بارهای متغیر در سیستم قدرت

در این برگه قصد داریم به بررسی بارهای متغیر در سیستم قدرت بپردازیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- اثرات بارگذاری متغیر بر روی سیستم قدرت

2- منحنی بار

3- منحنی تداوم بار

4- موارد مرتبط به شرایط بارگیری

5- عوامل مرتبط با بارگذاری متغیر

 

سیستم‌های برق به هم پیوسته امروزی بسته به تقاضای مصرف کننده، انواع بارها را تامین می‌کنند. البته این خواسته‌ها دائماً متفاوت است که منجر به بارگذاری متغیر سیستم و پیامدهای آن می‌شود.

1- اثرات بارگذاری متغیر بر روی سیستم قدرت

تغییر در بارگذاری اثرات نامطلوب خاصی دارد که محسوس‌ترین آنها در ادامه آورده شده‌اند:

افزایش هزینه تولید برق :

به دلایل واضح عملکرد بهینه، دینام‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که حداکثر بازدهی در ظرفیت نامی‌شان(یا بسیار نزدیک) رخ دهد. از این رو، هنگامی که بار تغییر می‌کند و کم می‌شود، دینام تا ظرفیت نامی خود بارگذاری نمی‌شود و راندمان کاری آن کاهش می‌یابد که این موضوع هزینه تولید را افزایش می‌دهد.

کنترل سیستم:

هنگامی که بار تغییر می‌کند، فرکانس سیستم نیز تغییر می‌کند. برای عملکرد صحیح، فرکانس باید در محدوده مجاز باشد. (به طور کلی انحراف 3±% مجاز است، به عنوان مثال 48.5 هرتز تا 51.5 هرتز در مورد فرکانس سیستم 50 هرتز در هند.). به منظور حفظ فرکانس در محدوده، تجهیزات کنترل اضافی مورد نیاز است. چنین تجهیزاتی هزینه و پیچیدگی سیستم را افزایش می‌دهند.

نیاز به تجهیزات اضافی:

همانطور که توضیح داده‌شد، بارگذاری متغیر نیاز به استفاده از گاورنرهای سرعت، سنسورهای ولتاژ و فرکانس، میکروکنترلرها و سایر تجهیزات کنترل حلقه بسته برای اعمال کنترل بر روی سیستم و حفظ تمام پارامترها در محدوده مجاز دارد.

افزایش تلفات:

به دلیل تغییر در شرایط بارگذاری، ماشین‌های مختلف مانند ترانسفورماتور، دستگاه‌های الکترونیکی و غیره، تلفات بیشتری را به دلیل ویژگی‌های مغناطیسی، اشباع و تغییر در پارامترها نشان می‌دهند. این امر باعث کاهش کارایی کلی سیستم می‌شود.

2- منحنی بار

همانطور که اشاره شد، بار روی سیستم با زمان تغییر می‌کند. این تغییر را می‌توان به صورت گرافیکی نشان داد که به عنوان “منحنی بار” شناخته‌می‌شود.

شکل بالا یک منحنی بار روزانه معمولی را نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید، بیشترین تقاضای بار حدود ساعت 8 شب اتفاق می‌افتد. چنین منحنی بار، تغییرات بار را با زمان نشان می‌دهد. ما می‌توانیم حداکثر تقاضای سیستم را نیز تعیین کنیم. این حداکثر تقاضا مربوط به حداکثر باری است که روی سیستم رخ می‌دهد. این حداکثر بار بر اندازه و ظرفیت نیروگاه تأثیر می‌گذارد. با محاسبه مساحت زیر منحنی نیز می‌توانیم انرژی (بر حسب واحد یا کیلووات ساعت) را تعیین کنیم.

چنین منحنی‌هایی همچنین برای تعیین عبارات و عوامل مهمی مانند بار متوسط، حداکثر تقاضا، ضریب بار، ضریب تقاضا، ضریب مصرف و غیره مفید هستند. این منحنی‌ها هنگام انتخاب تعداد و اندازه (ظرفیت) واحدهای مولد (آلترناتور) نیز مورد نیاز هستند. علاوه براین، منحنی‌های بار نیز در بخش کنترل و مدیریت برای تهیه برنامه زمانبندی ایستگاه مورد نیاز هستند.

