جای‌گذاری استراتژیک خازن جهت کاهش احتمال فروپاشی ولتاژ در سیستم قدرت

نویسندگان

دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه ارومیه

چکیده

پایداری ولتاژ باس، فاکتور بسیار مهمی در قابلیت اطمینان سیستم قدرت است. اگر سیستم قدرت توانایی پاسخ به تقاضای توان راکتیو را روی یک باس نداشته باشد، ولتاژ شروع  به کاهش کرده، در صورت عدم عملکرد سیستم حفاظت الکتریکی می‌تواند منجر به فروپاشی ولتاژ گردد. بنابراین جبران‌سازی توان راکتیو می‌تواند احتمال فروپاشی ولتاژ را کاهش دهد. در مقالۀ حاضر ضمن بررسی معیارهای موجود برای مشخص کردن ضعیف‌ترین باس از نظر توان راکتیو، دو معیار جدید برای این منظور معرفی شده است. شبکۀ 30 باس استاندارد IEEE مطالعه شده و احتمال قرار گرفتن شبکه در ناحیه‌های ولتاژی نرمال، زیر ولتاژ، ریسک و فروپاشی ولتاژ محاسبه شده است، سپس با جای‌گذاری خازن‌ها با استفاده از الگوریتم PSO، احتمال فروپاشی شبکه به‌طور چشمگیری کاهش داده شده است. همچنین معیارهای جدید برای مشخص کردن ضعیف‌ترین باس سیستم مورد بررسی قرار گرفته و برتری آن‌ها بر معیارهای مرسوم اثبات شده است. نتیجۀ استفاده از اندیس‌های ارائه‌شده و نتیجۀ استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی پیشنهادی مشابه هم هستند و می‌توانند برای کاهش احتمال فروپاشی در شبکۀ برق استفاده گردند.

