تحلیل بهینه و شبیهسازی ادوات توزیعشده D FACTS در خطوط انتقال نیرو با رویکرد بهبود پایداری و بهره وری شبکههای قدرت
محورهای موضوعی : مهندسی برق ( الکترونیک، مخابرات، قدرت، کنترل)طیبه قلیچ پور 1 , مهدیه اسلامی 2
1 - گروه برق،واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
2 - گروه برق،واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
کلید واژه: ادوات D FACTS, جبرانسازی سری توزیعشده, پایداری شبکه قدرت, شبیهسازی Power World, سامانه WECC, بهینهسازی بهرهبرداری, افزایش ظرفیت انتقال,
چکیده مقاله :
با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی الکتریکی و محدودیتهای توسعه زیرساختهای انتقال، بهرهگیری از فناوریهای هوشمند و کمهزینه برای بهبود ظرفیت و پایداری شبکههای قدرت اهمیت ویژهای یافته است. در این راستا، ادوات انعطافپذیر توزیعشدهی جریان توان بهعنوان یکی از مؤثرترین فناوریهای نوین مطرح هستند که با نصب مستقیم بر روی هادیهای موجود، امکان کنترل و جبرانسازی جریان توان را بدون نیاز به تغییرات عمده در پستهای فرعی فراهم میسازند. در این پژوهش، تأثیر استفاده از تعداد محدودی از این ادوات بر عملکرد فنی و اقتصادی خطوط انتقال با استفاده از نرمافزار Power World Simulator و دادههای واقعی شبکه WECC بررسی شده است. تحلیلها در سه وضعیت مورد پایه، N-1و N-2 انجام شد تا اثر خرابیهای احتمالی خطوط و باسها بر بارگذاری و توزیع توان مشخص گردد. نتایج نشان داد که استفاده بهینه از D‑FACTS میتواند بار خطوط بحرانی را از ۹۷٫۵٪ به کمتر از ۹۵٪ ظرفیت نامی کاهش دهد و در خطوط با شرایط دوگانۀ خرابی، میزان بارگذاری از ۹۶٪ به حدود ۹۱٪ تنزل یابد. همچنین در مطالعهی شبکهی ۳۹ باس IEEE، نصب تدریجی ماژولهای D‑FACTS سبب افزایش ظرفیت انتقال تا حدود ۳۳٫۵٪ شد. ضرایب القایی مؤثر بهکاررفته در ماژولها بین ۴۷ تا ۱۰۵٫۷ میکروهانری بودهاند که در محدودهی مجاز عملکرد خط باقی ماندهاند. از دیدگاه اقتصادی، مقایسه هزینهها نشان داد که نصب تعداد بهینهی D‑FACTS هزینهای نزدیک به ۲۰٪ کمتر از احداث خطوط جدید دارد، در حالیکه تلفات توان در شبکه تا ۸٪ کاهش یافته است. این نتایج اثبات میکند که بهکارگیری هدفمند و بهینه این ادوات نهتنها موجب افزایش قابلیت اطمینان و پایداری دینامیکی سیستم میگردد، بلکه از نظر اقتصادی نیز گزینهای سودآور و کارآمد محسوب میشود.
The increasing need for electrical power and the inability to extend the transmission infrastructure have led to a focus on cost-effective approaches that can enhance the transmission system's capacity and stability. The Distributed Flexible AC Transmission System devices offer a viable solution for power flow control, which can directly be installed on the transmission lines with minimum substation modifications. In this article, the technical and economical feasibility of effective use of the D-FACTS devices, simulated by the Power World Simulator, with practical data on the WECC transmission power system, has been explored. The performance of the power system has been analyzed under the basic case, N-1, and N-2 contingencies. The simulation has confirmed that the use of the D-FACTS technique results in a critical line load below the secure limit and raises the Available Transfer Capability by 33.5% on the IEEE 39 bus test system. Furthermore, economical feasibility has confirmed that the use of the D-FACTS devices offers a reduced expenditure in comparison to the new line installation, thus minimizing the power losses. The efficacy of the D-FACTS technique has thus been demonstrated to provide an economical solution to enhance transmission power reliability and efficiency.
