قابليت اطمينان در سيستم قدرت

مفهوم ريسک و قابليت اطمينان در سيستم قدرت

مفهوم ريسک و قابليت اطمينان در سيستم قدرت

مفهوم ريسك و قابليت اطمينان در سيستم قدرت

2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………..

2-2- قابليت اطمينان سيستمهای قدرت ………………………………………………………………………………………….

2-3- مديريت ريسك ………………………………………………………………………………………………………………….

2-4- عملكرد قابل قبول سيستم قدرت ………………………………………………………………………………………….

2-5- بازه­هاي زماني برنامه­ريزي سیستم قدرت ……………………………………………………………………………….

2-6- محدوديت هاي بهره برداري سيستم قدرت …………………………………………………………………………….

2-7- مفهوم ذخيره چرخان …………………………………………………………………………………………………………..

2-8- معيارهای ارزيابي ذخيره چرخان …………………………………………………………………………………………..

2-8-1- معيارهای قطعي ارزيابي ذخيره چرخان ……………………………………………………………………………..

2-8-2- معيارهای احتمالاتي ارزيابي ذخيره چرخان ………………………………………………………………………..

2-9- مدل ساده دو حالته قابليت اطمينان واحدهاي تولیدی حرارتي ………………………………………………….

2-10- سطوح سلسله مراتبی در ارزيابي قابليت اطمينان ………………………………………………………………….

2-10-1- ارزیابی قابليت اطمينان سيستم توليد ( سطح  HLI ) ……………………………………………………

2-10-1-1- شاخص احتمال از دست رفتن بار (LOLP ، LOLE) ……………………………………………….

2-10-1-2- شاخص از دست رفتن انرژي ( EENS،LOEE ) ………………………………………………………

2-10-1-3- شاخص فراواني و تداوم (LOLF ،LOLD ) …………………………………………………………….

2-10-2- ارزیابی قابليت اطمينان سيستم مرکب توليد و انتقال ( سطح HLII ) ……………………………….

2-10-2-1- شاخص­هاي ارزیابی قابلیت اطمینان نقاط بار مشتركين ………………………………………………

2-10-2-2- شاخص هاي ارزيابي قابليت اطمينان كل سيستم ……………………………………………………….

2-11- نتيجه ­گيري …………………………………………………………………………………………………………………..

منابع

قابليت اطمينان در سيستم قدرت

قابليت اطمينان در سيستم قدرت

مفهوم قابلیت اطمینان در سیستم های قدرت مدرن بسیار گسترده و پيچيده می باشد و تمام جنبه های توانایی سیستم در تامین نیازمندی های انرژي الكتريكي مشترکین را پوشش می دهد. بحث قابلیت اطمینان در سیستم قدرت مطابق زير به دو حوزه تقسیم بندي می شود:

شكل 2-1 : مفهوم قابليت اطمينان سيستم قدرت

ارزيابي تركيبي دو معيار کفایت و امنیت با يكديگر قابلیت اطمینان کلی سیستم قدرت را فراهم می آورد و بطور کلی توانایی شبكه در تامین کمیت و کیفیت انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکین را توصیف مي كند. کفایت، شرایط استاتیکی سیستم قدرت را بدون حضور اغتشاش بررسي مي كند و معمولا به وجود تجهیزات کافی و مناسب در سیستم برای تامین تقاضای انرژي مشتركين مرتبط می باشد. این تجهیزات شامل ظرفيت تولید كافي و يكپارچگي سيستمهاي انتقال و توزیع جهت انتقال انرژی الکتریکی به نقاط بار مشترکین می شود.

امنیت، سیستم یک معیار دینامیکی از توانایی سیستم قدرت در پاسخگويي به اغتشاش های ناگهانی سيستم است. این مفهوم شرایط مربوط به اغتشاشهای گسترده، محلی، خروج ژنراتورهاي سنكرون بزرگ و تجهیزات انتقال .. را شامل می شود. در سطح تولید، امنيت به قابلیت ژنراتورهاي شبكه جهت حفظ فرکانس و كنترل ولتاژ سيستم در محدوده مجاز بهره برداري حين وقوع رخدادهای تصادفي ارتباط دارد.

