فهرست مطالب

مجله کیفیت و بهره وری صنعت برق ایران
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 28، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد شمسی، حامد هاشمی دزکی* صفحات 1-18

    تغییر در آرایش شبکه های توزیع ناشی از خروج یکی از پست های بالادست یا منابع تولید پراکنده، یکی از چالش های اساسی طراحی شبکه های توزیع خواهد بود که تاثیر بسزایی در طرح های حفاظتی و نقض قیود هماهنگی در حالات مختلف بهره برداری خواهد گذاشت. درصورت عدم توجه به پیکربندی های شبکه، بروز نقض قیدهای هماهنگی در سایر پیکربندی های شبکه ناشی از خروج یکی از منابع تولید یا پست های بالادست اجتناب ناپذیر خواهد بود. طرح های حفاظت تطبیقی نسبت به طرح هایی که تنها از یک گروه تنظیم حفاظتی استفاده می نمایند، برتری داشته و سرعت عملکرد بهتری خواهند داشت. از خلاء های تحقیقاتی که کم تر به آن ها توجه شده است، محدودیت در تعداد گروه های تنظیم نسبت به حالات بهره برداری است. رویکرد ارایه شده در این مقاله، حفاظت تطبیقی با درنظرگرفتن آرایش های مختلف شبکه با بهره مندی از قابلیت گروه های تنظیم مختلف رله های اضافه جریان است. با توجه به محدودیت در مورد تعداد گروه تنظیم های موجود در رله های تجاری، در طرح پیشنهادی تنظیمات بهینه ی رله های اضافه جریان برای حالات مختلف شبکه با درنظرگرفتن تعداد محدود گروه های تنظیم رله ها به دست خواهد آمد. یکی از مزایا و نوآوری های روش پیشنهادی، بهینه سازی منحنی مشخصه ی رله های حفاظتی در کنار بهینه سازی تنظیمات زمانی و جریانی است که در طرح های حفاظت تطبیقی پیشین کم تر به آن توجه شده بود. افزایش زمان طرح حفاظت تطبیقی ناشی از اعمال محدودیت در تعداد گروه های تنظیمی نسبت به شرایطی که تعداد گروه های تنظیمی محدود نباشد، به میزان 53/79% است. نتایج پیاده سازی روش پیشنهادی بر روی بخش توزیع شبکه 30 شین IEEE دلالت بر برتری قابل توجه 52/47 % در زمان عملکرد سیستم حفاظتی نسبت به طرح های حفاظت تطبیقی با منحنی مشخصه پیش فرض دارد.

    کلیدواژگان: شبکه های توزیع فعال، حفاظت تطبیقی، حفاظت بهینه، پیکربندی های مختلف شبکه، رله های اضافه جریان جهت دار، انتخاب بهینه منحنی مشخصه استاندارد، محدودیت گروه های تنظیم مختلف رله ها، الگوریتم ژنتیک، DIgSILENT
  • محمدابراهیم حاجی ابادی*، مهدی صمدی، حسین لطفی، اسماعیل حسین پور، علیرضا صبوری صفحات 19-30

    شبکه توزیع به دلیل گستردگی همواره در معرض خاموشی های فراوانی قرار دارد. کاهش زمان خاموشی، کاهش انرژی توزیع نشده، افزایش قابلیت اطمینان و در نتیجه رضایت مشترکین از اهداف مهم یک شرکت توزیع می باشد. عملکرد سیستم های قدرت تحت تاثیر عوامل زیادی هم چون خطاهای مختلف، مانور شبکه و خروج ناخواسته تجهیزات از سرویس قرار دارد. کلیدهای حفاظتی می توانند با جداسازی نقطه معیوب شبکه، زمان خاموشی و انرژی توزیع نشده مشترکین و هزینه های مرتبط با آن را کاهش دهند. از طرفی با توجه به هزینه های بالای خرید، نصب و تعمیر و نگهداری تجهیزات حفاظتی مانند ریکلوزر و سکشن لایزر، شرکت های توزیع به دنبال حداقل کردن این هزینه ها هستند. بنابراین تعیین کمترین تعداد ریکلوزر و سکشن لایزر لازم جهت حفاظت مطمین از شبکه و موقعیت بهینه نصب آن ها از جمله نیازهای اساسی بهره برداران شبکه های توزیع می باشد. هدف اصلی این مطالعه، تعیین تعداد و مکان بهینه قرار گرفتن تجهیزات حفاظتی ریکلوزر و سکشن لایزر در شبکه توزیع  با استفاده از الگوریتم بهبود یافته ژنتیک می باشد. روش پیشنهادی بر روی یکی از فیدرهای توزیع در شهرستان بجنورد به نام نادر تست شده و نتایج آن با سایر روش های تکاملی نظیر ژنتیک، جهش قورباغه و اجتماع ذرات مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: ادوات حفاظتی، الگوریتم ژنتیک، انرژی توزیع نشده، گراف، ریکلوزر، سکشنالایزر
  • وحید باقری، امیرفرهاد احیائی*، محمد حائری صفحات 31-39

