فصل اول : کلیات تحقیقچکیده1مقدمه21- 1 فروپاشي ولتاژ31-2 مشخص سازی کلی بر اساس رویدادهای واقعی41 -3 اتفاقات ممکن در هنگام بروز ناپایداری61-4 عوامل بروز فروپاشی ولتاژ در شبکه71 -5 انواع مختلفی از فروپاشی ولتاژ81 -5-1 فروپاشی ولتاژ در درازمدت81 -5-2 فروپاشی ولتاژ کلاسیک91 -5-3 فروپاشی ولتاژ گذرا91-6 تفاوت فروپاشی ولتاژ ناپایداری حالت ماندگار کلاسیک 91-7 نقش توان راکتیو در فروپاشی ولتاژ :...................................................................................................111-8 پیشگویی ناپایداری ولتاژ 111-8-1 تحلیل بوسیله پخش بار111-8-2 تحلیل بوسیله متغیرهای زمانی131-8-3 به کار بردن منحنی های P-V و V-Q141-8-4 اندیس های کارایی161-8-4-1 ضریب حساسیت161-8-4-2 مقادیر منفرد ویژه161-8-4-3 آستانه های بارگذاری171-8-4-4 آستانه توان راکتیو:171-8-4-5 بکارگیری آستانه امنیت ولتاژ181-9 رفع نقایص طراحی..............................................................................................................................20 فصل دوم : مفاهیم و روش ها 2- 1 طبقه‌بندي پايداري سيستمهاي قدرت222-1-1 پايداري زاويه‌اي رتور242-1-2 پايداري فركانسي242-2 پايداري ولتاژ382-2- 1 موضوعات پایداری ولتاژ392-3 طبقه‌بندي پايداري ولتاژ402-3-1 پايداري ولتاژ اغتشاش بزرگ402-3-2 پايداري ولتاژ اغتشاش كوچك412-4 چارچوب‌هاي زماني براي بررسي پايداري ولتاژ:432-4-2 چارچوب زماني بلند‌مدت462-5 تفاوتبينپايداریميانمدتوبلندمدت46 فصل سوم: روش ها و مدلسازی شاخص ال 3- 1 روش‌هاي تحليل پايداري ولتاژ513-2 تحليل ديناميكي ولتاژ523-3 تحليل استاتيكي ولتاژ553-3-1 روش تحليل منحني PV573-3-1-1 مزاياي تحليل PV583-3-1-2 معايب تحليل PV583-3-2-2 معايب تحليل VQ603-3-3-2 معايب تحليل مدال623-4 شاخص‌هاي پايداري ولتاژ....................................................................................................................693-4-1 حاشيه بارگذاري (ATC)633-4-1-2 معايب حاشيه بارگذاري633-5 تعيين شين‌هاي بحراني:643-6 معرفی و بررسی شاخص L653-6-1 شاخص L663-7 ملاحظات مدلسازی673-8 مدل‌سازي براي تعيين L683-9 مراحل محاسبه شاخص L...................................................................................................................793-10 فلوچارت محاسبه شاخص L72فصل چهارم: نتیجه گیری 4-1 تغيير شاخص L744-3 نتايج شبيه‌سازي براي سيستم 39 با سه IEEE804-4 نتيجه‌گيري83 منابع و مآخذ فهرست منابع فارسیفهرست منابع غیر فارسیچکیده انگلیسی فهرست جداول عنوانصفحهجدول شماره 1: L محاسبه شده براي سيستم 9 باسه................................................................................76جدول شماره 2: L محاسبه شده براي سيستم 39 با سه.............................................................................79 فهرست نمودارها عنوانصفحه نمودار2-1 طبيعتپاسخاغتشاشکوچک..............................................................................................26نمودار2-2 پاسخزاويهروتوربهيکاغتشاشگذرا...............................................................................28نمودار3-1 يک منحني PV نمونه.........................................................................................................57نمودار3-2 