شدت شلوغی وارد اومده.
دستگاه ها، پروسها و یه وقتی که باید واسه تشخیص وضعیت پایداری در نظر گرفته شه.
بهترین روشای محاسبه و پیش بینی وضعیت پایداری.
مثلا میشه با یه راه و روش، پایداری سیستم رو از دید دینامیکی و یا استاتیکی به دو دسته تقسیم بندی کرد.

۲-۲ تعریف پایداری استاتیک و دینامیک

۲-۲-۱ پایداری استاتیکی (موندگار)

در این نوع پایداری تغییرات به شکل کم کم و کم دامنه س. در بررسی پایداری موندگار از مدل ماشین ساده (به شکل یه منبع ولتاژ) واسه ژنراتور سنکرون استفاده می شه. در این حالت، حد پایداری زاویه قبل از خارج شدن ماشین از حالت موندگار ماشین سنکرون به شکل زاویه بار بحرانی ماشین سنکرون تعریف می شه. پایداری استاتیکی به شرایط استفاده سیستم قدرت مثل تولید، انتقال و مصرف بستگی داره ]۴۴[. مثلا در بررسی پایداری استاتیکی ولتاژ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺷﺒﮑﻪ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺷﺎﺧﺺ ﻫﺎیی مثل جریان تزریقی به دو سرخطوط، دامنه ولتاژ باس بارها و زاویه اون و… ﭘﺨﺶ ﺑﺎرﻫﺎی ﻣﺘﻮاﻟﯽ اﻧﺠﺎم ﻣﯽ ﮔیرد.

۲-۲-۲ پایداری دینامیکی (گذرا)

در پایداری دینامیک اثر سیستم تحریک و سیستم گاورنر هم در مدل ماشین سنکرون بررسی می شه]۴۴[. پایداری دینامیکی با به کار گیری پایدارسازهای سیستم قدرت مانند PSS بهبود پیدا میکنه. وجود تغییرات کم کم و کوچیک باعث ایجاد نوسانات طبیعی در سیستم قدرت می شه. اگه این نوسانات با گذشت زمان مستهلک شده و ازبین بره، پایداری دینامیکی اتفاق افتاده، اما اگه دامنه این نوسانات با گذشت زمان زیاد شه، درآنصورت ناپایداری دینامیکی رخ میده. واژه پایداری دینامیک به طور زیادی به عنوان کلاسی از پایداری زاویه ای روتور استفاده می شه]۴[.
هم اینکه میشه سیستم رو بسته به نوع شلوغی و شرایط کاری جور واجور به صورت زیر دسته بندی کرد:

۲-۳ شکلای جور واجور مسائل پایداری

۲-۳-۱ پایداری زاویه ای روتور

به توانایی سیستم قدرت در حفظ سنکرونیزم ماشینای سنکرون می گن. ﻣﺴئله ﭘﺎﻳﺪاری در اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺷﺎﻣﻞ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ نوسانای اﻟﮑﺘﺮوﻣﮑﺎنیکیه ﮐﻪ ﺑﻪ ﻃﻮر ذاﺗﯽ در سیستمای ﻗﺪرت وﺟﻮد داره. یه عامل اساسی در این مسئله، چگونگی تغییرات توان خروجی ماشینای سنکرون با در نظر گرفتن نوسانات روتورهای اون هستش که یه رابطه غیر خطی برابر رابطه (۲-۱) است. واسه درک بهتر مسئله شکل (۲-۱) رو در نظر بگیرین. توان انتقالی از ژنراتور به موتور تابعی از اختلاف زاویه بین روتور ماشین هاست. این توان انتقالی، تابعی از اختلاف زاویه بین روتور ماشین هاست. اصل این اختلاف زاویه ای سه چیزه: ۱(زاویه داخلی ژنراتور ۲) زاویه داخلی موتور ۳)اختلاف زاویه ای بین ولتاژهای ترمینالی موتور و ژنراتور. رابطه توان انتقالی در زیر آورده شده:

