ارزیابی پخش بار بهینه UPFC با شبیه سازی نرم افزاری

ارزیابی پخش بار بهینه UPFC با شبیه سازی نرم افزاری

محیطهای تجدید ساختار
ادوات FACTS
کنترل کننده یکپارچه
كنترل کننده یكپارچه توان
ارزیابی پخش بار بهینه UPFC با شبیه سازی نرم افزاری
ارزیابی پخش بار بهینه UPFC
بررسی پخش بار كنترل كننده یكپارچه توان
كاربردهای UPFC در محیطهای تجدید ساختار
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد برق کنترل

رفتن به سایت اصلی

دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق کنترل

ارزیابی پخش بار بهینه UPFC با شبیه سازی نرم افزاری

 

 

چكیده

كنترل‌كننده یكپارچه توان(UPFC) از عناصر جدید ادوات FACTS می‌باشد كه قابلیتهای برجسته‌ای در تنظیم همزمان توان اکتیو و راکتیو به‌صورت مستقل از هم،بهبود رفتار سیستم در حالت دینامیك، کاهش تراكم و كاهش هزینه تولید را دارا می‌باشد. از موضوعات مهم این عنصر داشتن مدل مناسبی برای پخش‌بار می‌باشد.اولین مدل پخش‌بار در سال 1996 ارائه شد كه تا كنون مطالعات زیادی روی آن صورت گرفت.در این پایان‌نامه مدلهای مختلف ارائه شده مورد ارزیابی قرار گرفت و از میان آنها مدل مناسب از نظر سادگی و عملی بودن برای پخش‌بار و پخش‌بار بهینه انتخاب شده ‌است و صحت آن با شبیه‌سازی رایانه‌ای به‌وسیله نرم‌افزارهای MATLAB و PSAT به اثبات رسیده ‌است.    

 

 

کلمات کلیدی:

لاگرانژ

ادوات FACTS

کنترل کننده یکپارچه

منابع سری و موازی

كنترل کننده یكپارچه توان

 

 

مقدمه

جهان در قرن بیست ویکم با چالش‌های جدیدی برای محافظت از ساکنان‌اش ،منابع‌اش ومحیط زیست‌اش روبه‌رو است. الکتریسته که عامل اصلی تغییرات در قرن پیش بوده است در سال‌هایی که پیش‌رو است نیز بسیار سرنوشت ساز خواهد بود. اما در ابتدا زیرساخت صنعت برق خود باید دگرگون شود. درحال حاضر صنعت برق آمادگی  لازم را برای برآوردن خواسته‌های اقتصاد دیجیتال آینده، دنیایی ‌با رقابت ‌افزاینده ‌و محیط زیست در معرض خطر را ندارد. قوانین اخیر زیست محیطی ، مسائل مربوط به حق مسیر ، افزایش هزینه‌های ساخت و تنظیم مجدد و رشد سریع مصرف نیاز به استفاده از حداکثر ظرفیت ممکن سیستم های تولید و انتقال موجود را ایجاد می کند. 

 

صنایع الکترونیکی به دنبال تجهیزاتی با عملکرد با انعطاف پذیری بیشتر در سیستم‌های انتقال هستند که تا به کمک آنها محدودیت موجود در سیستم انتقال را کاهش داد. ادوات FACTS قادر هستند که انعطاف‌پذیری مورد نیاز سیستم انتقال را در حین عملکرد فراهم کنند . مدل UPFC انحصاری و مرکب از جبران‌سازهای سری و موازی سریع است و کنترل انعطاف‌پذیری از شبکه برق را فراهم می‌کند. ویژگی UPFC به‌عنوان یکی از ادوات FACTS پیشرفته، توانایی تنظیم دامنه ولتاژ شین و زاویه فاز و امپدانس خط می‌باشد. این ویژگی قدرتمند UPFC سبب می‌شود که از این وسیله در کاربردهای زیادی از جمله پایدارسازی ولتاژ و فاز و همچنین افزایش ظرفیت خطوط انتقال موجود درشبکه استفاده کرد.

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب                              

 

چكیده1

مقدمه.2

 

فصل اول:کنترل‌کننده یکپارچه توان.3

 1-1. مشخصه‌ها و اصول عملكرد پایه.3

            1-1-1. قابلیت‌های مرسوم كنترل خط انتقال.5

 

فصل دوم: مدلسازی كنترل‌كننده یكپارچه توان در مطالعات پخش بار10 

       2-1. مدلسازی كنترل‌كننده یكپارچه توان در مطالعات پخش‌بار با روش الموش.11 

             2-1-1. مبدل بدون تلفات خطوط تجهیز‌شده با UPFC11     

               2-1-2. روابط پخش‌بار بهینه شامل UPFC18

  2-2. مدلسازی كنترل‌كننده یكپارچه توان در مطالعات پخش‌بار با روش نوروزیان  20

        2-2-1. مدل UPFC جهت مطالعات پخش‌بار20

                       2-2-1-1. مدل منبع ولتاژ سری (مبدل).20

                       2-2-1-2. مدل UPFC22

                       2-2-1-3. مدل تزریقیUPFC برای معادلات پخش‌توان.23     

            2-2-2. ابعاد UPFC.24

       2-3. مدلسازی كنترل‌كننده یكپارچه توان در مطالعات پخش‌بار با روش نیوتن.26

             2-3-1. مدار معادل UPFC.26   

                       2-3-1-1. مدل بر پایه منبع ولتاژ.26

                      2-3-1-2. مدل نبوی نیاكی ایروانی.27

                      2-3-1-3. روابط UPFC جهت انجام معادلات پخش‌بار بهینه28

                                   2-3-1-3-1. معادلات توان UPFC.29

                                   2-3-1-3-2. تابع لاگرانژ UPFC31

                                   2-3-1-3-3. تابع لاگرانژ خط DC.32                                  

                                   2-3-1-3-4. ضرائب توان UPFC.32

                                   2-3-1-3-5. معادلات خطی‌سازی شده.33

              2-3-2. حالتهای اولیه UPFC در حل معادلات پخش‌بار بهینه40

                        2-3-2-1. دامنه‌ها و زوایای ولتاژ گرهی40 

                        2-3-2-2. برنامه زمانی (فهرست توان اكتیو).40

                        2-3-2-3. ضریب لاگرانژ40

                        2-3-2-4. منبع سری.41

                        2-3-2-5. منبع موازی.41

                        2-3-2-6. بررسی محدودیتهای متغیرهای قابل كنترل UPFC42

 

