جزیره ای کردن شبکه ی برق
جزیره ای شدن شبکه ی برق یعنی چه ؟
منابع تولید پراکنده این منابع توان الکتریکی را مستقیما به شبکه ی توزیع یا به مصرف کننده منتقل می نمایند. منابع تولید پراکنده در راستای اهدافی چون تولید و ذخیره انرژی الکتریکی در سطح توزیع، کاهش هزینه انرژی، برطرف کردن ساخت نیروگاه، پیک زدایی، بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه به کار گرفته شده اند. طبق تعريف جزيره اي شدن به شرايطي گفته مي شود كه يك قسمت از شبكه ي الكتريكي توسط يك يا چند منبع برقدار شود در حاليكه اين قسمت از بقيه ي سيستم الكتريكي جدا شده باشد.
مهم ترین منابع تولید پراکنده
نیروگاه بادی، خورشیدی، گازی احتراقی مهم ترین منابع تولید پراکنده تجهیزات ذخیره انرژی، پیل های سوختی و انرژی بیوماس انرژی الکتریکی حاصل از این منابع به هر دو صورت AC و DC تولید می گردد که به صورت مستقیم و یا از طریق اینورتر به شبکه تزریق می شود. جزیره الکتریکی هنگامی شکل می گیرد که تأمین انرژی الکتریکی از شبکه سراسری قطع و منبع تولید پراکنده همچنان به تأمین انرژی در ناحیه قطع شده ادامه دهد.
انواع جزیره الکتریکی
عمدی: در این حالت تجهیزات سیستم محلی و منابع تولید پراکنده طوری طراحی شده اند که در حالت جزیره شدگی به کار عادی خود ادامه دهند. منابع تولید پراکنده برای کنترل ولتاژ و فرکانس در شبکه جزیره شده به نحو مناسبی طراحی شده اند. غیر عمد: در حالت غیرعمد، تجهیزات شبکه و خود منابع تولید پراکنده ممکن است برای کنترل ولتاژ و فرکانس مناسب نباشند و این بدان معنا است که کیفیت توان ممکن است که در شبکه جزیره شده برآورده نشود. ولتاژ و فرکانس از حد مجاز خارج شده و باعث خرابی و صدمه دیدن تجهیزات الکتریکی می شود. برای حل این مشکالت روش های تشخیص جزیره سازی برای تعیین عملکرد جزیره ای و قطع مدارشکن ها مابین سیستم قدرت و منابع تولید پراکنده مورد استفاده قرار می گیرد. جزيره اي شدن ناخواسته مطلوب نيست چرا که ممکن است باعث تغييرات بزرگي در ولتاژ و فرکانس روي بخش جزيره اي شده ي شبکه گردد و تأمين برق مشتريان تحت شرايط غير معمول انجام گيرد تا اينکه يا سيستم مختل شود يا تعادل بين توليد و مصرف ايجاد گردد. همچنين جزيره اي شدن ناخواسته مي تواند خطراتي را متوجه پرسنل بهره بردار شبکه کند. از سوي ديگر عملکرد جزيره اي ممکن است مفيد و حتي مطلوب باشد. براي مثال در حالت خاموشي هاي سراسري و يا قطعي هاي طولاني تغذيه فيدرهاي توزيع (در اثر مشکلات مهم روي شبکه انتقال)، عملکرد جزيره اي فيدرهاي توزيع امکان تأمين برق مشتريان تا زمان بازسازي مجدد سيستم را فراهم مي سازد.
جزیره الکتریکی و روش های تشخیص آن
- پیچیده شدن طرح انتقال قطع و وصل کلیدها
- زیاد شدن تعداد جدا کننده و انشعاب ها در ساختار شبکه
- افزایش پیچیدگی شبکه
- مشکل تحلیل و پردازش به علت تنوع توپولوژیکی شبکه
روش های آشکارسازی جزیره الکتریکی
روش های محلی
- روش های فعال
- روش های غیرفعال
- روش های ترکیبی
روش های کنترل از راه دور
- بر مبنای ارتباطات بین DG و تجهیزات
این روش ها به طور عمده به دو گروه روشهای محلی و از راه دور تقسیم می شوند.
روشهای از راه دور بر اساس ارتباط مخابراتی بین شرکت برق و منابع توليد انرژي است . اگر چه این روش ها دارای قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به روش های محلی است ولی پیاده سازی آنها گرانقیمت بوده و ممکن است توجیه اقتصادی نداشته باشد. روش های محلی به اطلاعات بدست آمده از سمت منبع تکیه دارند و خود به روش های پسیو و اکتیو تقسیم می شوند. روش های پسیو به پارامترهای مشخص سیستم بستگی دارند و تاثیری روی عملکرد منابع ندارند. تعدادی از روش های پسیو برپایه مونیتور اندازه ولتاژ، نرخ تغییرات فرکانسی، جابجایی زاویه فاز و یا مونیتور امپدانس می باشند. در روش های اکتیو نحوه طراحی کنترل منبع به منظور شناسایی جزیره بگونه ای است که فیدبک مثبتی از فرکانس یا ولتاژ ایجاد می شود.
