۲-۳-۲ پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک
پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک یا سیگنال کوچک ناظر به توانایی سیستم در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های کوچک از قبیل تغییرات تدریجی در بار است . این صورت از پایداری را می توان بطور موثر با روش های حالت ماندگار که از خطی سازی معادلات دینامیکی سیستم در یک نقطه کار معلوم استفاده می کنند مطالعه نمود .
این نوع پایداری زمانی مطرح می‌شود که سیستم قدرت در معرض یک اغتشاش کوچک مانند تغییراتی جزئی بار قرار گیرد. این نوع از پایداری شدیداً متأثر از مشخصه‌های بار و کنترلرها در یک فاصله زمانی مشخص است.
برای تحلیل این نوع از پایداری می‌توان با یک تقریب قابل قبول معادلات سیستم را خطی و اطلاعات مفیدی را از این معادلات استخراج نمود که در تعیین عوامل تأثیرگذار پایداری دارای اهمیت‌اند. باید توجه نمود که در این خطی‌سازی تجهیزاتی مانند کنترلر تپ‌چنجرها و یا تأخیر SVCها مدل نمی‌شود.
این نوع از بررسی، توانایی سیستم را در کنترل ولتاژ به دنبال بروز اغتشاش های کوچک مانند تغییرات تدریجی در باره افزایش و کاهش تندریجی مصرف توانی راکتیو بار را می سنجد. این نوع از پایداری ولتاژ را می توان بوسیله روش های حالت ماندگار که از خطی ساختن معادلات دینامیک سیستم در یک نقطه کار معلوم استفاده می کنند بررسی کرد. در این روش چون پس از بروز اغتشاش ولتاژهای سیستم به سطح اولیه باز نمی گردند لازم است ناحیه سطح ولتاژ قابل قبول تعریف شده. در نهایت با توجه به روش تحلیل فوق می توان گفت سیستم پایدار محدود در ناحیه تعریف شده ولتاژی می باشد.
۲-۴ چارچوب‌های زمانی برای بررسی پایداری ولتاژ:
بازه زمانی مورد مطالعه پدیده پایداری ولتاژ ممکن است از چند ثانیه تا ده‌ها دقیقه باشد. تجهیزات مختلف سیستم قدرت مانند ترانسفورماتورهای با تغییردهنده تپ‌ خودکار، جبران‌کننده‌های استاتیکی‌وار و بانک‌های خازنی سوئیچ‌شونده خودکار با ثابت زمانی‌های مخصوص به خود عمل خواهند کرد که باید این بازه‌های زمانی در هنگام مطالعه پایداری در نظر گرفته شوند. در مطالعه پایداری ولتاژ چارچوب‌های زمانی زیر در نظر گرفته می‌شود:
کوتاه مدت^[۶]
بلندمدت^[۷]
واژه های پایداری بلند مدت و میان مدت در فرهنگ پایداری سیستم های قدرت نسبتا جدید هستند. این
واژه ها به دنبال نیاز به بررسی عکس العمل دینامیکی سیستم قدرت در حالی که سیستم، دستخوش آشفتگی
های شدید می شود، مطرح شده اند. آشفتگی های شدید در سیستم منجر به تغییرات بزرگی در ولتاژ، فرکانس و توان های انتقالی می شود و فرایندها، کنترل کننده ها و سیستم های حفاظتی کُند را که در مطالعات سنتی پایداری گذرا، مدل نمی شوند به عکس العمل وا می دارد. مشخصه های زمانی یا فرایند ها و تجهیزات، که در اثر تغییرات بزرگ فرکانس و ولتاژ تحریک می شوند و از محدودۀ چند ثانیه ) در خصوص تجهیزاتی از قبیل کنترل کننده ها و سیستم های حفاظتی ژنراتور )تا چند دقیقه ( در خصوص تجهیزاتی از قبیل سیستم های تأمین انرژی چرخاننده ها و تنظیم کننده های بار – ولتاژ ( متغییر است.
در پایداری بلند مدت فرض می شود که نوسان های توان سنکرون کنندۀ بین ماشین های سنکرون، میرا
شده است و در نتیجه فرکانس یکنواختی در کل سیستم برقرار است. در اینجا تأکید بر پدیده های کٌندتر و بلندمدت تر است که همراه با آشفتگی های شدید سیستم ودر نتیجه عدم تطابق زیاد و طولانی بین تولید و مصرف توان های حقیقی و راکتیو است. پدیده ها شامل عکس العمل دینامیکی دیگ های بخار واحد های حرارتی، عکس العمل دینامیکی آبگذر و کانال آب واحدهای آبی، کنترل خودکار تولید، کنترل کننده ها و سیستم های حفاظتی نیروگاه ها و سیستم انتقال، اشباع در ترانسفورمر وتأثیرات فرکانس غیر اسمی بر بار و شبکه است. عکس العمل میان مدت نمایشگر انتقال بین عکس العمل های کوتاه مدت و بلند مدت است. در مطالعات پایداری میان مدت، تأکید بر نوسان های توان سنکرون کننده بین ماشین های سنکرون و از جمله تأثیر بعضی از پدیده های کٌندتر و احتمالا تغییرات شدید ولتاژ یا فرکانس است. از نظر زمانی، بازه های نوعی به صورت زیر است :
– کوتاه مدت یا گذرا : صفر تا ١٠ ثانیه
– میان مدت : ١٠ ثانیه تا چند دقیقه
– بلند مدت : چندین دقیقه تا چندین ده دقیقه
باید خاطر نشان کرد که تمایز بین پایداری میان مدت و بلند مدت عمدتا بر اساس پدیده های مورد بررسی
و مدلسازی مورد استفاده سیستم بخصوص با توجه به نوسان های زودگذر و بین ماشینی و نه با توجه به دورۀ زمانی مورد نظر، صورت می پذیرد. به طور کلی مسائل پایداری بلند مدت و کوتاه مدت مربوط به نقص در عکس العمل تجهیزات، هماهنگی ضعیف بین سیستم های کنترلی و حفاظتی یا کمبود ذخیرۀ توان های حقیقی و راکتیو اتفاق می افتد.