    امروزه با توجه به پیشرفت در صنعت انرژی های تجدیدپذیر، فاصله زیاد منابع تولید انرژی از بارهای محلی، افزایش تعداد خودروهای الکتریکی و هزینه های گزاف انتقال توان، لزوم مدیریت منابع انرژی تولید پراکنده بیشتر شده است. در این راستا، چالش های مهمی از جمله نحوه تبادل توان بین منابع تولید پراکنده و باتری های خودروهای الکتریکی جهت استفاده بهینه از توان تولیدی این منابع مطرح شده است. یکی از راهکارهای افزایش منابع تولید پراکنده، تشویق مصرف کنندگان خانگی به نصب توربین بادی یا سلول های خورشیدی جهت تامین بخشی از توان مصرفی است؛ در اینصورت تاثیر نامعینی موجود در باد و تشعشع خورشید بر میزان توان خروجی توربین بادی و سلول خورشیدی می بایست در نظر گرفته شود. در این مقاله، با در نظر گرفتن چالش های فوق، جهت هموار کردن منحنی اختلاف بین توان تولیدی منابع و توان مصرفی بارهای محلی، روشی کارآمد مبتنی بر روش میدان میانگین برای کنترل شارژ و دشارژ باتری خودروهای الکتریکی معرفی شده است. از سوی دیگر با توجه به افزایش تعداد خودروهای الکتریکی و افزایش تعداد منابع تولید پراکنده، کنترل شارژ و دشارژ تعداد بسیار زیادی از باتری ها مستلزم محاسبات سنگین و بسیار زمان بر است. به همین دلیل در این مقاله، با استفاده از ضرایبی میزان شارژ ودشارژ باتری ها تخمین زده می شود که این امر منجر به کاهش چشمگیر حجم محاسبات می گردد. در این راستا، بین کیفیت پاسخ، کاهش حجم محاسبات و لزوم استفاده از این محاسبات مصالحه ای صورت گرفته است و نتایج شبیه سازی، کیفیت و کارایی تخمین شارژ و دشارژ باتری ها بر اساس روش پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: شارژ، دشارژ باتری، خودروی الکتریکی، میدان میانگین، مونت کارلو، حجم محاسبات، منحنی بار، توربین بادی، سلول خورشیدی
  • فرزانه عسکری*، جواد زهره وند صفحات 40-47

    نصب منابع تولید پراکنده (DG) در شبکه توزیع علاوه بر اثراتی مانند کاهش تلفات شبکه، بهبود پروفیل ولتاژ، افزایش قابلیت اطمینان و... که بر شبکه توزیع دارند، در سطوح بالاتر نیز می تواند موجب تاثیراتی همچون کاهش تراکم خطوط انتقال و همچنین تعویق توسعه نیروگاه ها گردد. با افزایش ضریب نفوذ این واحدها در شبکه، قابلیت اطمینان سطح تولید نیز بطور غیرمستقیم تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. شاخص های قابلیت اطمینان سطح سلسه مراتبی اول ، HLI، توصیفگر ریسک و احتمال بروز خاموشی در اثر خروج واحدهای تولیدی است. یکی از راه های محاسبه این شاخص ها، تشکیل جدول احتمال خروج ظرفیت ، COPT، است. از آنجا که مجموع تعداد واحدهای تولید پراکنده نصب شده در شبکه توزیع نسبت به تعداد واحدهای تولید متمرکز نیروگاهی بسیار بیشتر است، این امر باعث افزایش بسیار زیاد حجم محاسبات این جدول به دلیل افزایش تعداد حالت های آن می شود. اما در این مقاله با بهره گیری از این واقعیت که واحدهای تولید پراکنده موجود در شبکه را می توان در گروه هایی با ظرفیت یکسان و نرخ خروج اجباری ، FOR، متفاوت دسته بندی کرد، راهکاری برای کاهش تعداد حالت های جدول COPT و الگوریتمی جهت تسریع محاسبه این جدول ارایه شده است.

