:: بازدید امروز : 3383
:: باردید دیروز : 504
:: بازدید هفته : 5839
:: بازدید ماه : 13419
:: بازدید سال : 621951
:: بازدید کلی : 1455356

پایان نامه دکتری:ارائه الگوریتمی جهت جزیره سازی سیستمهای قدرت با حفظ معیارهای امنیت

نوشته شده توسط : admin

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

(پلی تکن‍‍‍یک تهران)

دانشکده مهندسی برق

پایان نامه دکتری مهندسی برق – قدرت

ارائه الگوریتمی جهت جزیره سازی سیستمهای قدرت

با حفظ معیارهای امنیت

اساتید راهنما:

دکتر مهرداد عابدی دکتر سید حسین حسینیان

شهریور 1388

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

جزیره‌سازی سیستمهای ‌‌قدرت به هم پیوسته که به جداسازی و شکستن سیستمهای قدرت نیز مشهور است آخرین خط دفاعی برای مقابله با فروپاشی سیستم و جلوگیری از وقوع حوادث سهمگین در شبکه قدرت می‌باشد.

جزیره‌سازی سیستمهای قدرت به هم پیوسته به عنوان یک روش کنترل گسترده به صورت یک مساله تصمیم‌گیری جامع با جزئیات بسیار زیاد و به عنوان یک بخش مهم از استراتژیهای کنترل اصلاحی مطرح می‌گردد. پس از وقوع یک اغتشاش بزرگ در یک سیستم قدرت در صورتی که به موقع هیچگونه طرح و الگوی چاره‌ساز مناسبی موجود نباشد، این اغتشاش ممکن است منجر به فروپاشی کلی سیستم گردد.

طبق تعریف جزیره‌سازی سیستمهای قدرت به معنی تعیین نقاط صحیح جداسازی سیستم یکپارچه به تعدادی جزیره کوچکتر می‌باشد در صورتی که حفظ یکپارچگی سیستم امکان پذیر نباشد.

در این رساله یک روش نوین و بهینه جهت جزیره‌‌سازی سیستمهای‌ قدرت به هم پیوسته ارائه گردیده است. الگوریتم ارایه شده طوری طراحی شده است تا بتواند بر بسیاری از محدودیتهای موجود در بحث جزیره‌سازی غلبه کرده و نتایج و دستاوردهای قابل قبولی را ارایه کند. در روش پیشنهادی این رساله از مشخصه‌های استاتیکی و دینامیکی شبکه‌های قدرت به هم پیوسته برای تعیین تعداد جزایر و نقاط صحیح شکسته شدن آنها استفاده گردیده است. در این رساله ابتدا با استفاده از تئوریهای خوشه‌بندی دینامیکی و همسویی، مرزهای تقریبی جزایر احتمالی با توجه به گروه‌بندی ماشینهای همسو تعیین می‌گردد و به دنبال آن با اعمال یک الگوریتم جستجوی قوی بر اساس نظریه گراف مرز دقیق جزایر اولیه تعیین می گردد. در بخش اول الگوریتم هدف تعیین سریع و کلی تعداد و مرز تقریبی جزایر با توجه به محدودیتهای دینامیکی و توپولوژی شبکه و خوشه بندی ماشینها در گروههای همسو می‌باشد. در قدم بعدی مرز دقیق نواحی طوری تعیین می‌گردد که پس از جداسازی، حداقل بارزدایی در بین جزایر وجود داشته باشد. با توجه به این حقیقت که اصولا الگوریتم جزیره‌سازی بایستی در حالت ایده‌ال به صورت زمان واقعی بوده و از طرفی با توجه به پیچیدگی بسیار زیاد و گستردگی ابعاد فضای جستجوی آن یک تلاش اساسی لازم است تا بتوان ضمن ارائه یک الگوریتم دقیق سرعت محاسبات آن را نیز افزایش داده و بر مشکل زمان غلبه کرد.