(۲-۱)
جایی که
شکل (۲-۱) انتقال توان از ژنراتور به روتور
با در نظر گرفتن توان الکتریکی سیستما، تغییر در گشتاور الکتریکی یه ماشین سنکرون که پریشونی رو به دنبال داره می تونه به دو بخش گشتاور سنکرون کننده و گشتاور از بین رفتنی شونده تقسیم شه. رابطه تغییر گشتاور در زیر آورده شده:
جایی که تغییر در گشتاور به وجود اومده به وسیله تغییر زاویه ای و به عنوان گشتاور سنکرون کننده شناخته می شه و به ضریب سنکرون ساز می گن. تغییر در گشتاور به وجود اومده به وسیله تغییر سرعته و به عنوان گشتاور از بین رفتنی شونده شناخته می شه و به ضریب میرایی می گن. پایداری یا ناپایداری سیستم بستگی به وجود این دو جز از گشتاور واسه هر ماشین سنکرون داره.
پایداری زاویه ای روتور که به پایداری دینامیک هم شناخته می شه به صورت (الف) و (ب) دسته بندی می شه:
(الف) پایداری سیگنال کوچیک: به توانایی سیستم قدرت در حفظ سنکرونیزم با وجود اغتشاشات کوچیک می گن. این اغتشاشات به دلیل تغییرات کوچیک در بارها و تولید اتفاق می افته و به اندازه کافی کوچیک فرض می شن تا خطی سازی معادلات سیستم ممکن باشه.
(ب) پایداری گذرا: به توانایی سیستم در حفظ سنکرونیزم می گن زمانیکه که با اغتشاشات جدی اما گذرا مواجه شه. جواب سیستم به این جوری اغتشاشات شامل گردش بزرگ زاویه های روتور ژنراتور هاست و تحت تاثیر رابطه غیر خطی زاویه-توان قرار داره. پایداری در این حالت هم به حالت اولیه کارکرد سیستم و هم شدیدا شلوغی بستگی داره. اغتشاشات از درجه های مختلفی از شدت و احتمال وقوع در سیستم رخ میدن؛ اﻳﻦ ﭘﻴﺸﺎﻣﺪا، ﻋﻤﺪﺗﺎ اﺗﺼﺎل ﮐﻮﺗﺎﻩ یدونه ﻓﺎز ﺑﻪ زﻣﻴﻦ، ﻓﺎز ﺑﻪ ﻓﺎز ﺑﻪ زﻣﻴﻦ و سه ﻓﺎزه. ﻣﻌﻤﻮﻻ اﺗﺼﺎل ﮐﻮﺗﺎﻩ رو روی ﺧﻄﻮط انتقال ﻓﺮضﻣﯽ ﮐﻨﻨﺪ اﻣﺎ ﮔﺎهی اﺗﺼﺎل ﮐﻮﺗﺎﻩ در ﺷﻴﻦ ﻳﺎ ترانسفورمر هم در نظرﮔﺮﻓﺘﻪ ﻣﯽ ﺷﻮد. ﻓﺮض
ﻣﯽ ﺷﻮد ﮐﻪ ﺑﻪ وسیله ﮐﻠﻴﺪ زنی ﻻزم، ﺑﺨﺸﯽ ﮐﻪ ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺧﻄﺎ واﻗﻊ ﺷﺪﻩ از ﺑﻘﻴﮥ سیستم ﺟﺪا ﻣﯽ ﮔﺮدد اما سیستم به شکلی طراحی و ساخته می شه که واسه مجموعه رخدادهای نامبرده پایدار بمونه. فرض براینه که این خطاها با باز کردن بریکرهای مناسب و منزوی کردن المان خطا زدوده می شه. در تحقیقات پایداری گذرا، مدت بررسی مسئله پایداری محدود به ۳ تا ۵ ثانیه بعد از شلوغی می شه، هرچند این مدت زمان تا ۱۰ ثانیه واسه شبکه های بسیار بزرگ ممکنه به طول انجامد.