جهت مشاهده نمونه های دیگر از مبانی نظری مهندسی برق کلیک کنید.

مديريت ريسك

بحث از قابليت اطمينان با مفهوم ريسك آغاز مي شود. ریسک، احتمال اینکه حادثه ای در آینده اتفاق خواهد افتاد که منجر به آسیب، خسارت و تلفات می شود، است. ريسك بطور تحلیلی ترکیب دو مفهوم است احتمال وقوع حادثه اي در آينده و عواقب ناشي از وقوع حادثه. در حوزه قابلیت اطمینان سیستم قدرت، ریسک احتمال اینکه یک حادثه بهره برداری منجر به کاهش قابلیت اطمینان در بعضي نقاط اتصال شبکه که عواقب آن غیر قابل قبول مي باشد، است.از آنجا كه ما نمی­توانیم از وقوع رخدادهاي احتمالي آينده جلوگیری نمائیم، بنابراین طراحی و بهره برداری ازسیستم قدرت به گونه ای انجام مي­شود که بهنگام وقوع پيشامدهاي تصادفي، تاثیر آنها قابل کنترل و پیامدهای ناشی از آن قابل قبول باشد.

بنابراین یکی از کلیدی ترین مفاهیم در فرآهم نمودن پیوسته قابليت اطمینان، مدیریت ریسک می باشد. در بحث مديريت ريسك، قبل از هر چيز نیاز داریم تا اينكه در ارتباط با انتظارات مشتركين و بهره برداران شبکه بیشتر بدانیم. مشترکین انتظار دارند كه برای حفظ سلامتی و رفاه اجتماعی خود، سرویس انرژی الکتریکی را بدون وقفه دریافت نمایند. در طرف مقابل، بهره برادار سیستم در زمان بهره برداري از سيستم قدرت انتظار دارد، به دو هدف زير دست يابد:

• حفظ يكپارچگي (سنكرونيزم) لحظه به لحظه شبکه در زمان بهرهبراداری و جلوگیری از خروج های متوالي در سيستم .
• حفاظت تجهیزات تولید و انتقال از آسیب های فاجعه آمیز که منجر به از دست رفتن قابلیت اطمینان سيستم برای چندين هفته يا ماه از سال می شود.

ماهیت سنکرونیزم و بهره برداری از سيستم قدرت بهم پیوسته، مبتني بر استمرار اتصال تجهيزات و پيوستگي سيستم تولید به شبکه انتقال مي باشد. مدیریت ریسک توسط طراحان سيستم قدرت، از طریق طراحی خوب پست ها، سیستم حفاظتی و منطق هایی که شانس حوادث محتمل که قابلیت اطمینان شبکه انتقال را به خطر می اندازند، کاهش می دهد انجام مي شود. در فاز طراحي، ساختار بریکرهای پست ها بگونه ای طراحی می­شوند که قادر به ایزوله نمودن تجهیزات معيوب انتقال باشند، تا از خروج هاي پي در پي، از دست رفتن یکپارچگی شبکه و عواقب غيرقابل قبول آن با توجه احتمال خروج يك المان (مرتبه اول)، جلوگيري كنند.