    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان سیستم قدرت، سطح سلسله مراتبی اول، تولید پراکنده، جدول احتمال خروج ظرفیت، COPT
  • مرتضی حق شناس، رحمت الله هوشمند*، مهدی قلی پور صفحات 48-60

    ویژگی تاب آوری در سیستم های قدرت به قابلیت های سیستم در مقابله با اغتشاشات شدید با احتمال رخداد کم اشاره دارد. از آنجا که در چند سال اخیر ریزگردها و طوفان های گرد و غبار شدید در مناطق جنوب و جنوب غرب خسارت های سنگینی را به صنعت برق کشور تحمیل کرده است، در این مقاله یک مدل برنامه ریزی دوسطحی برای تقویت همزمان خطوط و پست های توزیع در مقابل این پدیده پیشنهاد شده است. در سطوح اول و دوم مدل پیشنهادی به ترتیب هزینه های سرمایه گذاری برای تقویت سیستم توزیع و هزینه های بهره برداری مورد انتظار از آن در شرایط وقوع طوفان گرد و غبار در چارچوب محدودیت های مالی و عملیاتی سیستم حداقل می گردند. نتایج برنامه ریزی در موارد مطالعاتی مختلف نشان داده است که برنامه ریزی تقویت همزمان پست ها و خطوط توزیع می تواند علاوه بر کاهش هزینه های بهره برداری در شرایط حادثه، نقش قابل ملاحظه ای در کاهش هزینه های سرمایه گذاری برای افزایش تاب آوری سیستم توزیع در مقابل طوفان های گرد و غبار داشته باشد. نتایج شبیه سازی و مطالعات عددی بر روی یک شبکه توزیع فشار متوسط با ابعاد بزرگ واقع در استان خوزستان، کارایی روش پیشنهادی را در سطوح مختلف بودجه تایید کرده است.

    کلیدواژگان: طوفان های گرد و غبار شدید، ریزگرد، شکست عایقی، تاب آوری، برنامه ریزی خطی آمیخته با عدد صحیح
  • سید اسماعیل نقیبی، محمد میرزایی*، تقی بارفروشی صفحات 61-71

    امروزه با نوجه به گسنرش و توسعه شبکه انتقال انرژی و بکارگیری مولدهای مقیاس کوچک و افزایش ظرفیت مراکز تولید، سطح اتصال کوتاه شبکه افزایش قابل ملاحظه ای پیدا کرده است. افزایش سطح اتصال کوتاه مشکلات متعددی را برای تجهیزات شبکه ایجاد می نماید. لذا می بایست به طریقی بتوان شدت آن را کاهش تا آثار آن تضعیف شود که یکی از این روش ها بکارگیری محدودساز جریان خطا می باشد. در این مقاله به جهت انجام مطالعه موردی، اثرات بکارگیری محدود کننده جریان خطای بین خطی، برای کاهش جریان اتصال کوتاه و بهبود پایداری مولدهای مقیاس کوچک متصله در یک پست نمونه مورد بررسی قرار می گیرد. پست 20/63/230 کیلوولت منطقه ویژه اقتصادی بندر امیرآباد شامل چندین فیدر خروجی برای اتصال بارها و چهار مولد مقیاس کوچک به شین مشترک 20 کیلوولت می باشد. در این پست اتصال مولدهای مقیاس کوچک برای تامین توان مورد نیاز مصرف کنندگان، باعث افزایش جریان اتصال کوتاه به مقداری بیشتر از ظرفیت نامی تجهیزات منصوبه شده و بروز اتصال کوتاه در یکی از فیدرها، منجر به کمبود ولتاژ در باس مشترک و ناپایداری مولدها گردیده است. این امر باعث خروج مولدهای مقیاس کوچک و بارهای حساس متصل به فیدرهای موازی و کاهش قابلیت اطمینان شده است.   در این مقاله به جهت کاهش جریان اتصال و جلوگیری از خروج مولدهای مقیاس کوچک و بارهای حساس در این پست، محدودساز بین خطی پیشنهاد گردیده است. این محدود کننده از چندین مدار یکسوساز و یک مقاومت محدود ساز مشترک تشکیل شده است که در صورت بروز اتصال کوتاه در هر یک از فیدرها، با قرار دادن مقاومت محدود ساز مشترک در مسیر جریان خطا، دامنه جریان و متعاقبا دامنه افت ولتاژ نیز محدود می گردد. برای اثبات کارآیی ساختار پیشنهادی در رفع مشکلات شبکه مورد مطالعه، اجزاء پست در نرم افزار PSCAD/EMTDC مورد شبیه سازی و بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که محدود کننده پیشنهادی به طور موثری باعث کاهش جریان خطا و کاهش افت ولتاژ و همچنین بهبود پایداری مولد های مقیاس کوچک می گردد.