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۲-۳-۲ پایداری ولتاژ
به توانایی یه شبکه قدرت در نگه داشتن باسا در ولتاژهای قابل قبول چه در شرایط کاری عادی و بعد از روبرو شدن با یه شلوغی می گن. سیستم وقتی در موقعیت ناپایداری ولتاژ قرار میگیره که یه شلوغی مانند افزایش درخواست بار، یا تغییر در شرایط سیستم باعث ایجاد افت ولتاژ افزایشی در شبکه شه. عامل اصلی ایجاد ناپایداری ولتاژ، ناتوانی شبکه قدرت در برآورده کردن درخواست توان راکتیوه. یکی از ﻣﻌﻴﺎرهای ﭘﺎﻳﺪاری وﻟﺘﺎژ ﺁنه ﮐﻪ در وﺿﻌﻴﺖ ﮐﺎری ﺧﺎﺹ، در هر باس سیستم و در زﻣﺎنی ﮐﻪ ﺗﻮان راﮐﺘﻴﻮ ﺗﺰرﻳﻘﯽ ﺑﻪﺁن باس اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﯽ ﻳﺎﺑﺪ، داﻣﻨﮥ وﻟﺘﺎژ هم اﻓﺰاﻳﺶ ﻳﺎﺑﺪ. سیستم از دﻳﺪ وﻟﺘﺎژ، ناپایداره اﮔﺮ ﺣﺪاﻗﻞ ﺑﺮای ﻳﮏ باس سیستم، اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻮان راﮐﺘﻴﻮ ﺗﺰرﻳﻘﯽ ﺑﻪ ﺁن (Q)، ﺑﺎﻋﺚ ﮐﺎهش داﻣﻨﮥ وﻟﺘﺎژ ﺁن (V)ﺷﻮد. ﺑﻪ ﻋﺒﺎرت دﻳﮕﺮ سیستمی از نظﺮ وﻟﺘﺎژ ﭘﺎﻳﺪاره که ﺣﺴﺎسیت V-Q ﺁن ﺑﺮای هر باس ﻣﺜﺒﺖ ﺑﺎﺷﺪ و ناپایداره اگه این حساسیت دست کم واسه یه باس منفی شه. مسئله پایداری ولتاژ به دو زیر بخش (الف) و (ب) تقسیم می شه:
(الف) پایداری ولتاژ شلوغی-بزرگ: به توانایی سیستم در توانایی نگه داشتن ولتاژ باسا پس از وقوع خطاهای بزرگ مثل از دست رفتن واحدهای تولیدی، وقوع اتصال کوتاه و.. می گن. این توانایی با در نظر گرفتن مشخصه های بارهای سیستم و تاثیر دوطرفه بین حفاظت وکنترل مشخص می شه. زمان مطالعه این دسته از پایداری، از چند ثانیه تا ده ها دقیقه ممکنه به طول برسه. پس با پایداری از نوع زمان- بلند سروکار داریم.
(ب) پایداری ولتاژ شلوغی-کوچیک: به توانایی سیستم در نگه داشتن ولتاژ باسا پس از وقوع تغییرات کوچیک مثل افزایش درخواست بار می گن. این جور از پایداری به وسیله مشخصه های بار و واحدهای کنترلی تو یه زمان مشخص قابل تصمیم گیریه. این ایده واسه بررسی رفتار سیستم در روبرو شدن با مشکلات کوچیک در هر وقتی مناسبه.
تحلیل پایداری ولتاژ
تحلیل پایداری ولتاژ به دو دسته تحلیل استاتیکی و دینامیکی تقسیم می‎شن. در حالت استاتیک، پایه کار براساس مدل استاتیکی شبکه س و معمولا این موشکافی براساس معادلات پخش بار معمولی صورت می‎پذیرد. در نقطه ویرانی، ماتریس ژاکوبین معادلات پخش بار سیستم یدونه شده و این معادلات حل ناپذیر می‎گردند. در این حالت ویرانی ولتاژ در ضعیف‎ترین شینه شبکه رخ می‎دهد]۴۵[.
موشکافی دینامیکی ناپایداری ولتاژ براساس تئوری اغتشاشات سیگنال کوچکه که معمولاً از مدل غیر خطی دینامیکی چند ماشینه استفاده می‎شه و اونو دور نقطه کارکرد حالت موندگار خطی می‎سازند. پایداری ولتاژ در این حالت به وسیله قسمت حقیقی مقادیر خاص ماتریس ژاکوبین حالت دینامیکی سیستم قدرت آزمایش می‎شه]۴۶[. در این حالت پایداری سیستم وقتی از دست می‎رود که قسمت حقیقی کوچیکترین مقدار خاص این ماتریس مثبت شه یا یعنی راه حرکت این مقدار خاص با افزایش بار سیستم و یا وقوع مشکلات، محور موهومی رو قطع کنه. واقعا در تحقیقات پایداری ولتاژ تنها جواب پایانی پایداری خیلی مهم نیس، بلکه راهی که سیستم از حالت بارگذاری اولیه تا بارگذاری پایانی طی می کنه هم مهمن چون این احتمال هست که قبل از رسیدن به حد ماکزیمم بارگذاری ، سیستم ناپایدار شه.
