند، بهبود پروفیل ولتاژ باعث کاهش یا به تأخیر افتادن بازسازی می شود. اتوماسیون خازنی، زمان لازم برای کنترل دستی بانک های خازنی در فیدرهای طولانی را به نحو چشمگیری کاهش داده است