منحني‌هاي VQ براي سيستم ، به ازاء Q=0.8P ، E=1pu و X=0.1pu......................59 نمودار 4-1 تغييرات شاخص L و دامنه ولتاژ شين 9 بر حسب بارگذاري سيستم.................................77نمودار 4-2 تغييرات شاخص L و پروفيل ولتاژ براي شين 7................................................................78نمودار 4-3 تغییرات شاخص L برای شین دیگری از سیستم (شین شماره 29)...................................80نمودار 4-4 تغییرات شاخص L برای شین شماره 8 ............................................................................81 فهرست شکل ها عنوانصفحه شكل 2-1 دسته‌بندي پايداري سيم‌هاي قدرت ........................................................................................23شكل 3- 1 استفاده از يك ژنراتور فرضي براي تعيين منحنيNQ در يك شين بار..................................58شكل 3- 2 مدل ساده سیستم قدرت.........................................................................................................69شکل 4-1 دياگرام تك خطي سيستم 9 باسه استاندارد IEEE.................................................................75شکل 4-2 شاخص L و پروفيل ولتاژ كليه شين‌هاي بار سيستم ..............................................................78شکل 4-3 دياگرام تك خطي سيستم 39 با سه IEEE.............................................................................79شکل 4-4 پروفيل ولتاژ و شاخص را تمام شين‌هاي بار...........................................................................81 1- 1 فروپاشي ولتاژ1-2 مشخص سازی کلی بر اساس رویدادهای واقعی1 -3 اتفاقات ممکن در هنگام بروز ناپایداری1-4 عوامل بروز فروپاشی ولتاژ در شبکه1 -5 انواع مختلفی از فروپاشی ولتاژ1-6 تفاوت فروپاشی ولتاژ ناپایداری حالت ماندگار کلاسیک 1-7 نقش توان راکتیو در فروپاشی ولتاژ1-8 پیشگویی ناپایداری ولتاژ 1-9 رفع نقایص طراحی چکیده پایداری ولتاژ به توانایی سیستم قدرت در حفظ ولتاژ های قابل قبول در کلیه باس های سیستم تحت وضعیت عادی و بعد از وارد شدن اغتشاش، مربوط می باشد. سیستم هنگامی وارد حالت ناپایداری می شود که بروز اغتشاش، افزایش در بار مورد نیاز یا تغییر در موقعیت سیستم موجب کاهش فزاینده و غیر قابل کنترل ولتاژ گردد. عامل اصلی ناپایداری ولتاژ، ناتوانی سیستم قدرت در مواجهه با تقاضا برای توان راکتیو می باشد. ناپایداری ولتاژ عموما در سیستم های با بارگذاری شدید رخ می دهد. وضعیت پایداری ولتاژ سیستم قدرت را می توان با استفاده از شاخص های پایداری ولتاژ بررسی کرد. این شاخص ها که می توانند براساس آنالیزهای استاتیکی و یا مدل های دینامیکی سیستم قدرت باشند، توانایی تعیین باس های بحرانی، ارزیابی پایداری هر خط متصل بین دو باس و یا ارزیابی حاشیه پایداری سیستم را دارا می باشند.ناپایداری ولتاژ اساسا یک پدیده محلی می باشد که ابتدا در ناحیه ضعیف ولتاژ رخ می دهد و سپس به بقیه سیستم گسترش می یابد. بنابراین اگر بتوان وقوع ناپایداری ولتاژ را پیش بینی کرد می توان با اقدامات اصلاحی مناسب از گسترش آن جلوگیری نمود. در این پایان نامه روشی ارائه شده است که توانایی پیش بینی وقوع ناپایداری ولتاژ را دارا می باشد. روش ارائه شده از سه فاکتور اندازه ولتاژ، تغییرات ولتاژ و نرخ تغییرات ولتاژ برای پیش بینی وقوع ناپایداری ولتاژ استفاده می کند. شبیه سازی های صورت گرفته در دو سیستم استاندارد 9 باسه و 39 باسهIEEE نشان دهنده عملکرد مناسب این شاخص در پیش بینی وقوع ناپایداری ولتاژ می باشد. از ویژگی های شاخص ارائه شده می توان به بار محاسباتی کم آن اشاره کرد که آن را برای کاربرد های آنلاین مناسب می سازد.