هرچند که مسئله ناپایداری ولتاژ یه پدیده دینامیکیه، اما از اونجایی که بعضی از دینامیک‎های سیستم که بر پایداری ولتاژ تاثیر می‎گذارن کنه می‎باشن، پس تحلیل استاتیکی می‎تونه خیلی از جنبه‎های پایداری ولتاژ رو تحلیل و عوامل کلیدی موثر بر ناپایداری ولتاژ رو شناسایی و مشخص کنه]۴۷[. از طرفی دیگه، از تحلیل دینامیکی هم واسه مطالعه تفصیلی موقعیت‎های مشخص ویرانی ولتاژ استفاده می‎شه. اگه تحلیل دینامیکی با مثل‎سازی‎های زمان واقعی انجام گیرد، جهت هماهنگی حفاظت و کنترل‎ها به درد بخور میشه.
بعضی محققین از تحلیل استاتیکی واسه فعالیت‎های بهره‎ورداری و از تحلیل دینامیکی واسه کاربرده های تحقیقات و برنامه‎ ریزی سیستم استفاده می‌کنن.
۲-۳-۳ پایداری فرکانس
به توانایی یه سیستم قدرت درباقی موندن تو یه فرکانس ثابت پس از روبرو شدن با یه اتفاق جدی مانند نبود تعادل بین تولید توان و بارهای مصرفیه. این نوع ناپایداری گردش واحدای تولیدی و رو به دنبال داره]۴۸[.
هم اینکه پایداری در شبکه های قدرت رو از دید مدت زمان بررسی چگونگی کارکرد سیستم پس از وقوع یه اتفاق میشه به چندین دسته به صورت زیر تقسیم بندی کرد]۴[:
پایداری زمان-بلند^[۱۲] و زمان-متوسط^[۱۳]: این جوری مسائل در ادبیات مسائل پایداری شبکه های قدرت جدیدترند. این پایداریا به عنوان نتیجه ای از نیاز ما با سروکار داشتن با دینامیک جواب سیستم به آشفتگیای شدید بوجود اومد. آشفتگیای شدید در شبکه های قدرت باعث به وجود اومدن تغییر سریع ولتاژ، فرکانس و پخش بار می شه و نیاز به عملکردای روند آهسته، کنترلا و حفاظت هاییه که در تحقیقات پایداری گذرا مدلسازی نشده. مشخصه های وقتی فرآیندا و دستگاه هایی که به وسیله شیفتای بزرگ ولتاژ و فرکانس فعال شدن، توجه از مسائل با رنج چند ثانیه (جواب دستگاه هایی مانند کنترلهای ژنراتورها و حفاظت کننده ها) به مسائل با رنج چند دقیقه (جواب دستگاههایی مانند سیستمای ذخیره کننده انرژی محرک اولیه و تنظیم کننده های بار-ولتاژ) تبدیل شد.
در آنالیزهای پایداری زمان- بلند دقیق شدن و فوکوس کردن روی روشای طولانی تریه که سیستم رو در برابر پریشونی جدی که باعث ایجاد نبود تعادلای بزرگ بین تولید و مصرف توان اکتیو و راکتیو می شه، همراهی کنه.
پاسخای زمان-متوسط در واقع یه انتقال از پاسخای زمان-کوتاه^[۱۴] به زمان-بلنده.تمرکز اینجا بر سنکرون سازی نوسانات توان بین ماشینا هستش.
رنجای وقتی معمولا به سه دسته زیر تقسیم می شن:
زمان کوتاه یا گذرا: بین ۰ تا ۱۰ ثانیه
زمان-متوسط: از ۱۰ ثانیه تا چند دقیقه
زمان-بلند: از چند دقیقه تا ده ها دقیقه
شکل (۲) دسته بندی خوبی از وضعیت پایداری به ما نشون میده]۴[و]۴۸[.
شکل (۲-۲)-دسته بندی شکلای جور واجور مسائل پایداری شبکه قدرت
فصل سوم
آزمایش امنیت استاتیک ولتاژ
در شبکه های قدرت