[1]. H. Johal and D. Divan, "Design Considerations for Series-Connected Distributed FACTS Converters," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 43, no. 6, pp. 1609-1617, 2007.
[2]. F. Kreikebaum, D. Das, J. Hernandez and D. Divan, "Ubiquitous Power Flow Control in Meshed Grids," 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 39073914, 2009.
[3]. F. Kreikebaum and M. Imayavaramban, "Active Smart Wires: An Inverter-less Static Series Compensator," 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 3626-3630, 2010.
[4]. Kakkar and N. K. Agarwal, "Recent trends on FACTS and D-FACTS," Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 Proceedings of the International Symposium, pp. 1-8, 2010.
[5]. K. M. Rogers and T. J. Overbye, Power flow control with Distributed Flexible AC Transmission System (D-FACTS) devices," North American Power Symposium (NAPS), 2009, pp. 1-6, 2009.
[6]. D. Divan, Improving Power Line Utilization and Performance with D-FACTS Devices," IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2005, pp. 2419-2424, Vol. 4, 2005.
[7]. H. Li, F. Li, P. Zhang and X. Zhao, Optimal Utilization of Transmission Capacity to Reduce Congestion with Distributed FACTS," PowerTech, 2009 IEEE Bucharest, pp. 1-5, 2009.
[8]. K. M. Rogers and T. J. Overbye, Some Applications of Distributed Flexible AC Transmission System (D-FACTS) Devices in Power Systems," Power Symposium, 2008. NAPS '08. 40th North American, pp. 1-6, 2008.
[9]. R. Mohamedi, S. Lefebvre, A-O. Ba and A. Houle, Increasing the Transfer Capacity of a Corridor Through Power Flow Control," Electrical Power Conference, 2007. EPC 2007. IEEE Canada, pp. 507-513, 2007.
[10]. D. Divan and H. Johal, Design Considerations for Series-Connected Distributed FACTS Converters," IEEE Transactions on Industry Applications, pp. 1609-1618, Vol. 43, 2007.
[11]. G. Ning, S. He, Y. Wang, L. Yao and Z. Wang, Design of Distributed FACTS Controller and Considerations for Transient Characteristics," Power Electronics and Motion Control Conference, 2006. IPEMC 2006. CES/IEEE 5th International, pp. 1-5, Vol. 3, 2006.
[12]. D. Divan and H. Johal, Distributed FACTS A New Concept for Realizing Grid Power Flow Control," IEEE Transactions on Power Electronics, pp. 2253-2260, Vol.22, 2007.
[13]. D. Das, A. Prasai, R. G. Harley and D. Divan, Placement of Distributed Facts Devices in Power Networks Using Particle Swarm Optimization," 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 527-534, 2009.
[14]. F. Kreikebaum, D. Das, Y. Yang, F. Lambert and D. Divan, Smart Wires Distributed, Low-Cost Solution for Controlling Power Flows and Monitoring Transmission Lines," 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe), pp. 1-8, 2010.
[15]. Western Electricity Coordinating Council, 2015 State of the Interconnection Report," WECC, 2015.
[16]. Elprocuscom. (2014). ElProCus - Electronic Projects for Engineering Students.
[17]. H. Johal, DISTRIBUTED SERIES REACTANCE: A NEW APPROACH TO REALIZE
[18]. GRID POWER FLOW CONTROL,", Ph.D. dissertation, Dept. Elec. Eng., Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 2008.
[19]. D Divan and R Harley. (2016). IEEE, Smart Distributed Control of Power Systems. Smart Wires Inc. (2016). Smart Wires Inc Company D-FACTS Catalog. NERC, Atlanta, GA, Sep.2015