کلیدواژه‌ها


[1] Qin, W., Song, J., Han, X. and Wang, P., "Operational reliability assessment of power systems based on bus voltage", IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 9, pp. 475-482, 2014. [2] Chanda, S. and Das, B., "Identification of Weak Buses in a Power Network Using Novel Voltage Stability Indicator in Radial Distribution System", in Power Electronics (IICPE), 2010 India International Conference on, New Delhi, India, 2011. [3] Chevalier, S. and Hines, P., "Mitigating the Risk of Voltage Collapse Using Statistical Measures From PMU Data", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 34, no. 1, pp. 120 - 128, 2019. [4] Guddanti, K. and Matavalam, A., "PMU-Based Distributed Non-Iterative Algorithm for Real-Time Voltage Stability Monitoring", IEEE Transactions on Smart Grid , vol. 11, no. 6, pp. 5203 - 5215, 2020. [5] Mahmoud, G., "Voltage stability analysis of radial distribution networks using catastrophe theory", IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 6, no. 7, p. 612–618, 2012. [6] Beigvand, S. Abdi, H. and Singh, S., "Voltage stability analysis in radial smart distribution grids", IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 11, no. 15, pp. 3722-3730, 2017. [7] Aik, D., "Voltage Stability Assessment Using Equivalent Nodal Analysis", IEEE Transactions On Power Systems, pp. 454 - 463, 2016 . [8] Chanda, S. and Das, B., "Identification of weak buses in a power network using novel voltage stability indicator in radial distribution system", in Power Electronics (IICPE), 2010 India International Conference on, New Delhi, India, 2011. [9] Zarate, L. and Castro, C., “Fast computation of security margins to voltage collapse based on sensitivity analysis", IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, vol. 153, no. 1, pp. 35 - 43, 2006. [10] Zheng. L, Hu, W. Min, Y. and ma, J., "A Novel Method to Monitor and Predict Voltage Collapse: the Critical Transitions Approach", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 33, no. 2, pp. 1184 - 1194, march 2018. [11] Mohamed, A. and Venkatesh, B., "Line-Wise Power Flow and Voltage Collapse", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 33, no. 4, pp. 3768 - 3778, July 2018. [12] Ratra, S. Tiwari, R. and Niazi, K., "Voltage stability assessment in power systems using line voltage stability index", Computers and Electrical Engineering, vol. 70, pp. 199-211, August 2018. [13] Momoh, J. Makarov, Y. and Mittelstad, W., "A framework of voltage stability assessment in power system reliability analysis", IEEE Power & Energy Society, p. 1999, 484 - 491. [14] Qin, W. Wang, P. and Kang, C., "Improved Bisection Searching Technique for voltage collapse analysis in reliability evaluation", in Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS), 2010 IEEE 11th International Conference on, Singapore, Singapore, Singapore, 2010. [15] Chevalier, S. and . Hines, P., "Mitigating the Risk of Voltage Collapse Using Statistical Measures From PMU Data", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 34, no. 1, pp. 120 - 128, 2019. [16] Ibrahim, A. and El-Amary, N., "Particle Swarm Optimization trained recurrent neural network forvoltage instability prediction", Journal of Electrical Systems and Information Technology, vol. 5, no. 2, pp. 216-228, September 2018. [17] Chandraa, A. and Pradhan, A., "Online voltage stability and load margin assessment using wide area", Electrical Power and Energy Systems, vol. 108, pp. 302-401, 2019. [18] Caiiizares, C. and Faur, Z., "Analysis of SVC and TCSC Controllers in Voltage Collapse",IEEE Transactions on Power Systems, vol. 14, no. 1, pp. 158-165, 1999. [19] Satpathy, P. Das, D. and Gupta, P., "Critical switching of capacitors to prevent voltage collapse", Electric Power Systems Research, vol. 71, no. 1, pp. 11-20, 2004. [20] Ampofo, D. Al-Hinai, A. and El-Moursi, M., "Utilization of Reactive Power Resources of Distributed Generation for Voltage Collapse Prevention in Optimal Power Flow", in 2015 International Conference on Solar Energy and Building (ICSoEB), Sousse, Tunisia, 2015. [21] Georgilakis, P, and Hatziargyriou, N., "Optimal Distributed Generation Placement in Power Distribution Networks: Models, Methods, and Future Research", IEEE Transactions On Power Systems, vol. 28, no. 3, pp. 3420 - 3428, Aug. 2013. [22] Perron, M. Ghahremani, E. Heniche, A. Kamwa, I. Lafond, C. Racine, M. Akremi, H. Cadieux, P. Lebeau, S. and Landry, S., "Wide-area voltage control system of flexible AC transmission system devices to prevent voltage collapse," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 11, no. 18, pp. 4556-4564, 2017. [23] Yun, Z. and Cui, X., "Online Preventive Control Method for Static Voltage Stability of Large Power Grids", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 6, pp. 4689 - 4698, 2020. [24] Dixon, J. Moran, L. Rodriguez, J. and Domke, R., "Reactive Power Compensation Technologies: State-of-the-Art Review", Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 12, pp. 2144 - 2164, Dec. 2005. [25] Yun, Z. and Cui, X., "Online Preventive Control Method for Static Voltage Stability of Large Power Grids", IEEE Transactions on Power Systems , vol. 35, no. 6, pp. 4689 - 4698, 2020. [26] شریعت‌خواه، محمدحسین، حقی فام، محمدرضا، افکوسی، محمد، «مکان‌یابی همزمان منابع تولید پراکنده و خازن در شبکه‌های توزیع و تعیین آرایش بهینۀ آن»، مهندسی و مدیریت انرژی، شمارۀ اول، صفحه 11ـ18، 1390. [27] Cutsem, T. and Vournas, C., Voltage stability of electric power systems, Boston, Springer , 1998. [28] Taylor, C., Power system voltage stability, New York, McGraw-Hill Inc, 1994. [29] Miller, T., Reactive Power Control in Electric Systems, India, Wiley , 1982. [30] سحراب محمدی، محمد مهدی قنبریان, «بررسی فروپاشی ولتاژ و پایداری ولتاژ در سیستم‌های قدرت شبکه‌های فشارقوی بوشهر»، کنفرانس ملی پژوهش‌های نوین در برق، کامپیوتر و مهندسی پزشکی، کازرون، 1396. [31] Chattopadhyay, T. Banerjee, S. and Chanda, C., "Impact of shunt capacitor on voltage stability analysis of distribution networks under critical loading conditions", in 2014 First International Conference on Automation, Control, Energy and Systems (ACES), Hooghy, India, 2014.