فصل سوم: انتخاب مدل كنترل‌كننده یكپارچه توان در مطالعات پخش‌بار43

       3-1. مدل نیوتن – رافسون45

       3-2. مدل نبوی نیاكی ایروانی45    

 

فصل چهارم: شبیه‌سازی پخش‌بار كنترل‌كننده یكپارچه توان در شبكه انتقال 

                سیستان و بلوچستان و شبكه نمونه 24 شین IEEE.45

  4-1. شبكه انتقال سیستان بلوچستان45

         4-1-1. بررسی پخش‌بار اولیه شبكه سیستان و بلوچستان47

         4-1-2. بررسی پخش‌بار شبكه سیستان و بلوچستان با UPFC50

         4-1-3. بررسی پخش بار بهینه بر روی شبكه سیستان بلوچستان.52

         4-1-4. بررسی پخش بار بهینه بر روی شبكه سیستان بلوچستان با UPFC.55

       4-2. شبكه انتقال 24 شین IEEE.58

             4-2-1. بررسی پخش‌بار اولیه شبكه 24 شین IEEE.60 

             4-2-2. بررسی پخش‌بار شبكه 24 شین IEEE با UPFC64

             4-2-3. بررسی پخش بار بهینه بر روی شبكه 24 شین IEEE.68

             4-2-4. بررسی پخش بار بهینه بر روی شبكه 24 شین IEEE با UPFC72

 

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

نتیجه‌گیری77

پیشنهادات78

فهرست منابع لاتین79

فهرست منابع فارسی.80

چكیده انگلیسی.81

 

 

 

 

فهرست شكل‌ها

شکل 1-1: نمایش یك UPFC در یك سیستم قدرت با دو ماشین.3

شکل 1-2: یك UPFC با استفاده از دو مبدل منبع ولتاژی پشت به پشت4

شکل 1-3: محدوده توان اكتیو قابل انتقالP  و تقاضای توان راكتیو پایانه دریافت كننده Q

              بر حسب زاویه  یك خط انتقال كنترل‌شده بوسیله UPFC.6

شکل 1-4: محدوده P توان اكتیو قابل انتقال و A تقاضای توان راكتیو انتهای دریافت كننده

              بر حسب  زاویه انتقال یك خط انتقال كه به وسیله UPFC كنترل‌شده است.9

شکل 2-1: خطوط انتقال تجهیزشده با UPFC بدون تلفات11

شکل 2-2: مدل خط دارای  UPFC كه توسط منبع جریان نشان داده شده است14

شکل 2-3: مدل  خط مجهز به UPFC.15

شکل 2-4: توازن پخش بار در شین  i و j17

شکل 2-5: منبع ولتاژ سری قابل كنترل.20

شكل 2-6: دیاگرام برداری21

شكل 2-7: جایگزینی منبع ولتاژ سری با منبع جریان21

شكل 2-8: مدل تزریقی برای VCS22

شكل 2-9: مدل UPFC23

شكل 2-10: نمودار جریانی  تعیین ابعاد بهینه UPFC25

شكل 2-11: مدار معادل UPFC  بر اساس مدل منبع ولتاژی.26

شكل 2-12: نمایش مدل نبوی نیاكی و ایروانی27

شكل 2-13: مدار معادل مدل نبوی نیاكی ایروانی.27

شكل 3-1: نمایش مدل نبوی نیاكی و ایروانی44

شكل 3-2: مدار معادل مدل نبوی نیاكی ایروانی.44

شکل 4-1: شمای كلی شبكه 230KV  انتقال سیستان بلوچستان.47

شکل 4-2: شبکه سیستان و بلوچستان همراه با UPFC نصب شده بین مسیر خاش– ایرانشهر50

شکل 4-3: شبکه سیستان و بلوچستان با توابع اقتصادی52

شکل 4-4: شبکه سیستان و بلوچستان با توابع اقتصادی و UPFC .55

شکل 4-5: سیستم نمونه 24 شین IEEE60

شکل 4-6: سیستم نمونه 24 شین IEEE با UPFC64

شکل 4-7 سیستم نمونه 24 شین  IEEE با توابع اقتصادی68

شکل 4-8: سیستم نمونه 24 شین  IEEE با توابع اقتصادی و UPFC72

 

 

فهرست جدول‌ها

 

جدول 2-1: اطلاعات مربوط به ماتریس ژاكوبین24

جدول 4-1: مشخصات خطوط شبكه انتقال سیستان بلوچستان.46

جدول 4-2: مشخصات ژنراتور‌های شبكه سیستان بلوچستان.46

جدول 4-3: توزیع ژنراتورها و اثرات UPFC در میزان تولید.57

جدول 4-4: مشخصات خطوط سیستم نمونه 24 شین IEEE58

جدول 4-5: ضرائب تابع هزینه سیستم نمونه 24 شین IEEE59

جدول 4-6: مشخصات بار سیستم نمونه 24 شین IEEE.59

     جدول 4-7: نحوه توزیع ژنراتورها و اثرات UPFC در میزان تولید.76