مزیت های عملکرد جزیره ای
- بهبود قابلیت اطمینان
- کاهش نرخ خروج
- افزایش سود
معایب عملکرد جزیره ای
- کاهش امنیت پرسنل
- امکان آسیب دیدن تجهیزات به دلیل کیفیت بد توان
- عملکرد پیچیده هنگام جزیره ای شدن شبکه
- امکان آسیب دیدن منابعی که هنوز در مدارند ( مانند DG ها ) در صورت بهره برداری نامناسب
چرا باید جزیره ای شدن را شناسایی کنیم ؟
سیستم قدرت یک سیستم پیچیده است و درک و تحلیل آن همواره کار سادهای نیست. این سیستم یک سیستم گسترده بین کشورها و حتی قاره هاست. خطاها و اتفاقات زیادی در این سیستم رخ می دهند که تعداد زیادی از آنها بدون دخالت انسان رفع می شوند . شرکت های برق در مورد امنیت سیستم های قدرت مسئولند . چرا که انرژی الکتریکی می تواند برای انسان ها خطرناک باشد و همچنین در شرایط خاص ممکن است به تجهیزات متصل به شبکه آسیب برساند . اگر قسمتی از سیستم قدرت به صورت یک جزیره ی کنترل نشده ( ناخواسته ) عمل کند ، ممکن است برای پرنسل شبکه که مسئول تعمیرات و نگه داری آن قسمت از شبکه اند، خطرناک بوده و حتی باعث مرگ آنان شود . بنابراین شناسایی قسمت هایی از شبکه که به صورت جزیره ای در آمده اند امری مهم و ضروری است . بهره برداری جزیره ای به صورت سنتی تأمین برق مصرف کنندگان با اتصال به شبکه های بزرگ صورت می گیرد. اما اپراتورهای شبکه می توانند جهت تأمین برق مصرف کنندگان محلی خود تحت شرایط خطا از روش های دیگری استفاده کنند. استفاده از واحدهای تولید محلی مانند منابع تولید پراکنده که تحت شرایط جزیره ای عمل می کنند، یکی از این روش هاست. با توجه به نوع و اندازه ی ژنراتورهایی که برق جزیره را تأمین می کنند.
جزیره ها را می توان به انوع زیر تقسیم بندی کرد
• ناحیه ای: شامل توربین های گازی، نیروگاههای آبی و ژنراتورهای بادی متصل به شبکه ی محلی و حتی شبکه ی اصلی با سطح ولتاژ( ۷۰-۴۰۰ ) kV
• صنعتی: شامل دیزل ژنراتورها و توربین های گازی متصل به واحدهای صنعتی با سطح ولتاژ( ۱۰-۷۰ )kV
• برق اضطراری: معمولاً شامل دیزل ژنراتورهاست که در بیمارستان ها، ساختمان های اداری بزرگ و مراکز خرید نصب می شوند و به عنوان سیستم تأمین برق اضطراری در سطح ولتاژ( ۱۰-۲۰ )kV مورد استفاده قرار می گیرند.
• تولید پراکنده: شامل دیزل ژنراتورها، ژنراتورهای بادی، فتوولتائیک، میکروتوربین هاو دیگر واحدهای تولیدی کوچک که به شبکه ی توزیع (۰٫۴ – ۲۰ )kV متصل می شوند. جزیره ای شدن و بازیابی مجدد سیستم پس از آن
به طور خلاصه بهره براري جزيره اي موفق نيازمند
- امكان كنترل سريع ولتاژ و فركانس كه مي تواند به وسيله ژنراتور سنكرون و يا تجهيزات الكترونيك قدرت فراهم گردد.
