درآمدی بر اهمیت و تحلیل مطالعات پایداری سیستم های قدرت

انرژی الکتريکی پيش­ نياز حياتی در کليه جوامع و کشورهای توسعه يافته و يا در حال توسعه محسوب می‌گردد. تأمين انرژی الکتريکی مطلوب، باکيفيت و پایدار در کنار هزينه‌های معقول، نقش به‌سزايی در رشد و توسعه اقتصادی و اجتماعی هر کشوری خواهد داشت. با توجه به وابستگی شديد بخش‌های مختلف اقتصاد به مصرف انرژی الکتريکی، انتظار مصرف‌کنندگان به تأمین انرژی الکتريکی مطمئن و باکيفيت افزايش يافته است.چنانچه واضح است؛ شبکه انرژی الکتریکی یکی از کلیدی ترین شبکه­ های انرژی هر کشور بوده و پایداری این شبکه در شرایط متنوع می­ تواند سبب افزایش سطح رضایت مندی اجتماعی و افزایش بهره ­وری سیستم ­های اقتصادی و مالی شود. با پيشرفت تکنولوژی و مدرن‌تر شدن زندگی اجتماعی و همچنین با توجه به چشم‌انداز توسعه کشور ها؛ اهميت تداوم در تغذيه برق مشترکين و بحث مطالعات پایداری در شبکه برق بیش از پیش احساس می گردد.وقوع رویداد­های غیر منتظره در سیستم های قدرت، سطح پایداری سیستم را تحت تأثیر قرار می­ دهد. یکی از پیچیده ترین و چالش برانگیزترین مسائل مربوط به سیستم های قدرت امروزی، بحث پایداری این سیستم ها است. این موضوع به این دلیل اهمیت دارد که بهره برداری سیستم های قدرت در محدوده پایداری آن ها باعث شده است که این مسئله از نظر تحلیل بسیار مشکل باشد. در پایداری سیستم های قدرت آنچه که از اهمیت خاصی برخوردار است، در مدار نگه داشتن ژنراتورها و بارهای سیستم در شرایط کاری مختلف اعم از شرایط نرمال و خطا است. بنابراین با توجه به اهمیت موضوع، بررسی پایداری شبکه قدرت همواره یکی از مهم ترین چالش های مطالعاتی برای مهندسین برق قدرت بوده است. از جمله مزایای فنی این نوع مطالعات پایداری سیستم های قدرت می توان به شناسایی توانایی شبکه در مقابله با وقوع رویداد­های غیر منتظره اشاره نمود، که این امر می ­تواند از خاموشی های ناحیه ای و همچنین ناپایداری­ نیروگاه ­های ناحیه ­ای و انواع قطعی در شبکه­ های برق رسانی صنعتی و کشاورزی و خانگی جلوگیری نماید. همچنین از دیگر مزایای فنی این مطالعات می­ توان به افزایش امنیت شبکه، قابلیت اطمینان شبکه در شرایط متنوع بهره ­برداری اشاره نمود. از طرفی به کمک این نوع مطالعات می­ توان به نقاط آسیب پذیر شبکه از نظر پایداری گذرا پی برد. شناسایی وقایع تاثیرگذار در ناپایداری گذرا از دیگر نتایج این مطالعات است که می­ تواند به اقدامات موثر اصلاحی و کنترلی منجر شود.به طور کلی مطالعات حوزه سیستم های قدرت می­ تواند شامل مطالعات حالات گذرای سریع و خیلی سریع و همچنین مطالعات در حوزه پایداری گذرا باشد.حالات گذرای سریع و خیلی سریع ناشی از تغییرات ناگهانی و جابجایی در انرژی های ذخیره شده در میدان های الکتریکی و مغناطیسی است. در این نوع مطالعات توجه ویژه بیشتر متمرکز بر استرس­ های ولتاژی بر تجهیزات موجود در سیستم ­های قدرت می­ باشد. در مطالعات گذرای سریع و فوق سریع سیستم­ های قدرت، مدل­سازی تجهیزات از اهمیت خاصی برخوردار است، چراکه در این گونه مطالعات مدل تجهیزات با توجه به حوزه فرکانسی مطالعاتی تغییر می­ نماید. در صورت عدم کنترل حالات گذرا در سیستم قدرت شرایط بحرانی منجر به بروز اضافه ولتاژها، اضافه جریان ها و یا اعوجاج در شکل موج های جریانی و ولتاژی خواهند شد که نتیجه آن ایجاد خسارت در تجهیزات سیستم های قدرت و یا اختلال در عملکرد آنهاست. نکته حائز اهمیت این است که به دلیل زمان بسیار کوتاه این پدیده ها ( در حدود چند میکرو ثانیه و نانو ثانیه)، ممکن است سیستم های حفاظتی در کنترل این حالات گذرا دچار اختلال شوند. بنابراین جهت به حداقل رساندن این ریسک ها در مراحل طراحی، اجرا و بهره برداری باید تمهیدات لازم پیش بینی گردد.