یکی دیگر از تغییرات منحنی‌های بار، “منحنی تداوم بار” است.

3- منحنی تداوم بار

هنگامی که بارهای مختلف روی یک سیستم به ترتیب نزولی از بزرگی آنها با توجه به دوره زمانی وقوع مرتب می‌شوند، نمودار به دست آمده به عنوان منحنی تداوم بار شناخته‌می‌شود. منحنی تداوم بار، داده‌ها را به شکل قابل ارائه‌تری در اختیار ما قرار می‌دهد. ما به راحتی می‌توانیم حداکثر تقاضا و مدت زمان آن را تعیین کنیم. همچنین، می‌توانیم زمان دقیقی را تعیین کنیم که یک بار خاص غالب شده‌است.

این منحنی اساساً از مقادیر منحنی بار بدست می‌آید. از این رو، سطح زیر منحنی نیز کل انرژی تولید شده را به ما می‌دهد.

4- موارد مرتبط به شرایط بارگیری

تغییر در بار عباراتی را معرفی می‌کند که باید مشخص شوند. این عبارات و اصطلاحات عبارتند از:

– بار متصل

بار متصل به عنوان “مجموع کل بارهای (روشن و خاموش) متصل به سیستم قدرت” تعریف می‌شود.

اگرچه، ممکن است همه بارها با هم روشن نشوند، اما چنین بارهایی باید برای تعیین توان مورد نیاز و در نتیجه ظرفیت واحدها محاسبه شوند.

به عنوان مثال، اگر یکی از مصرف‌کنندگان دارای سه لامپ 200 وات، چهار لامپ 100 وات و دستگاهی با مصرف 5 کیلو وات باشد،

بار متصل مصرف کننده = 3(200) + 4(100) + 5000 = 6000 وات

– بار متوسط

همانطور که از نام آن پیداست، بار متوسط مقدار متوسط تمام بارهای روی ایستگاه را برای یک دوره زمانی معین (مانند روز/ثانیه یا ماه/ثانیه یا سال/ثانیه) نشان می‌دهد.

این بار را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

بار متوسط = تعداد واحدهای (کیلووات ساعت) تولید شده در دوره زمانی معین/ دوره زمانی

– حداکثر تقاضا

حداکثر تقاضا به عنوان “حداکثر مقدار باری که در یک دوره زمانی خاص روی سیستم رخ می‌دهد” تعریف می‌شود.

در شکل شماره 1، حداکثر تقاضا حدود ساعت 8 شب رخ می‌دهد.

آگاهی از حداکثر تقاضا ضروری است زیرا ظرفیت نصب شده نیروگاه بر اساس حداکثر تقاضا تعیین می‌شود و نیروگاه باید توانایی تامین حداکثر تقاضا را داشته باشد.

5- عوامل مرتبط با بارگذاری متغیر

در ادامه به عوامل مرتبط با بارگذاری های متغیر اشاره شده است:

ضریب تقاضا

ضریب تقاضا به عنوان “نسبت حداکثر تقاضا به بار متصل سیستم” تعریف می‌شود.

ضریب‌تقاضا = حداکثر تقاضا / بار متصل

از آنجایی که همه بارهای متصل همیشه روشن نیستند، حداکثر تقاضا < بار متصل است. بنابراین، ضریب تقاضا <1 می‌باشد. محاسبه این ضریب برای تعیین ظرفیت تجهیزات مورد نیاز کارخانه ضروری است.

ضریب بار

ضریب بار به عنوان “نسبت بار متوسط به حداکثر تقاضا در یک دوره زمانی معین” تعریف می‌شود.

ضریب‌بار = میانگین بار / حداکثر تقاضا

این می‌تواند ضریب بار روزانه / ماهانه / سالانه با توجه به دوره زمانی در نظر گرفته شود. ارزش ضریب بار بر هزینه تولید نیز تأثیر می‌گذارد. اگر ضریب بار زیاد باشد، حداکثر تقاضا کم است و ظرفیت ایستگاه مورد نیاز (که به حداکثر تقاضا بستگی دارد) کاهش می‌یابد که باعث کاهش هزینه تولید می‌شود. ضریب بار باید تا حد امکان نزدیک به 1 باشد. همچنین، مقدار بیشتر ضریب بار مشکلات بارگذاری متغیر را کاهش می‌دهد. این به این دلیل است که مقدار بالاتر ضریب بار به معنای تغییر کمتر در تقاضاها در زمان‌های مختلف است. به همین دلیل، اثرات بارگذاری متغیر به حداقل می‌رسد. بنابراین، ضریب بار باید تا حد امکان بالا باشد.