    کلیدواژگان: جریان اتصال کوتاه، کمبود ولتاژ، محدود ساز جریان خطا بین خطی، مولد مقیاس کوچک
|
  • Mohammad Shamsi, Hamed Hashemi-Dezaki* Pages 1-18

    The changes in configurations of distribution networks due to the outages of any upstream substations or distributed generations (DGs) is one of the essential challenges in the design of distribution systems. The changes in topologies of the network affect the protective schemes and might lead to coordination constraint violations in different operation modes and configurations. It is inevitable to appear some coordination constraint violation if only the base grid-connected operation mode and configuration is considered in the optimal protection settings. The adaptive protective schemes have several advantages compared to those using only one setting group, and their speed would be more desired. Although different research works have been done in the literature in adaptive protective schemes, there is a research gap about considering the limited number of setting groups for directional overcurrent relays (DOCRs), besides other aspects of active distribution networks and adaptive schemes. This research tries to fill such a research gap by proposing a new optimized adaptive protection system, considering various network configurations, by the limited number of setting groups. Since the proposed optimal settings for DOCRs are applied to a limited number of setting groups, it would be practical. Optimizing the standard relay characteristics in the proposed method is another contribution. Test results of applying the introduced method on the distribution portion of the IEEE 30-bus test system highlight the advantages of this study. Simulation results infer that 54.27% improvement in operating time of the protection system is achievable through applying the proposed method compared to available adaptive ones because of optimizing the relay characteristics.

    Keywords: Active distribution networks (ADNs), Adaptive protection, Different operation modes, Different network configurations, Directional overcurrent relays (DOCRs), Optimal selection of standard, relay characteristics, Setting groups, Genetic algorithm (GA), DI
  • MohammadEbrahim Hajiabadi*, Mahdi Samadi, Hossein Lotfi, Esmaeil Hosseinpor, Alireza Sabori Pages 19-30

    The distribution network is always exposed to many blackouts due to its size. Reducing downtime, reducing undistributed energy, increasing reliability and thus customer satisfaction are important goals of a distribution company. The performance of power systems is affected by many factors such as various errors, network maneuvers and unwanted equipment out of service. Protective switches can reduce subscribers' downtime and redistributed energy and associated costs by isolating a faulty network point. On the other hand, due to the high costs of purchasing, installing, and maintaining protective equipment such as reclosers and sectionalizers, distribution companies seek to minimize these costs. Therefore, determining the minimum number of reclosers and sectionalising awitches necessary for reliable protection of the network and their optimal installation location is one of the basic needs of distribution network operators. The main purpose of this study is to determine the number and optimal location of recloser and sectionalising awitches protection equipment in the distribution network using an improved genetic algorithm. The proposed method is tested on one of the distribution feeders in Bojnourd city called Nader and its results are compared with other evolutionary methods such as genetics, frog mutation and particle swarm optimization.