برای مقابله با ناپایداری ولتاژ ابزارهای متفاوتی وجود دارد که برخی از آنها عبارتند از: تغییر سریع ولتاژ مرجع ژنراتورها از طریق حلقه کنترل ولتاژ ژنراتور، سوئیچ بانک های خازنی، ناحیه بندی کنترل شده شبکه با هدف تعادل توان راکتیو تولیدی و مصرفی، وارد مدار کردن واحدهای با زمان راه اندازی کم، کنترل تپ ترانسفورماتورها اعم از مسدود کردن تپ یا کاهش نقطه تنظیم، باز تقسیم سریع توان بین ژنراتورها و حذف بار. در اکثر مراجع حذف بار به عنوان آخرین راه اما روشی بسیار موثر برای مقابله با ناپایداری معرفی شده است. لازم به ذکر است که با گذشت زمان میزان باری که بایستی حذف شود تا سیستم مجدد به شرایط نرمال باز گردد، افزایش خواهد یافت. لذا تعیین زمان مناسب برای حذف بار یکی از نکات مهم در حذف بار کاهش ولتاژی می باشد. همچنین در این تحقیق الگوریتمی ارائه شده است که با استفاده از شاخص پیشنهادی پیش بینی وقوع ناپایداری ولتاژ، زمان مناسب برای حذف بار را تعیین می کند. شبیه سازی های متعدد نشان دهنده عملکرد مناسب این الگوریتم در تعیین زمان مناسب حذف بار می باشد ]1[.مقدمه افزايش توليدات پراكنده و استفاده روزافزون از تجهيزات الكترونيك قدرت و همچنين انرژي‌هاي تجديدپذير در سال‌هاي آينده نياز به مطالعه بيشتر را در مورد پايداري ولتاژ و اثر آنها بر سيستمهاي قدرت را دوچندان افزايش مي‌دهد.با تغییر ساختار جدیدی که در سالهای اخیر در سیستمهای قدرت پدید آمده و باعث شده است که واحدهای تولیدی ، توان الکتریکی هرچه بیشتری را از خطوط انتقال عبور دهند،بدین ترتیب انتظار می رود شاهد فروپاشی ولتاژ گسترده تر و بیشتر سیستم های قدرت باشیم. برای مثال عبور توان بیش از حد یک خط انتقال باعث افت ولتاژ بیش از حد و کاهش ظرفیت انتقال توان الکتریکی به بخش مشخصی از سیستم قدرت گردد. در سال‌هاي اخير اغتشاشات بزرگي در سيستمهاي قدرت كشورهاي مختلف در گوشه و كنار دنيا رخ داده كه اين كشورها را از نظر اقتصادي، سياسي و همچنين قضائي درگير پرونده‌هاي زيادي كرده است كه هنوز در جاهائي جريان دارد.از آنجائي كه كارائي صنعتي و اقتصادي جهان در گرو برق‌رساني ايمن به صنايع مي‌باشد، لذا هرگونه اختلال در اين امر موجب خسارت‌هاي سنگين اقتصادي براي آن كشورها مي‌باشد. از اين‌رو مديريت كلان و برنامه‌ريزي صنعت برق به سمت و سوي كاهش اين پديده‌ها در حال حركت است. ناپايداري ولتاژ يكي از مسائل بااهميت مي‌باشد و مطالعه در مورد آن از سال‌ها قبل احساس شده است. مهندسين و محققين زيادي در اين راه قدم برداشته‌اند و امروزه با تغيير در ساختار سيستمهاي قدرت نيز اين پديده محسوس‌تر خواهد بود.در اواخر قرن ميلادي گذشته و همچنين اوايل قرن جديد، ناپايداري ولتاژ موجب بروز چند فروپاشي عظيم در شبكه‌هاي مختلف شده است كه نمونه‌هائي از آن در زير آمده است:l اغتشاش سيستم فلوريدا در دسامبر 1982l اغتشاش سيستم سوئد 1983l اغتشاش سيستم فرانسه 1987l اغتشاش سيستم ژاپن 1987در نتيجه امروزه موضوع بعضي از مقالات و تحقيقات در مجامع علمي و كنفرانس‌ها به موضوع پايداري ولتاژ اختصاص يافته است.