۳-۱ بیان مسئله

سیستمای قدرت بزرگ شامل اطلاعات ورودی زیادی درباره وضعیت سیستم هستن. این اطلاعات می تونه مربوط به یافته های پخش بار سیستم قدرت مانند ولتاژ، توان اکتیو و راکتیو تزریقی به خطوط انتقال، زاویه ولتاژها، توانهای تولیدی و تقاضاها باشه. هم اینکه این اطلاعات می تونه مربوط به توپولوزی سیستم، وضعیت کلیدها و کارگذاری ترانسفورمرا باشه. واسه سیستمای قدرت بزرگ کامل به کار گیری همه این اطلاعات در تکنیکای محاسبات هوشمند غیر عملی و ناکارآمده]۴۹[. در سالهای گذشته، تکنیکای محاسبات هوشمند^[۱۵] و یادگیری ماشین^[۱۶] روش آزمایش پایداری دینامیک رو واسه تشخیص خطر احتمال وقوع قطعی و به خطر افتادن پایداری رو در همون مراحل ابتدایی بسیار آسون کرده]۵۰[. اما این روش ها نیاز به حجم مناسبی از داده و شاخصا^[۱۷] داره تا بتونه خوب آموزش داده شه ودر مسائل real time کارایی داشته باشه. پس، داده ها باید به حجم کمتری از اطلاعات کاهش داده شن تا بتونن به عنوان ورودی به Computational Inteligence (CI) ها داده شن. وقتی تعداد ورودی به CIا زیاد باشه، این روش ها روند وقتی طولانی رو در بر داره و ممکنه یافته های قابل اعتمادی رو به دنبال نداشته باشه]۴۹[، پس انتخاب اصولی شاخصا و کاهش ابعاد داده قدم موثری در طراحی و آموزش تکنیکای محاسبات هوشمنده تا بتونه خوب و در زمان کوتاهی آموزش داده شن و در صورت ضرورت با صرف زمان کوتاهی بروزرسانی گردند. کلا داده های کم شده باید به شکلی باشه که بتونه معرف کل سیستم باشه. از آنحا که پیدا کردن رابطه بین شاخصا و وضعیت پایداری سیستم به دلیل روابط غیرخطی حاکم بر سیستمای قدرت یه امر مشکل و در بعضی موارد نشدنی به نظر می رسه، پس کاهش شاخصا نمی تونه با یه دید مهندسی و اطلاعات تجربی از شبکه انجام بشه و این کاهش باید براساس مشخصه های استاتیکی شاخصای جور واجور و ترتیب میان اونا انجام بشه]۴۹[. با در نظر گرفتن مطالب بیان شده نیاز به کاهش حجم داده های دریافتی از شبکه های برق به عنوان یه قدم اساسی و اولیه در آزمایش وضعیت پایداری سیستمای قدرت احساس می شه. روشای مختلفی واسه کاهش حجم داده ها هست که از بین اونا میشه به روشای براساس correlation بین شاخصا و PCAا اشاره کرد. دراین فصل تلاش بر اینه تا داده های دریافتی از یه شبکه قدرت نمونه رو با به کار گیری راه PCA تا حد امکان کم کرد و با به کار گیری correlation میان داده ها شاخصای برجسته تر رو انتخاب کرد. این شاخصا در بخش بعد به عنوان ورودی به درخت اراده کردن داده می شن تا آموزش درخت براساس اون انجام بشه.
واسه آزمایش پایداری ولتاژدر سیستم قدرت با به کار گیری داده های PMU اولین قدم ایجاد یه سری شرایط کار^[۱۸] جور واجور در سیستمه. در این فصل اول چگونگی ایجاد این شرایط کاری و جمع آوری اطلاعات لازم واسه آزمایش پایداری پرداخته می شه. بعد، درخت اراده کردن معرفی و چگونگی پیش بینی با این دسته کننده آورده شده. هم اینکه راهکارهای کاهش حجم اطلاعات ورودی به این درختا واسه آزمایش امنیت استاتیک سریع و مطمئن شبکه های قدرت معرفی می شن. این روشها براساس روشای استخراج ویژگی و یا انتخاب ویژگی هستن. درانتها الگوریتم پیشنهادی واسه آزمایش سریع امنیت ولتاژ استاتیک آورده شده.

۳-۱-۱جمع بیاری داده های لازم واسه آزمایش امنیت استاتیک با به کار گیری داده های PMU

قدم ا : تولید یه سری شرایط کاری مختلفه که در شبکه های عملی این شرایط از روی منحنیای بار موجود از شرایط کارکرد حقیقی سیستم بدست میاد و در شبکه های نمونه با انجام آزمایشات جور واجور روی شبکه، یه سری منحنی بار واسه شبکه ایجاد می شه طوریکه حالات مختلفی از کارکرد سیستم رو درنظر گرفته باشه.
قدم ۲: پس از تولید شرایط کاری جور واجور نوبت به ایجداد رخدادهای^[۱۹] جور واجور مانند خارج کردن یه خط یا ترانس و… در شبکه واسه هرکدوم از OC هاست. بدین صورت که یدونه یدونه خطوط و ترانسای موجود در هر ناحیه رو خارج میکنیم و اثر اونو روی کل شبکه بررسی می کنیم.