طراحی ومدل سازی سيستم های توزيع

طراحی ومدل سازی سيستم های توزيع فصل اوّل :معرفی سيستمهای توزيع
از اجزاي اصلي يک سيستم قدرت الکتريکي ، سيستم توزيع به طور سنتي ، به صورت يک سيستم نه چندان جذاب توصيف شده است . در نيمة پاياني قرن بيستم ، طراحي ، بهره برداري در توليد و همچنين در بخش ادوات انتقال انرژي ، باعث به وجود آمدن رقابت تنگاتنگي بين مهندسان و محققان در اين عرصه گشت . نيروگاهها بزرگ و بزرگتر شدند . خطوط انتقال متقاطع ، مناطق را مانند شبکه هاي به هم متصل در آورند . اين اتصالات به هم پيوستة شبکه ها باعث شد که به تحليل و تکنيکهاي کاربردي پيشرفته تري نياز پيدا کنيم . هم زمان سيستم هاي توزيع کار انتقال توان را با تحليل يا حتي بدون تحليل ، به آخرين مصرف کننده ادامه دادند . در نتيجه ، سيستم هاي توزيع بدين صورت طراحي شدند . حال زمان عوض شده ، لذا بسيار مهم و لازم است که سيستمهاي توزيع باحداکثر ظرفيت و به صورت بهينه کار کنند . بعضي از سوالاتي که نياز به پاسخ دارند ، عبارتند از :


1- حداکثر ظرفيت چيست ؟
2- چطور بايد اين ظرفيت را بدست آورد ؟
3- محدوديت هاي کاري که بايد رعايت شوند ، کدامند ؟
4- چه کاري مي توان انجام داد تا سيستمهاي توزيع در محدودة کاري خودي عمل کنند ؟
5- براي بهينه کردن سيستم توزيع چه بايد کرد ؟

شبکه سراسري انتقال

Interconnected Transmission System

پست توزيع
Distribution
Substation
Primary
Feeders نيروگاه (Generation )
شبکه توزيع
Subtransmission
network
پست فوق توزيع
Bulk Power Substaion
اگر يک سيستم توزيع درست و دقيق مدل شود ، تمام سوالات بالا را مي توان پاسخ داد . هدف اين بخش ، به دست آوردن مدلهاي دقيق براي تمام اجزاي اصلي يک سيستم توزيع است . هر گاه مدلها ايجاد شوند ، تکنيکهاي آناليز حالت پايدار و اتصال کوتاه نيز به دست مي آيند .
1-1 سيستم توزيع
يک سيستم توزيع بطور معمول ، از يک پست توزيع آغاز مي شود که بوسيلة يک يا چند خط انتقال فرعي تغذيه مي شود . در بعضي موارد ، يک پست توزيع بوسيلة خط انتقال ولتاژ بالا ، بطور مستقيم تغذيه مي شود که در آن حالت ، سيستم انتقال فرعي وجود نخواهد داشت . ساخت و طراطي هر پست ، به کمپاني سازندة آن بستگي دارد که مي تواند يک يا چند فيدر ( تفذيه گر ) اصلي را سرويس دهي نمايد . به جز چند مورد استثنايي ، فيدرها همگي شعاعي هستند . اين بدين معنا است که تنها يک راه براي پخش توان از پست توزيع به مصرف کننده وجود دارد .
1- 2 پستهاي توزيع
دياگرام بسيار ساده يک خط پست در شکل (1-2 ) آمده است . همچنين شکل ( 1-2 ) يک پست توزيع ساده را نشان مي دهد که شامل تمام اجزاي اصلي است که در هر پستي يافت مي شود .
1- قسمت سوئيچ ولتاژ بالا و پايين : در شکل ( 1-2 ) قطع و وصل ولتاژبالا به وسيلة يک سوئيچ ساده انجام مي شود . پست گسترده تر ممکن است از بريکر هاي ولتاژ بالا در طراحي هاي مختلف شينه بالا استفاده کنند . قطع و وصل ولتاژ پايين در اين شکل ، بريکر هاي کنترل شده به وسيلة رله ها انجام مي شود و در بسياري از حالات به جاي ترکيب بريکر و رله از يک ريکلوزر ( Recloser ) استفاده مي شود . در بعضي از طراحي هاي پست علاوه بر يک بريکر براي شينه ولتاژ پايين ، بريکر هايي نيز براي هر فيدر وجود دارد . همانند حالت شينه ولتاژ بالا ، براي شينه ولتاژ پايين نيز طراحي هاي گوناگوني مي تواند وجود داشته باشد .
شبکه توزيع ( Subtransmissn Line )
کليد جدار ساز ( Disconnect Switch )
فيوز ( Fuse )
ترانس ( Tranformer )
تنظيم کننده ولتاژ ( Voltage Regulator )

لوازم اندازه گيري

Meters

کليد هاي بريکر ( Circuit Breakers )
فيدرهاي اوليه ( Primary Feeders )
شکل (1-2 ) : يک پست توزيع ساده
2- انتقال ولتاژ : مهمترين کار يک پست توزيع ، کاهش ولتاژ به سطح ولتاژ توزيع است . در شکل ( 1-2 ) تنها يک ترانسفورماتور نمايش داده شده است . در ساير طراحي هاي پستها ممکن است که از دو يا چند ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . ترانسفورماتور پست به صورت يک ترانس سه فاز و يا سه ترانسفورماتور تک فاز متصل به هم به صورت اتصالهاي استاندارد طراحي شود . سطوح استاندارد مختلفي براي ولتاژ وجود دارد که بعضي از آنها عبارتند از : 12.47 KV , 13.2 KV , 14.4 KV , 23.9 KV KV , 34.5 KV KV که در سيستم هاي قديمي ، KV 4.16 بوده است .
3- رگولاسيون ولتاژ : از آنجايي که بار روي فيدرها تغيير مي کند ، افت ولتاژ بين پست و مصرف کننده نيز تغيير مي نمايد . براي اين که ولتاژ مصرف کننده در محدودة قابل قبول باقي بماند ، بايد ولتاژ پست با تغييرات بار تغيير کند . در شکل (1-2 ) ولتاژ ، با رگولاتور نوع پله اي تنظيم ( رگوله ) شده است که به ولتاژ اجازه مي دهد تا حول 10% ± در سمت شينه ولتاژ پايين نوسان کند . گاهي اوقات اين عمل توسط ترانسفورماتور با سر متغيير ( LTC ) انجام گيرد . LTC سر سيم پيچ ترانسفورماتور ولتاژ کم را طبق تغييرات بار عوض مي کند . بسياري از ترانسفورماتورهاي پست ، يک سر ثابت روي سيم پيچ ولتاژ بالا دارند . وقتي که ولتاژ منبع بالاتر يا پايين تر از ولتاژ نامي باشد ، از اين سر استفاده مي شود . در تنظيمات ، سر ثابت مي تواند بين 5%± ولتاژ تغيير کند . خيلي از اوقات به جاي رگولاتور شينه يا شينيه هر فيدر داراي رگولاتوري از آن خود است . اين رگولاتور مي تواند بفرم رگولاتور سه فاز يا رگولاتورهايي به صورت فازهاي مستقل از هم عمل نمايند .
4- حفاظت : پست توزيع بايد در مقابل اتصال کوتاه محفاظت شود . در شکل ساده ( 1-2 ) ، تنها حفاظت اتوماتيک در مقابل اتصال کوتاه داخل پست بوسيلة فيوزهاي موجود در سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور صورت مي گيرد . همان طور که طراحي پست ها پيچيده مي شود ، شماهاي حفاظتي گسترده تري بايد براي حفاظت ترانسفورماتور ، شينه هاي ولتاژ کم ، شينه هاي ولتاژ بالا و بسياري تجهيزات ديگر در نظر گرفته شود .
5- اندازه گيري : هر پست توزيع ، چند شيوه براي اندازه گيري دارد. اين اندازه گيري مي تواند به صورت يک اندازه گيري آنالوگ ساده ، از مقدار جريان جاري در پست نمايش جريانهاي حداقل و حداکثر که در زمانهاي خاص ( يک دوره تناوب ) باشد . ثبت ديجيتالي اين اندازه گيري ها متداول است . اين اندازه گيري حداقل ، متوسط و حداکثر مقدار جريان ، ولتاژ ، توان ، ضريب توان و ... را در يک محدودة زمان مشخص ثبت کي کند . زمانهاي معمول براي اندازه گيري 15 دقيقه ، 30 دقيقه و يک ساعت است . اين اندازه گيري هاي ديجيتالي ، خروجي هر ترانسفورماتور پست و خروجي هر فيدر ( تغذيه گر ) را نمايش مي دهند . در شکل (1-3 ) طرح جامع از يک پست نمايش داده شده است . اين پست داراي دو ترانسفورماتور با سر متغير است که چهار خط توزيع را در بر مي گيرد و با دو خط انتقال فرعي تغذيه مي گردد . در شرايط عادي بريکر ها ( Circuit Breaker ) در حالات زير قرار دارند :
بريکر بسته : X , Y , 1 , 3 , 4 , 6
بريکر باز : Z , 2 , 5
با قرار بريکرها در حالت نرمال خود ، هر ترانسفورماتور از يک خط انتقال فرعي جداگانه تغذيه و به دو خط ديگر سرويس مي دهد . چنان يک خط انتقال فرعي از سرويس خارج شود ، بريکر X يا Y باز شده و بريکر Z بسته مي شود . حال هر دو ترانسفورماتور از يک خط انتقال فرعي تغذيه مي شوند . ترانسفورماتورها با توجه به اينکه تحت شرايط کار اضطراري بايد هر چهار خط را سرويس دهند ، سايز بندي مي شوند . براي مثال اگر که ترانسفورماتور 1-T خارج از سرويس دهند ، بريکر 4, 1 , X باز و بريکرهاي 5 و2 بسته مي شوند . با اين ترکيب بريکر ها ، تمام چهار خط به وسيلة ترانسفورماتور T-2 سرويس داده مي شوند