- وجود بارهاي قابل قطع و وصل هنگام Black-Start
- وجود يك منبع ذخيره سازي انرژي براي راه اندازي ژنراتورها هنگام Black-Start و پشتيباني سيستم هاي كمكي
- تنظيم مجدد سيستم هاي حفاظتي ژنراتور و خطوط منطبق بر شرايط جزيره اي
مي توان با اعمال دستورالعمل هاي زير مشكلات فني بهره برداري جزيره اي را كاهش داد
- نصب تجهيزات كاهش جريان؛ جهت كاهش جريان راه اندازي موتورها
- نصب تجهيزات محدود كننده ي تأثير منفي ژديده ي راه اندازي با بار سرد
- نصب تجهيزات بهبود كيفيت توان
- قطع بارهاي كم اهميت
- نصب كليد هايي با كنترل از راه دور
مشكلات اساسي بهره برداري جزيره اي
- بارگذاري ژنراتورها هنگام Black-Start: بارها بايد به صورت پله اي و از كوچكترين بار وارد مدار شوند. به دليل نوع طراحي شبكه و طبيعت بارها؛ گاهي اوقات تعديل بار امكان پذير نيست. علاوه بر اين به دليل پديده ي راه اندازي با بار سرد؛ هنگام بازيابي سيستم؛ ميزان بار ممكن است بيشتر از حالت قبل از خاموشي باشد.
- تغذيه ي سيستم اتوماسيون و مخابراتي قبل هنگام عملكرد جزيره اي: توانايي تجهيزات مخابراتي و اتوماسيون طي دوره ي خاموشي ( بهره برداري جزيره اي) با توجه به ظرفيت باطري ها محدود مي شود كه معمولاَ حدود چند ساعت است.
- كنترل پارامترهاي اساسي (ولتاژ و فركانس) هنگام بهره برداري جزيره اي: در يك سيستم كوچك ميزان تأثير تغييرات بار نسبت به حالت عملكرد عادي شبكه بسيار بيشتر بوده و مي تواند باعث تغييرات بيشتر پارامترهاي اساسي شبكه گردد.
- طراحي و تنظيم سيستم هاي حفاظتي: در يك سيستم جزيره اي براي رله هاي حفاظتي شرايط متفاوتي نسبت به شرايط عادي وجود دارد؛ در سيستم هاي توزيع سنتي از رله هاي اضافه جريان براي حفاظت اتصال كوتاه استفاده مي شد كه براي سيستم هاي شعاعي به خوبي عمل مي كرد. اما در سيستم هايي با حضور منابع توليد پراكنده به دليل تغذيه ي چند سويه ي جريان؛ رله هاي اضافه جريان نمي توانند حفاظت كافي را براي شبكه فراهم آورند. علاوه بر اين اگر چنين شبكه هايي به صورت جزيره اي مورد بهره برداري قرار گيرند؛ شرايط بسيار پيچيده تر خواهد بود. بنابراين در يك سيستم جزيره اي تنظيمات رله هاي حفاظتي بايد مورد تجديد نظر قرار گيرد يا سيستم هاي حفاظتي جديدي ( مانند رله هاي امپدانسي يا ديفرانسيلي) جايگزين سيستم هاي قديمي گردد.
- طراحي شبكه با در نظر گرفتن امكان بهره برداري جزيره اي: به چند دليل بروز خطا در شبكه ي جزيره اي ممكن است تبعات جدي تري نسبت به يك شبكه ي به هم پيوسته داشته باشد. به دليل كاهش سطح اتصال كوتاه در قسمت جزيره اي آشكار سازي خطا و در نتيجه جدا سازي آن با تأخير بيشتري صورت مي پذيرد همچنين اگر شبكه ي جزيره اي شده شعاعي يا حلقوي ضعيف باشد جدا سازي قسمتي كه دچار خطا شده ممكن است باعث فروژاشي شبكه يا به وجود آمدن مشكلات پايداري شديدي گردد. هنگام طراحي شبكه هاي الكتريكي ؛ معيارهاي طراحي معيني اعمال مي شود اما در شبكه اي كه قرار است در صورت بروز خاموشي سراسري به صورت جزيره اي مورد بهره برداري قرار گيرد اين معيار ها بايد متناسب با شرايط جزيره اي شدن تغيير كند. اينكه شبكه ي جزيره اي چقدر از شبكه ي به هم پيوسته ضعيف تر است و سيستم زمين آن نيز بايد چگونه باشد هم موضوعاتي است كه بايد مورد بررسي قرار گيرد.
- ذخيره سازي توان برا كنترل فركانس: در شبكه هاي بزرگ به هم پيوسته معيار معيني براي تعيين ظرفيت رزرو كه بايد جهت كنترل فركانس در دسترس باشد؛ وجود دارد. اما معيار مناسب جهت تعيين ميزان رزرو يك شبكه ي جزيره اي بايد تعيين گردد. تحقيقات متفاوتي در اين زمينه وجود دارد كه معيارهايي بين ۵۰-۱۰ درصد ظرفيت توليد در قسمت جزيره اي را به عنوان رزرو مورد نياز جهت كنترل فركانس مطرح مي كنند.
نظر خود را بنویسید