    Keywords: Protective equipment, Genetic algorithm, energy not supplied, Graph, Recloser, Sectionalizer
  • Vahid Bagheri, AmirFarhad Ehyaei*, Mohammad Haeri Pages 31-39

    Nowadays, the need has increased to manage distributed energy resources due to advances in the renewable energies industry, the distance between energy resources and local loads, growth in the number of electric vehicles, and high power transmission costs. In this regard, important challenges, such as power exchange management between distributed energy resources and electric vehicle batteries, have been raised for optimal use of the power generated from these resources. Since home consumers are supposed to have wind turbines or photovoltaics installed to the supply part of their power consumption, the impact of wind and solar radiation uncertainties on their output power should be considered. Considering these challenges and in an attempt to flatten the difference curve between the generated power of resources and consumption power of local loads, this paper proposes an efficient method based on mean-field theory to control the charge and discharge of electric vehicle batteries. On the other hand, with the increase in the number of electric vehicles and distributed energy resources, the control of charging and discharging of too many batteries requires heavy and time-consuming calculations. This paper proposes an innovative method by introducing some coefficients for online estimation of the charge and discharge of batteries, which leads to a reduction in the volume of calculations. To this end, a compromise has been made between the performance, the volume of calculation reduction, and the necessity of these calculations. Simulation results illustrate the quality and efficiency of the charge and discharge estimation of batteries based on the proposed method.

    Keywords: Battery charge, discharge, electric vehicle, mean-field theory, Monte Carlo, volume of calculations, load curve, wind turbine, photovoltaic
  • Farzane Askari*, Javad Zohrevand Pages 40-47

    Distributed Generation (DG) has a various effect on distribution networks such as reducing the losses, improving the voltage profile, reliability and etc. Also these units can affect other levels of power system like as reducing transmission lines congestion and post ponding generation expansion programs, these units change the HLI reliability indices, these indices describe the risk of load shading due to outages in the generation system. Forming a capacity outage probability table (COPT) is the classic way to calculate these reliability indices. Due to the fact that the number of installed DGs in a power system is much greater than the number of conventional units, COPT will have numerous rows, hence the burden of the calculating process of it will be huge. Fortunately, as the high possibility to categorize the installed DGs in the group with the same capacity and different force outage rates (FORs), this paper purposes an analytical method to reduce COPT states and accelerate its calculating process.

    Keywords: Power system reliability, Hierarchical Level I, Distributed Generation, COPT
  • Morteza Haghshenas, RahmatAllah Hooshmand*, Mehdi Gholipour Pages 48-60

    Resilience characteristics in power systems refer to the system's ability to withstand against severe disturbances with a low probability of occurrence. As extreme dust storms in the south and southwest in recent years have caused heavy damage to the IRAN's electricity industry, in this paper, a bi-level planning model is proposed to simultaneous hardening of distribution lines and substations against this phenomenon. In the first and second levels of the proposed model, the investment costs of distribution system hardening and total expected operating costs are minimized subject to financial and operational constraints, respectively. The planning results in different case studies have shown that the simultaneous hardening planning of substations and distribution lines can, in addition to reducing operating costs in the emergency conditions, play a significant role in reducing investment costs. The proposed model is implemented on a large-scale power distribution system in Khuzestan province, and the simulation results confirm the efficiency of the proposed scheme at different budget levels.

    Keywords: Extreme dust storms, Dust, Insulators flashover, Resiliency, Mixed integer linear programming
  • Seyed Esmaeel Naghibi, Mohammad Mirzaie*, Taghi Barforoushi Pages 61-71

    Due to the expansion and development of the distribution networks and the use of distributed generators (DGs), the level of short-circuit current has increased significantly. Increasing the short circuit current level provides several challenges for network equipment. In this paper, the effects of using the inter-line fault current limiter (IFCL) to reduce the short-circuit current and improve the stability of DGs installed in the 230/63/20 kV AMIRABAD substation as a case study are investigated. It includes several output feeders for connecting loads and four DGs to a common coupling point 20 kV bus. In this substation, the connection of DGs to supply the power required by consumers, has increased the short-circuit current to a greater amount than the nominal capacity of the equipment. Also the occurrence of short-circuit in one of the feeders has led to voltage sag in the common bus and the instability of the generators. This has caused the exit of generators and sensitive loads connected to parallel feeders and finally reduce the reliability. IFCL consists of several rectifier bridge circuits and a common limiting resistor. It inserts the common limiting resistor in fault path for limiting the fault current level and consequently the voltage drop in the case of short circuit of the feeders. To prove the efficiency of the proposed structure for solving the problems of the studied network, the substation components in PSCAD / EMTDC software are simulated. The simulation results show that the proposed IFCL effectively reduces the fault current and voltage drop, as well as improves the stability of DGs.

    Keywords: short circuit current, voltage sag, Interline bridge‐type fault current limiter, distributed generator