بعلاوه، سیستم انتقال نيز بگونه ای طراحی می شود که رخداد خروج المان­هاي مجرد نظیر، خروج خط انتقال، خطا در ترانسفورماتور، خرابی بریکر و خروج ژنراتور به از دست رفتن یکپارچگی شبکه منجر نشود. اپراتورهای سیستم قدرت برای رسیدن به دو هدف حفظ یکپارچگی شبکه و حفاظت تجهیزات تولید و انتقال، لحظه به لحظه با نظارت و کنترل پخش بار شبكه و ذخيره بهره برداري، پروفیل ولتاژ و فلوی عبوري از خطوط، تعادل تولید و بار، ریسک سیستم را مدیریت می نمایند. موفقیت اپراتور سیستم در تحقق اهداف فوق براي شرایط بهره برداری نرمال، اضطراری و زمان باز وصل سیستم، مستقیما بر روی سرویس مشترکین در کوتاه مدت و طولاني مدت تاثیر می گذارد.

برق هاي منطقه اي^[1] در كشورهاي مختلف دنيا، از سال 1920 اتصال شبکه­هاي انتقال خود را به یکدیگر جهت ايجاد شبكه انتقال آغاز نمودند. این بهم پیوستگی، آنها را قادر می­ساخت تا شانس اینکه یک حادثه روی شبکه آنها منجر به آثار یا پیامد غیر قابل قبول شود، کاهش يابد. بنابراين، بهم پيوستگي سيستم هاي انتقال و تقسیم ذخيره بهره برداری میان آنها، شانس شبکه را براي قطع برق مشترکین و از دست رفتن سرویس انرژی و آسیب تجهیزات انتقال بهنگام خرابی یک ژنراتور يا خط انتقال کاهش مي دهد.

شبکه انتقال با بهم پیوستگی های بزرگتر، پایدارتر و از نظر پاسخ به رخدادهای احتمالی داراي استحكام بيشتري هستند. هماهنگی سرویس انتقال، تبادل انرژی بین نواحی کنترلی و برنامه ریزی شبکه انتقال نمی تواند از خروج ژنراتورها یا رخداد خطا (اتصال کوتاه) در شبکه جلوگیری نماید، اما مي توان با مديريت ريسك براي رخدادهاي تصادفي معتبر و محتمل، عملكرد قابل قبول سيستم را بهنگام وقوع اينگونه حوادث تصادفي تضمين نمود.

امکان جلوگیری از وقوع حوادث احتمالی وجود ندارد و نمی توان زمان رخداد و شدت آنها را دقیقا پیش بینی نمود، اما ما می توانیم آنها را بعد از وقوع تحلیل نموده، تجارب ارزشمند و درک بهتری از انواع این رخدادها، اعتبار و اینکه چگونه احتمال این رخدادها را کاهش دهیم، حاصل نماييم. هر رخداد احتمالی شامل دو ویژگی است: اولی اعتبار و دومی احتمال. بنابراین در مطالعات برنامه ريزي سيستم قدرت، مجموعه اي از رخدادهای تصادفي معتبر که نسبت به بقیه احتمال وقوع بیشتری دارند، جهت بررسی آثار و پیامد و عملكرد قابل قبول سيستم بهنگام وقوع اين رخدادها، انتخاب می شوند.

ارزیابی قابليت اطمينان سيستم توليد ( سطح  HLI )

سيستم توليد بعنوان مهمترين بخش زنجيره تغذيه الكتريكي بايستي لحظه به لحظه انرژي الكتريكي دقيقا برابر با تقاضاي بار (مصرف كنندگان) توليد كند. هدف اصلي ارزیابی کفایت بخش تولید، تخمین ظرفیت تولید کافی جهت تامین تقاضاي بار و ظرفیت ذخيره كافي جهت مواجهه با خروج­هاي ناگهانی واحدهاي توليدي می باشد.