پایداری بلند مدت معمولا مربوط به عکس العمل سیستم در مقابل اغتشاش های بزرگی است که از محدودۀ
معیار های طراحی معمولی سیستم خارج است. این موضوع ممکن است به وقفه های متوالی و پارگی سیستم به چندین زیر سیستم منجر شود که در هر زیر سیستم، ژنراتورها در حالت سنکرونیزه باقی بمانند. مفهوم پایداری در این حالت آن است که ” آیا هر زیر سیستم به حالت قابل قبول تعادلی با حداقل بار زدایی می رسدیا خیر” . این موضوع از عکس العملی کلی زیر سیستم با توجه به فرکانس متوسط آن و نه با توجه به حرکت نسبی بین ماشین های سنکرون، تعیین می شود. در بدین وضع، ممکن است عکس العمل تجهیزات حفاظتی سیستم و واحدها وضعیت را باز هم بدتر کند و فروپاشی سیستم یا بخشی از آن رخ دهد. کاربردهای دیگر بررسی پایداری بلند مدت و کوتاه مدت، در خصوص بررسی دینامیکی پایداری ولتاژ است که نیازمند به شبیه سازی تأثیر تغییر دهنده های تپ ترانسفورمرها، حفاظت فوق تحریک ژنراتورها، حدود منابع توان راکتیو و بارهای ترموستاتی است. در این حالت، کمتر متحمل است که نوسان های بین ماشین های سنکرون، مهم باشد. با وجود این، باید دقت کرد که از بعضی از عکس العمل های دینامیکی سریع چشم پوشی کرد.
در خصوص بررسی پایداری بلند مدت و میان مدت تجربه و مطالعه به صورت محدود انجام گرفته
است. همچنان که بر تجربه ها افزوده گردد و روش های بهبود یافته در خصوص شبیه سازی عکس العمل
های دینامیکی کٌند و سریع مطرح شود، تمایز بین پایداری بلند مدت اهمیت کمتری پیدا می کند.
۲-۴-۱ چارچوب زمانی کوتاه‌مدت
پایداری ولتاژ کوتاه‌مدت دربرگیرنده بارهای با دینامیک سریع مانند مبدل‌های HVDC سیستم‌های انتقال جریان مستقیم، موتورهای القائی و بارهای کنترل شده الکترونیکی می‌باشد.
بازه زمانی مورد مطالعه در حد چند ثانیه می‌باشد که از شروع اغتشاش تا زمان عملکرد تغییردهنده اتوماتیک ترانسفورماتور می‌باشد. ناپایداری زاویه‌ای رتور و ناپایداری ولتاژ می‌توانند در این بازه زمانی رخ دهند.
تجهیزات زیر را می‌توان در بازه زمانی کوتاه‌مدت در نظر گرفت:
موتورهای القائی
کندانسورهای سنکرون
خازن‌های موازی سوئیچ‌شونده خودکار
جبران‌کننده‌های استاتیکی‌وار (SVC)
ادوات Facts^[8]
دینامیک‌های سیستم تحریک ژنراتورها
بارهای وابسته به ولتاژ^[۹]
۲-۴-۲ چارچوب زمانی بلند‌مدت
در پایداری ولتاژ بلندمدت به تجهیزات کندتر مانند ترانسفورماتورهای تغییردهنده تپ اتوماتیک، بارهای کنترل‌شده با ترموستات و محدودکننده‌های جریان ژنراتورها که دینامیک کندتری دارند توجه خواهد شد. این بازه زمانی ممکن است از چند دقیقه نیز بیشتر شود. در اکثر مواقع می‌توان از تحلیل استاتیکی استفاده نمود و حاشیه پایداری را تخمین زد و عوامل تأثیرگذار را شناسائی نمود.
۲-۵ تفاوت بین پایداری میان مدت و بلند مدت
همان طور که اشاره شد، عبارت های پایداری میان مدت و پایداری بلند مدت، واژه های جدیدی در مراجع پایداری سیستم قدرت هستند. معرفی این عبارت ها، به دلیل نیازی بود که در برخورد با مسائل مرتبط با پاسخ دینامیکی سیستم های قدرت به آشفتگی های شدید، احساس می شد.
پایداری بلند مدت، آنگونه که در تعریف شده است، فرض می کند که نوسان های توان سنکرون کنندۀ بین ماشینی میرا شده و در نتیجۀ آن یکنواختی فرکانس سیستم است. در اینجا، تمرکز بر پدیده های کٌندتر و طولانی تر همراه با آشفتگی های مقیاس بزرگ سیستم و عدم تطابق های مداوم حاصل بین تولید و مصرف توان حقیقی و راکتیو می باشد و عواملی چون دینامیک دیگ بخار واحدهای حرارتی، دینامیک کانال و آبگذر واحدهای آبی، کنترل خود کار تولید، حفاظت ها و یا کنترل های سیستم انتقال نیروگاه، اشباع ترانسفورمر، و اثر غیر اسمی بر بارها و شبکه، به احتمال زیاد بر پایداری بلند مدت نقش خواهند داشت.