تلاش پژوهش حاضر عمدتا در روی این دو امر متمرکز بوده است تا بتواند تا حد امکان بر پدیده زمان بر بودن محاسبات آن غلبه کرده و حدلاامکان جزایری با احتمال پایداری بیشتر ارایه کند. از آنجا که پایداری جزایر تعیین شده از مسایل عمده در امر جزیره سازی است و نیاز به توجه فراوان دارد بنابراین از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این تحقیق سعی بر این بوده است تا بتوان قبل از اعمال الگوریتم جداسازی بتوان پایداری جزایر را پیش بینی کرده و آنها را مورد بررسی قرار داد. یک جزیره‌بندی دقیق و صحیح به معنی تعیین جزایری است که پس از عمل جداسازی پایدار بوده و حداقل بارزدایی را داشته باشند. بخش دیگری از تلاشهای این تحقیق این بوده است تا مرزهای جزایر پیشنهادی را با دقت بالاتری انتخاب کند. مرزبندی دقیق جزایر با استفاده از الگوریتمهای قوی در تئوری گراف تعیین می‌گردد. این الگوریتمها به عنوان الگوریتمهای جستجوی مستقیم و غیر تکراری بوده و جوابهای قطعی را ارایه می‌کنند که این امر امکان تصمیم گیری دقیق برای جزیره سازی را در اختیار می‌گذارند.

به طور کلی در بحث جزیره‌سازی سیستمهای قدرت سه سوال اساسی مطرح می‌گردد که به صورت زیر بیان می‌شوند.

الف – یک سیستم قدرت که در شرایط معین بهره‌برداری با یک اغتشاش شدید روبرو شده است، آیا نیاز به جزیره‌سازی دارد؟

پاسخ به این سوال لزوم جزیره‌سازی را آشکار می‌سازد.

ب – در صورتی که پاسخ به سوال بالا مثبت باشد سیستم قدرت مورد نظر از کجاها باید شکسته شود؟ و مرزهای جداسازی جزایر در کجاها قرار دارند؟

پاسخ به این سوال به معنی تعیین دقیق نقاط جداسازی سیستم به هم پیوسته می‌باشد.

ج- چگونه بایستی جزیره‌سازی صورت گیرد و ترتیب و زمان بازکردن خطوط چه لحظاتی می‌باشد؟

پاسخ به این سوال به معنی تعیین لحظات صحیح و ترتیب باز کردن خطوط به منظور جزیره سازی است.

هدف این تحقیق پاسخ به سوالات فوق با تاکید بر سوالات شماره (ب) و (ج) می‌باشد.

با توجه به نتایج آخرین تحقیقات صورت گرفته هنوز یک استراتژی کلی که بتواند به هر سه سوال فوق در یک زمان کوتاه به طور مناسب پاسخ دهد وجود ندارد و رسیدن به این هدف جامع نیاز به تحقیقات گسترده‌ای دارد. متاسفانه تاکنون جوابهای جامعی برای سوالهای (ب) و (ج) ارایه نشده است و تحقیقات در مورد این سوالات با چالشهای جدی روبرو می باشد.

در یک کلام حل جامع و یکپارچه مساله جزیره‌سازی صحیح به معنی پاسخ به همه سوالات فوق در کمترین زمان ممکن است.

کلمات کلیدی: پایداری سیستمهای قدرت، جزیره سازی، الگوهای حفاظتی خاص، نظریه گراف، بهینه سازی چند منظوره، الگوریتمهای هوشمند