اگرچه ممکن است ولتاژ های پایین ناشی از عدمهماهنگی زوایای رتور بین دو گروه از ماشین ها به °180 نزدیک یا از آن بیشتر شود خارج شدن آرام آرام ماشینها از هماهنگی منجر به ولتاژ های بسیار پایین در نقاط میانی شبکه می شود . اما در چنین حالاتی ولتاژ پایین به علت خارج شدن رتورها از هماهنگی نتیجه آن است . سیستم هنگامی وارد ناپایداری می شود که بروزاغتشاش ، افزایش در بار مورد نیاز ، یا تغییر در موقعیت سیستم موجب کاهش فزاینده و غیر قابل کنترل ولتاژ گردد]2[.1-1 فروپاشي ولتاژعامل اصلی ناپایداری ناتوانی سیستم قدرت در مواجها با تقاضا برای توان راکتیو می باشد . در عمل بهره‌برداران سيستمهاي قدرت نياز به يك شاخص سريع و درست براي پايداري ولتاژ دارند تا به آنها براي نظارت و همچنين اتخاذ تصميمات درست براي جلوگيري از فروپاشي ولتاژ و از دست دادن كل يا بخشي از سيستم قدرت كمك كند.مسائل مربوط به كنترل و پايداري ولتاژ از ديرباز در صنعت برق وجود داشته‌اند كه به طور عمده با سيستمهاي ضعيف و خطوط طولاني مربوط بوده. در سال‌هاي اخير توجه بيشتري به مسأله پايداري ولتاژ سيستمهاي قدرت توسعه يافته در شرايط بارگذاري شديد مورد توجه است. از يك سو به دليل رشد فزاينده مصرف انرژي الكتريكي و از سوي ديگر به دليل ملاحظات اقتصادي و زيست محيطي، سياست‌هاي مديريتي كلان در صنعت برق دنيا در جهت بهره‌برداري سيستمهاي قدرت نزديك‌تر به حد مجاز خود مي‌باشد.تحت چنين شرايطي وقوع ناپايداري ولتاژ در سيستم، محتمل به نظر مي‌رسد. اين ناپايداري ولتاژ باعث عملكرد ناپايدار سيستم قدرت خواهد شد. در سال‌هاي اخير، ناپايداري ولتاژ موجب چند فروپاشي عظيم در شبكه‌هاي قدرت كشورهاي مختلف شده كه به آنها اشاره شده است.ناپايداري ولتاژ در سيستمهاي قدرت ممكن است بر اثر وقوع يك اغتشاش، كمبود پشتيباني توان راكتيو سيستم و يا هر دو به وجود آيد.ناپايداري ولتاژ، معمولاً در سيستمهاي تحت بارگذاري شديد رخ مي دهد. ممكن است فروپاشي ولتاژ دلايل ديگري داشته باشد اما مسئله اصلي ضعف ذاتي سيستم قدرت است. عوامل ذاتي سيستم قدرت است. عوامل اصلي فروپاشي واتاژ عبارتند از: محدوديت هاي كنترل توان راكتيو يا ولتاژ ژنراتور، مشخصه های بار، مشخصه هاي وسايل جبران سازي راكتيو، و عمل كرد وسايل كنترل ولتاژ مانند ترانسفورماتورهاي داراي تغيير دهنده تپ زير بار.هرگاه در يك سيستم قدرت با افزايش تقاضاي توان راكتيو مواجه شويم اگر اين تقاضاي اضافي به كمك ذخيره هاي توان راكتيو ژنراتورها و جبرانسازها برآورده شود سيستم در يك سطح ولتاژ پاديار استقرار مي يابد. اما اگر به علت تركيب تعدادي از رويدادها در يك زمان و وضعيت سيستم تقاضاي توان راكتيو توسط ذخيره سازها و جبران سازها برآورده نشود نهايتاً كاهش ولتاژ در سيستم به فروپاشيدگي ولتاژ تبديل می شود كه خود باعث از كار افتادگي قسمت عمده اي از سيستم يا همه آن خواهد شد]3[.1-2 مشخص سازی کلی بر اساس رویدادهای واقعیچند رویداد فروپاشی ولتاژ در سطح جهان رخ داده است بر اساس این رویدادها فروپاشی ولتاژ را می توان به صورت زیر مشخص نمود.1 – ممکن است رویداد آغازگر به دلایل مختلفی روی دهد : تغییرات تدریجی کوچک سیستم از قبیل افزایش طبیعی در بار سیستم یا اغتشاش های ناگهانی بزرگ از قبیل از دست دادن یک واحد تولیدی یا یک خط تحت بار شدید . برخی اوقات ممکن است بروز یک اغتشاش اولیه به ظاهر غیر مهم به رویداد های پی در پی منجر شود. که در نهایت موجب فروپاشی سیستم شود.