كميت سنجي قابلیت اطمینان سیستم تولید توسط اندیس های متنوعی انجام می شود كه این اندیس­ها برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم تولید در مقابل بعضی از نیازهای حداقل از پیش تعیین شده و مقایسه طراحی های متنوع، شناسائی نقاط ضعف و تعیین روش هايی جهت تصحیح سیستم تولید و هزینه ها استفاده می شوند. این اندیس­ها بعنوان تخمینی از کفایت تولید استفاده می شوند و نه بعنوان یک معیار سنجش مطلق از قابلیت اطمینان سیستم. شاخص های پركاربرد ارزیابی قابلیت اطمينان سطح توليد سیستم قدرت مطابق زیر طبقه بندی می شوند:

• شاخص احتمال از دست رفتن بار (LOLP ، LOLE)
• شاخص از دست رفتن انرژي (EENS ، LOEE)
• شاخص فراواني و تداوم (LOLF ، LOLD)

بیشتر آنها مقادیر انتظاری از یک متغیر تصادفی هستند و سطح کفایت سیستم را با توجه به فاکتورهای متنوعی نظیر دسترس پذیری ظرفیت توليد، سطح تقاضاي بار و عدم قطعیت پيش بيني بار و غیره را انعکاس می­دهند.

 نتيجه­ گيری قابليت اطمينان در سيستم قدرت

كاربرد انواع شاخص­هاي احتمالي ارزيابي سطوح مختلف قابليت اطمينان جهت بهينه­سازي برنامه تولید و ذخيره بهره برداري (چرخان و غيرچرخان) در هر يك از دوره هاي برنامه­ريزي بهره برداري سيستم قدرت، علاوه بر اينكه عدم قطعيت هاي بهره برداري را مطابق شرايط واقعي سيستم در نظر مي­گيرد، قادر خواهد بود كمترين هزينه بهره برداري در سيستم با ساختار سنتي و بيشترين رفاه اجتماعي (مجموع سود توليدكنندگان و سود مصرف كنندگان) را براي شركاي بازار در سيستمهاي تجديد ساختار يافته امروزي با خود به همراه آورد.

قابليت اطمينان در سيستم قدرت

References – Used Paper for CHAPTER 2 (In Text)

• Billinton, R. and Allan, R.N.,“Reliability Evaluation of Power Systems” 1^st Edition, Plenum Press, New York, 1984.
• Billinton, R. and Allan, R.N,“Reliability Evaluation of Power Systems” 2^nd Edition Plenum Press, New York, 1996.
• Reliability Concepts,“North American Electric Reliability Corporation ” Version 1.0.2 − Format repairs, December 19, 2007.
• Allen J Wood and Bruce F Wollenberg,“Power Generation, Operation and Control,” 2^nd edition, Wiley Interscience, 1996.

2005. Rebours and D. Kirschen, “A Survey of Definitions and Specifications of Reserve Services”, Release 1, the University of Manchester, the 19^th of September 2005.

• Rebours, Y .and Kirschen, D.S. (2005b) What is spinning reserve?, 2005 UMIST, Manchester.

2009. Aminifar, M. Fotuhi-Firuzabad and M. Shahidehpour,“Unit Commitment With Probabilistic Spinning Reserve and Interruptible Load Considerations ,” IEEE Transactions on Power Systems, VOL. 24, NO. 1, February 2009.
2010. A.Ortega-Vazquez, D. S., Kirschen,“ Optimizing the spinning reserve requirements using a cost/benefit analysis ,” IEEE Trans.Power Syst.,vol. 22, no. 1, pp. 24-33,Feb.2007.

• M.A. Ortega-Vazquez and D.S. Kirschen, “Optimising the spinning Reserve requirements considering failures to synchronise, ” IET Generation, Tran. & Dist., vol. 2, no. 5, pp. 655-665,  2008.
• Roy Billinton, Adarsh V. Jain,“The Effect of Rapid Start and Hot Reserve Units In Spining Reserve Studies , ” IEEE Trans. Power Syst , February1971.

2009. K. Toh, H. B. Gooi, “Cost/Benefit and Reliability Studies on Rapid-Start Units for Energy/Reserve Contributions, ” , January 2009.

• Lovleen Gupta, Mr. Nitin Narang,“Composite System Reliability Evaluation, ”  June 2009
• …
• …
• ….

https://scholarcommons.sc.edu/elct_etd/