عنوان	صفحه
چکیده	1
مقدمه	4
1-1- مقدمه	4
سابقه کارهای انجام یافته، اهداف، ایده ها و محدودیتهای انجام رساله	9
2-1-مقدمه	9
2-2- مطالعات انجام شده در تشخیص پایداری گذرا	9
2-3- مطالعات انجام شده در مورد همسویی(Coherency) و تعیین معادلهای دینامیکی	11
2-3-1- مطالعات انجام گرفته در حوزه زمان	13
2-3-2- مطالعات انجام گرفته در حوزه فرکانس	13
2-4- مطالعات انجام شده در مورد همسویی و جزیره‌سازی سیستم	15
2-5- مطالعات انجام گرفته در حوزه جزیره‌سازی	18
2-6- کاهش شبکه در جزیره‌سازی	26
2-7- روش جزایر توده‌ای یا متراکم	28
2-8- بارزدایی در جزایر	30
2-8-1- تعریف حذف بار	30
2-8-1- تعریف حذف بار	31
2-9- ضرورت انجام پژوهش	31
2-10- اهداف تحقیق	32
2-11- استراتژی جزیره سازی	36
2-11-1- فضای جستجوی اصلی (واقعی)	37
2-11-2- استراتژی شدنی	37
2-11-3- فضای استراتژی شدنی	37
2-12- ایده‌ها و نوآوریها	37
2-13- نیازمندیها و ملاحظات لازم در تشکیل جزیره‌ها	40
2-14- الگوهای حفاظتی خاص	41
2-14-1- معیارهای مورد نیاز در طراحی SPS	42
2-15- روش پیشنهادی	43
پایداری سیستمهای قدرت	53
3-1- پایداری سیستمهای قدرت	53
3-2- پایداری گذرا	53
3-2-1- مدل بدون ورودی	5
3-2-2- معادلات حالت در چهارچوب مرکز زاویه (COA)	56
3-2-3- قضیه لیاپانف	57
3-2-4- تابع لیاپانف برای یک سیستم چند ماشینه	57
3-2-5- محاسبه ناحیه همگرایی	59
3-3- پایداری فرکانس	61
3-4- معیار برابری سطوح توسعه یافته	62
کاهش مرتبه سیستمهای قدرت و خوشه بندی اطلاعات	66
4-1-کاهش مرتبه سیستمهای قدرت و خوشه بندی اطلاعات	66
4-1-1- خوشه‌بندی تقسیم‌گر K-Means	68
4-2- بکارگیری روشهای خوشه بندی در سیستم های قدرت	69
4-3- روشهای معادلسازی دینامیکی	69
4-4- روش تحلیل شکل نرمال (NFA: Normal Form Analysis)	74
4-4-1- آنالیز شکل نرمال در نزدیکی تشدیدهای قوی	77
4-5- روش زیرفضای Krylov	80
4-5-1- روش اسکالر Arnoldi	81
4-5-2- روش بلوکی Arnoldi	81
4-5-3- تطبیق گشتاورها و زیرفضای Krylov	83
4-6- کاهش مرتبه با زیر فضای Krylov و نظریه همسویی	84
4-7-تئوری اختلالات ویژه (PA: Perturbation Analysis )	87
نظریه گراف و کاربرد آن در سیستمهای قدرت	90
5-1- تعریف گراف	91
5-2- تعریف گرافهای متصل	91
5-3- ماتریس همسایگی یک گراف	91
5-4- اتصال (Connectivity)	92
5-5- گراف جهت دار	92
5-6- تعریف حداقل کات‌ست	92
5-7- تعریف ادغام رئوس (گوشه‌ها)	92
5-8- حداقل درخت پوشا	93
5-9- درخت استینیر	93
5-10- تحقق تئوری گراف در سیستم قدرت	93
5-11- بکارگیری الگوریتم پریم (Algorithm Prim ) جهت حل مساله درخت پوشای حداقل	94
5-12- الگوریتم Prim	96
5-13- الگوریتمKruskal	97
5-14-الگوریتم Baruvka	98
امنیت سیستمهای قدرت	100
6-1- قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت	100
6-2- حالت نرمال	102
6-3- وضعیت هشدار	102
6-4- وضعیت اضطراری	102
6-5- وضعیت فوق بحرانی	102
6-6- وضعیت بازیابی	103
6-6-1- بازیابی سیستم قدرت (Power System Restoration)	104
6-7- پایداری فرکانس	110
6-8- ناپایداری ولتاژ	111
6-9- ناپایداری زاویه‌ای گذرا	112
6-10- عوامل موثر در پدیده فروپاشی سیستم	112
6-10-1- راه‌حلهای بلندمدت	113
6-10-2- دستیابی به کنترلهای هوشمند	113
6-10-3- جزیره‌سازی	113
6-10-4- حذف بار	114
6-11- طراحی یک سیستم انعطاف‌پذیر به جای یک سیستم شکننده	114
6-12- بازیابی از خروجهای متوالی	116
6-13- امنیت استاتیکی و دینامیکی سیستمهای قدرت	117
6-13-1- معیارهای امنیت	118
6-13-2- روشهای ارزیابی امنیت	119
6-13-3-روش انتگرالگیری عددی	120
6-13-4- روش مستقیم لیاپانف	120
6-13-5- روشهای احتمالی	120
6-13-6- روشهای مبتنی بر سیستمهای خبره	121
6-14- ارزیابی آنلاین امنیت دینامیکی	122
6-15- ویژگیهای حوادث متوالی در سیستمهای قدرت	124
6-16- روشهای بررسی حوادث نادر	125
6-17- خطای پنهان (Hidden Failure) در سیستمهای حفاظتی	127
6-18- ارزیابی احتمال خطر (Probability Risk Assessment)	129
6-19- درخت حادثه دینامیکی (DET: Dynamic Event Tree)	130
نتایج حاصل از پژوهش	133
7-1-نتایج حاصل از پژوهش	133
7-2- محاسبه مدهای بین ناحیه‌‌ای	133
7-3- تحلیل پدیده همسویی با استفاده از روش ماتریس های اسپارس	142
7-4- شبیه سازی و ارایه نتایج	142
7-5- شبیه سازی زمانی	149
7-6- مطالعه بر روی شبکه 118 شینه IEEE	157
7-7- شبیه سازی زمانی در شبکه 118 باسه IEEE	162
نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات	171
8-1- نتیجه‌گیری	172
8-2- ارائه پیشنهادات	174
مراجع و ماخذ	176
ضمائم	184
ضمیمه (الف) NPCC68 BUS TEST SYSTEM (STATIC AND DYNAMIC DATA)	185
ضمیمه (ب) IEEE118 BUS TEST SYSTEM (STATIC AND DYNAMIC DATA)	188
ضمیمه (ج) INCIDENT BUS MATRIX FOR IEEE 118BUS SYSTEM	193
ضمیمه (د) LOAD-GENERATION MISMACH FOR IEEE118 BUS (7 AREA)	195
ضمیمه (و) LOAD-GENERATION MISMACH FOR IEEE118 BUS (2 AREA)	199

