مدلسازی و شبیه سازی عناصر خطی سیستمهای قدرت درحالت گذرا

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

مدلسازی و شبیه سازی عناصر خطی سیستمهای قدرت درحالت گذرا - بخش اول

1- مقدمه

تحلیل مسایل مهندسی در ابعاد بزرگ و پیچیده بسیار فراتر از توانایی انسان است.بسیاری از مسایل مهندسی در عمل در گروهی قرار میگیرند که نمی توان برای آنها راه حل تحلیلی بدست آورد.یک چنین مشکلی باعث گردید که کامپیوتر و تکنیکهای عددی بعنوان یک ابزار قوی محاسباتی راه خود را دربررسی مسایل مهندسی باز کنند.

پیشرفت بسیار سریع در سرعت کامپیوترها که منجر به افزایش سرعت محاسبات شده است باعث گردید که آنالیز عددی نقش مهمی در شبیه سازی مدلهای عناصر قدرت در حالت گذرا پیدا نمایند. در حقیقت بکارگیری و اعمال مؤثر تکنیکهای عددی در برنامه های کامپیوتری ما را قادر ساخت مسائلی را که قبلأ حل آنها امکان پذیر نبود بتوان با دقت بسیار بالایی حل نمود. یکی از مسایل عمده مهندسی قدرت که اینگونه پیشرفتها به حل و بررسی آن بسیار کمک نمود مطالعه حالت گذرا در شبکه های قدرت بود.در این میان با توجه به وجود عناصر غیر خطی و تاثیر آنها در مقادیر ولتاژ و جریان در شبکه های الکتریکی از آنالیز حوزه زمان بجای حوزه فرکانس استفاده می شود.

آنالیز هر مسئله در مهندسی برق در حالت گذرا و بخصوص در گرایش قدرت در ابعاد بزرگ با مدلسازی عناصر قدرت شروع میگردد. مدل هرعنصر الکتریکی در حوزه زمان معمولأ شامل یک دسته معادله دیفرانسیل است که درآن متغییر مستقل زمان و متغییروابسته یک پارامتر فیزیکی مانند ولتاژ،جریان ،توان و یا انرژی است.

بسیاری از افرادیکه با بررسی حالت گذرا در شبکه های قدرت رودررو هستند به تنوع روشهای حل معادلات دیفرانسیل آگاه هستند وجود چنین تنوع بزرگی از روشها که هر کدام دارای مزایا و معایبی نسبت به یکدیگر می باشند باعث ایجاد سر در گمی در انتخاب روش مناسب میگردد. در این گزارش روشن سازی بعضی از مزایا و معایب روشها ما را در تهیه برنامه ای عمومی که قادر به شبیه سازی هر شبکه الکتریکی ( تمامی تجهیزات در یک پست ) باشد یاری می رساند.در حقیقت هدف اصلی ایجاد یکسری قواعد برای انتخاب روش حل است. چون عمده تجهیزات در سیستمهای قدرت بصورت خطی رفتار میکنند تاکید اصلی بر حل شبکه در حالت خطی میباشد لیکن چگونکی حل سیستم با وجود عناصرغیر خطی نیز مورد توجه قرار خواهد گرفت که در گزارشهای بعدی عناصر غیر خطی و روش حل در سیستمهایی که عناصر غیر خطی مانند برقگیر یا منحنی اشباع ترانسفورماتور لازم است شبیه سازی گردند مورد توجه قرار می گیرند.

همچنانکه مشخص است تحلیل شبکه‌های قدرت می‌تواند در دو حالت مختلف صورت گیرد. یکی در حالت مانا و دیگری در حالت گذرا . در تحلیل حالت مانا فرض براین است که سیستم به حالت دائمی خود رسیده است اما در حالت گذرا همانطوری که از نام آن پیداست به تحلیل لحظه به لحظه پارامترها در حوزه زمان پرداخته می‌شود.