در حوزه مطالعات پایداری گذرای سیستم ‌های قدرت به بررسی پایداری سیستم ‌های قدرت نسبت به اغتشاشات بزرگ و ناگهانی می پردازیم. از دست رفتن ناگهانی تولید یا بار، وارد شدن یک‌ بار بزرگ به شبکه و یا ایجاد خطا بر روی سیستم ازجمله اغتشاشات بزرگ هستند. اگر یکی از اغتشاشات ذکر شده در سیستم رخ دهد و دیر برطرف گردد، سیستم ناپایدار می ­شود. به این معنا که ژنراتور های موجود در سیستم سرعت گرفته و از حالت سنکرونیزم به مدت طولانی خارج می ­شوند. یکی از اهداف اصلی مطالعات پایداری گذرا، پیدا کردن زمان بحرانی رفع خطا است. زمان بحرانی رفع خطا تابع پیچیده ای از شرایط سیستم قبل از خطا، نوع و محل خطا و شرایط سیستم پس از رفع خطا می­ باشد. بر خلاف مطالعات گذرای سریع و فوق سریع، در این گونه مطالعات، مدل­ سازی تجهیزات از پیچیدگی کمتری برخوردار است و این دسته از مطالعات، پایداری کل سیستم قدرت را بررسی می­ نماید.یکی از نرم افزارهایی که همواره برای تحلیل، تست و کنترل پایداری در سیستم های قدرت مورد استفاده قرار می گیرد، نرم افزار معروف Matlab است. در فضای نرم افزار متلب، تولباکس های بسیاری وجود دارند که به منظور تحلیل بحث پایداری ایجاد شده اند. یکی از بهترین، ساده ترین و کاربردی ترین این تولباکس ها، نرم افزار PSAT (Power System Analysis Toolbox) یا جعبه ابزار تحليل شبکه های قدرت است. به کمک نرم افزار PSAT می توان بر روي شبکه قدرت محاسبات پخش بار، اتصال کوتاه و به طور خاص مطالعات ارزيابي پايداري ديناميکي سیستم های قدرت را انجام داد. اين نرم افزار مي تواند پاسخ زماني نتايج محاسبات را به روش هاي مختلف نمايش دهد. نرم افزار PSAT به عنوان يک جعبه ابزار کاربردی در نرم افزار MATLAB ارائه مي شود و با استفاده از کتابخانه تخصصی خود نرم افزار و همچنین از بخش Simulink جهت ترسيم گرافيکي نقشه تک خطي سيستم قدرت استفاده مي کند. از جمله ويژگي هاي منحصر بفرد اين نرم افزار کاربردی، در دسترس بودن کد برنامه آن است که به راحتی می توان آن را تهیه و نصب نمود. درصورتی که علاقه مند به یادگیری این نرم افزار هستید می توانید از تنها آموزش جامع و کامل نرم افزار PSAT که توسط مجموعه علمی آموزشی الگوریتم اول تهیه و تولید شده است استفاده نمایید.همانطور که پیش تر نیز ذکر شد، یکی از فاکتورهای مهم در سیستم های تامین انرژی برق، کیفیت توان به حساب می آید. بروز اختلال در سیستم های تامین انرژی برق و ایجاد شرایط بحرانی و خطا در شبکه، می تواند خسارات جبران ناپذیری را برای بهره بردار های انرژی برق به وجود آورد. از این رو بررسی حالت های مختلف خطا و گذرای الکترومغناطیسی در شبکه های برق امری ضروری است که این موضوع مهم نیز توسط نرم افزارهای متعددی قابل بررسی و شبیه سازی می باشد. یکی از پرکاربردترین، ساده ترین و بهترین نرم افزار های موجود نرم افزار ATPdraw می باشد. نرم افزار ATPdraw یک نرم افزار گرافیکی جهت تحلیل و بررسی رخدادهای گذرای الکترومغناطیسی در سیستم های قدرت است که توسط آن می توان رخدادهای آنی و گذرا را که در اثر یک کلید زنی و یا بروز خطای ناگهانی در شبکه اتفاق می افتد، شبیه سازی نمود. در هر حال در صورت علاقه به یادگیری این نرم افزار می توانید به آموزش جامع و کامل نرم افزار ATPdraw در سایت الگوریتم اول مراجعه نمایید.