1-1- مقدمه

شبکه قدرت بزرگترین و پیچیده‌ترین شبکه به هم پیوسته‌ای است که تاکنون بدست بشر طراحی شده است از اینرو کار کنترل آن بسیار مشکل می‌باشد. با ظهور خصوصی‌سازی و تجدید ساختار شبکه قدرت، بهره‌برداری از سیستم قدرت به دلیل فشارهای تجدید ساختار شبکه، که اهداف جدید فنی و اقتصادی را در بهره‌برداری از سیستم قدرت دنبال می کند، تنشهای فزاینده‌ای را برای سیستم قدرت تحمیل کرده است. زمانی که سیستم قدرت در نزدیکی‌ حدود بهره‌برداری کار می‌کند، اتصالات ضعیف، حوادث غیرمترقبه، خطاهای پنهان در سیستمهای حفاظتی، خطاهای انسانی و نیز یک مجموعه‌ای از عوامل دیگر، ممکن است باعث ناپایداری سیستم شده و یا حتی سیستم را به سمت خطاهای سهمگین (Catastrophic Failures ) پیش ببرند. از اینرو مطالعه سیستماتیک شبکه قدرت و طراحی یک استراتژی جامع برای کنترل آن مورد توجه روزافزون قرار گرفته است [3-1]. در حالت کلی توانایی یک سیستم قدرت در مقابله با وقوع یک اغتشاش معین بستگی به شرایط بهره‌برداری سیستم در لحظه وقوع آن دارد و هر شکل از کنترل تطبیقی بایستی طوری طراحی گردد که تنها در شرایط مناسب بهره‌برداری سیستم فعال شود. از طرف دیگر توجه به این نکته ضروری است که در هنگام وقوع اغتشاشات شدید در شبکه قدرت بررسی پایداری گذرای آن، سیستم به طور کلی غیرخطی بوده و برای پیش‌بینی پایداری و یا ناپایداری آن تنها بایستی از تئوری سیستمهای غیرخطی استفاده کرد که این امر کار تحلیل آن را در این شرایط دشوارتر خواهد کرد. به طور کلی دو نوع روش کنترلی روی شبکه قدرت قابل اعمال است که اولی بنام کنترل ‌پیش‌گیرانه (Prevente Control) و دومی بنام کنترل اصلاحی (Corrective Control) مشهور است [10-4]. استراتژیهای کنترلی اصلاحی در حل مسایل مربوط به امنیت در بسیاری از جنبه‌ها مانند اضافه بار خطوط، مسائل ولتاژ و حالات گذرای سیستم قدرت مشارکت می‌کنند [11]. زمانی که سیستم در وضعیت هشدار قرار دارد، یک اغتشاش نسبتا بزرگ ممکن است آن را وارد حالت اضطراری کند که در آن ولتاژهای بسیاری از باسها در زیر حدود نرمال خود قرار می‌گیرند و ممکن است یک یا چندین المان سیستم دچار اضافه بار شوند. در این حالت، شبکه همچنان در وضعیت بهره‌برداری بوده و این امکان وجود دارد که بتوان آن را با استفاده از کنترلهای اصلاحی مانند بازآرای سیستم قدرت (TSR : Transmission System Reconfiguration)، تغییر برنامه تولید (GR : Generators Scheduling )، بارزدایی ( Load shedding: LS) و غیره به حالت هشدار برگرداند.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.