ضریب تغییرات

یک نیروگاه برق مصرف کنندگان مختلفی را تامین می‌کند. هر مصرف کننده حداکثر تقاضای فردی خواهد داشت و چنین حداکثر تقاضایی ممکن است در یک زمان اتفاق نیفتد. ضریب تغیرات به عنوان “نسبت مجموع حداکثر تقاضاهای فردی به حداکثر کل تقاضا در سیستم” تعریف می‌شود. می توان آن را به صورت :

ضریب تغیرات = مجموع حداکثر نیازهای فردی / حداکثر تقاضای نیروگاه، بیان کرد.

بدیهی است که ضریب تغیرات بیشتر از 1 است. این ضریب، تغیرات بار را به ما می‌دهد و برای تصمیم گیری در مورد ظرفیت نصب، انتقال و توزیع نیروگاه‌ها ضروری است. این ضریب باید تا حد امکان بالا باشد. ضریب تغیرات بالاتر به این معنی است که حداکثر تقاضای مصرف کنندگان مختلف در زمان‌های مختلف رخ می‌دهد و از این رو تبادل و زمان بندی آسان‌تر و عملیات بهینه می‌باشد. پیامد دیگر ضریب تغیرات بالاتر این است که حداکثر تقاضای کل کمتر است. این امر باعث کاهش اندازه (ظرفیت) واحدهای مورد نیاز و همچنین کاهش هزینه تولید می‌شود.
به منظور افزایش ضریب تغیرات از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

• برنامه‌ریزی اوقات اداری با تفاوت‌های زمانی خاص (معروف به زمان بندی سرسام آور).
• استفاده از time zoneهای مختلف
• اعطای انگیزه به مصرف کنندگان خاص برای استفاده از برق در ساعات کم بار (مانند شب.)
• ذخیره سازی در روز
• استفاده از طرح‌های تعرفه دو بخشی

ضریب ظرفیت نیروگاه

این ضریب به عنوان “نسبت انرژی واقعی تولید شده در یک دوره زمانی معین به کل انرژی که می‌توانست در همان دوره زمانی تولید شود” تعریف می‌شود. اگر بازه زمانی را 1 روز در نظر بگیریم،

ضریب ظرفیت نیروگاه = کل خروجی کیلووات ساعت 1 روز / ظرفیت نیروگاه* 24

ضریب استفاده از نیروگاه

این ضریب به عنوان نسبت انرژی واقعی تولید شده (بر حسب کیلووات ساعت) در یک دوره زمانی معین به محصول ظرفیت نیروگاه و تعداد ساعاتی که نیروگاه در حال کار بوده است، تعریف می‌شود.

ضریب استفاده از نیروگاه = انرژی واقعی تولید شده (کیلووات ساعت) / [ظرفیت نیروگاه X مدت زمان (بر حسب ساعت) بهره برداری نیروگاه]

فرض کنید نیروگاه 100 مگاواتی پس از بهره برداری به مدت 2500 ساعت در سال، 50 × 106 کیلووات ساعت انرژی تولید می‌کند. پس، ضریب استفاده از نیروگاه = 50 x 106 / [100 x 103 x 2500]

بنابراین، ضریب مصرف نیروگاه = 0.2 = 20٪

برای تمرین می‌توانید مسئله زیر را حل کنید:

یک نیروگاه دارای بار متصل 40 مگاوات و حداکثر تقاضا 20 مگاوات است. 73.8 × 106 کیلووات ساعت انرژی در یک سال تولید می شود.  موارد زیر را محاسبه کنید:

[i] ضریب تقاضا، [ii] میانگین بار، [iii] ضریب بار

 

مرجع

Variable Loads On Power System

مطالب مرتبط

ماهیت برق

مقدار پیک، متوسط و موثر

انواع بار الکتریکی