همانطور که مشخص است پدیدة حالت گذرا یکی از مسائل مهم در سیستم‌های قدرت می باشد، چراکه ممکن است بروز یک حالت گذرا نهایتاً منجر به اضافه ولتاژهایی گردد که بر روی تجهیزات بخصوص تجهیزات نصب شده در پستها تاثیر نامطلوبی بگذاردو یا باعث آسیب‌های جدی در دیگر تجهیزات گردد. در این راستا شبیه سازی این حالتهای گذرا می‌تواند کمک بسیار بزرگی در تحلیل شبکه‌های قدرت و مبحث هماهنگی عایقی در پستها باشد.

از سوی دیگر برای تحلیل حالات گذرا می‌بایستی مدل دقیق عناصر استفاده گردد در حالی که در تحلیل حالت مانا بسیاری از عناصر با مدل ساده شدة جایگزین می‌گردند.

بسیاری از نرم افزارهای موجوددر شبکه براساس نیاز شبکه های قدرت معمولا به بررسی حالات پایدار می‌پردازند که از آن جمله می‌توان به نرم افزارهای پخش بار ( Load flow) اشاره کرد در حالیکه نرم افزارهای موجود برای شبیه سازی سیستمهای قدرت در حالت گذرا اندک می باشند .

یکی ازنرم افزارهای بسیار کارآمد در حل حالات گذرا نرم افزار EMTP می‌باشد. این نرم افزار با دقت بسیار بالا قادر به شبیه سازی حالات گذرا می باشد، اما این نرم افزار جعبه ابزاری جهت محاسبة استفاده از بانکهای اطلاعاتی و نیز حل تکراری در مبحث هماهنگی عایقی پستها را ندارد. به همین دلیل لازم است برنامه ای با تاکید بر امکان مدلسازی تجهیزات پستها در شرایط گذرا تهیه گردد تا بتوان مبحث هماهنگی عایقی در پستها را براحتی و با سرعت بالا انجام داد. از سوی دیگر با توجه به اینکه این نتایج نیاز به تجزیه تحلیل و پردازش آماری دارند لذا این موارد در تهیه برنامه نیز دیده خواهد شد تا ابزار کاملی در اختیار طراحان و تحلیلگران سیستم قرار داده شود.

در این گزارش ابتدا روشهای حل معادلة دیفرانسیل ذکر شده سپس مختصری از چگونگی مدل‌سازی عناصر توضیح داده می‌شود. سپس در گزارش دیگری چگونگی مدل سازی عناصر غیرخطی توضیح داده می‌شود، چراکه در این پروژه بررسی اثر برقگیر بعنوان یک عنصر غیر خطی در کاهش اضافه ولتاژ ها در پستها و نیز تاثیر آن در انتخاب BIL ,BSL تجهیزات و نیز فواصل عایقی مورد بررسی قرار میگیرد.

2- معادلات اساسی

خواهیم دید که مدل سازی و شبیه سازیها سیستمهای قدرت در حوزه زمان منجر به حل همزمان n معادله دیفرانسیل مرتبه اول می‌گردند که بصورت زیر نوشته می‌شوند. [8]

(1)

هدف اصلی حل عددی این معادلات، یافتن بردار برای زمانهای می‌باشد که تقریب نسبتاً خوبی از جواب اصلی باشد.

عموماً هر نقطه از نظر زمانی توسط رابطة زیر با نقطة قبلی در ارتباط است.

(2)

که در آن گام زمانی می باشد و می‌تواند عدد ثابت یا متغیری (بسته به نوع برنامه) باشد.

2-1- روشهای حل عددی

برای حل عددی یک معادله دیفرانسیل معمولی یا دستگاه معادلات دیفرانسیل روشهای زیادی وجود دارد. روشهای حل عددی می‌تواند از راههای مختلفی مانند بسط تیلور، انتگرالگیری عددی و یا درون یابی و غیره بدست آیند. [8]

روشهای انتگرال گیری عددی که در این بخش توضیح داده می شود شامل چهار روش است که اگر این روشها به معادله (1) اعمال گردند نتایج زیر حاصل می‌گردد: