بار الکتریکی در سیستم های توزیع انرژی

 

 بار الکتریکی در سیستم های توزیع انرژی

 

سیستم قدرت الکتریکی شامل تعداد زیادی عناصر به هم پیوسته است که در یک منطقه جغرافیایی وسیع جهت تولید و تغذیه قدرت الکتریکی به نقاط مختلف در حال کار می باشند. عموما تجهیزات تولید فقط در چند نیروگاه بزرگ متمرکز شده اند. سیستم توزیع قدرت از تجهیزات گوناگون زیادی تشکیل شده است که در تمام مناطق خدماتی بار، توزیع قدرت را برعهده دارند.

هر واحد سیستم توزیع باید بطور مناسبی جایابی شود تا تقاضای حومه را نیز پاسخگو باشد. طراح آتی سیستم عبارتست از تعیین ظرفیت و مكان تجهیزات از قبیل پست ها، خطوط انتقال تغذیه کننده آن ها، فیدرهایی که قدرت را از پست ها به تمامی مناطق خدماتی راهبری می کنند و هزاران وسیله دیگر که توانایی توزیع را تکمیل می نمایند. اولین گام در طراحی، پیش بینی تقاضای بار الکتریکی آتی و نیز جزئیات جغرافیایی است بگونه ای که بتوان اندازه و مکان تجهیزات را طراحی نمود.

نکته مهم در طراحی سیستم قدرت، حصول گسترش منظم و اقتصادی است که نیازهای آتی عامه را با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان مناسب برآورده سازد. عناصر سیستم تغذیه یعنی خطوط انتقال فرعی، پست ها و فیدرهای توزیع عموماً دارای ظرفیت هایی هستند که چندین مرتبه کوچکتر از بار کل سیستم می باشند.

طراحی چنین سیستمی عبارتست از تعيين اندازه های صحیح، مکان های مناسب، اتصالات پیوسته و زمان بندی جهت اضافه کردن تجهیزات در آینده. طراحی صحیح تجهیزات توزيع برای آینده به پیش بینی توزیع جغرافیایی تقاضای الکتریکی در آینده نیازمند است بطوری که تمایز بین ظرفیت های ممکنه، مکان ها و اتصالات قابل تغییر باشند.

کیفیت و دقت این پیش بینی تأثیر زیادی بر کیفیت طراحی سیستم تغذیه بعدی دارد. بنابراین روش های انجام چنین پیش بینی هایی موضوعی است که طی چند ساله اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است. طی دهه اخیر چندین روش کامپیوتری عملی و بحد کافی اتوماتیک برای استفاده در طراحی سیستم تغذیه ارائه شده است. در بسیاری از این روش ها، برای بهبود طراحی سیستم و تعیین یک طرح توسعه با هزینه کمینه از بهینه سازی استفاده گردیده است.

 

 

  • منطقه مورد پیش بینی و محدوده زمانی

اولین مرحله در پیش بینی بار، مشخص نمودن ناحیه ای است که بار آن ناحیه قرار است پیش بینی شود و نیز محدوده زمانی که این پیش بینی برای آن مدت زمان انجام می شود. ناحیه مورد نظر می تواند هر نوع منطقه ای اعم از مسکونی، تجارتی و یا صنعتی باشد. محدوده زمانی می تواند از یک تا پنج سال، پنج تا ده سال و یا ده تا سی سال باشد.

اکثر شرکت های برق قبلاً به منظور مشخص نمودن فصل تولید و مسیر خطوط فشار قوی انتقال خود، یک پیش بینی دراز مدت بار معمولاً حدود ۳۰ سال نیاز دارند. در آن زمان ممکن است جزئیات شبکه توزیع در نظر گرفته نشده باشد. پیش بینی بار تا ۵ تا ۱۰ سال آینده یک مدت رضایت بخش در جایابی محل پست ها و مسیر خطوط انتقال است. پیش بینی پنج ساله یک پیش بینی کوتاه مدت برای تعیین مسیرهای فیدرها و ظرفیت ترانسفورماتورهای مورد نیاز پست است.

 

 

  • منابع اطلاعات مورد استفاده در پیش بینی بار الکتریکی

اطلاعات مورد نیاز در پیش بینی بار از منابع زیر به دست می آید:

  • قرائت در پست

در بین منابع مورد استفاده در پیش بینی بار، قرائت بار در پست ها اهمیت دارد. اکثر شرکت های برق، قدرت خروجی پست را قرائت می کنند. برای محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور پست لازم است قرائت قدرت خروجی ترانسفورماتور در دست باشد. اگر چند ترانسفورماتور در پست باشند قدرت خروجی کل قرائت می شود. واحد به کار رفته در اینجا مقدار مصرف کیلو ولت آمپر در پست است. فیدرهای پست می توانند قرائت کننده مصرف نیز در هر خانه داشته باشند که بدین ترتیب می توان بار فازهای مختلف فیدرها را متعادل کرد. مقدار حداکثر بار فیدر بطور هفتگی و ماهانه اندازه گیری می شود.

کوچکتر از یک بودن ضریب فوق نشانه قرائت غیر صحیح در یکی از فیدرها است. واحد به کار رفته برای اندازه گیری کیلوولت آمپر مصرف در پست و نیز مقدار کیلو ولت آمپر مصرف در فیدر است.

 

 

  • فروش انرژی

نمودار فروش انرژی معمولاً یکی از مبانی اساسی در پیش بینی بار است. اطلاعات در مورد فروش انرژی معمولاً موجود و در دسترس می باشد و دقیقتر از اطلاعات به دست آمده از فایل های مصرف گذشته است و کمتر از فاکتورهایی نظیر وضع هوا تأثیر می پذیرد.

انرژی به عنوان وسیله ای برای کنترل اطلاعات بار به کار می رود. با استفاده از اطلاعات ضریب بار ماهانه موجود از فایل های گذشته و مقایسه مصرف انرژی و بار می توان هر گونه خطا را مشخص نمود. بعضی از پست های کوچکتر ممکن است قرائت کننده مصرف نداشته باشند که در این حالت از مصرف انرژی که معمولاً اندازه گیری شده و یا صورتحساب مشترکین به دست می آید. می توان با در نظر گرفتن ضریب بار مقدار بار روزانه، ماهانه یا سالانه حداکثر مورد نیاز را به دست آورد.

 

 

  • رشد بار الکتریکی مصرف کننده

اطلاعات رشد بار مصرف کننده، مستقیماً از فایل های اداره برق به دست می آید. این اطلاعات معمولاً بصورت تعداد مصرف کننده متصل با کلاس های مختلف مثلاً مسکونی، تجاری و غیره بیان می شود. برای یک ناحیه مشخص، رشد بار مسکونی بستگی مستقیم با رشد جمعیت دارد. در مقیاسی وسیعتر، رشد مصرف کننده های صنعتی و تجاری مستقیما به رشد جمعیت بستگی دارد.

 

 

  • رشد تولید

رشد تولید باید بر پایه رشد مصرف انجام گیرد. آمار صحیح از قدرت ترانسفورماتورهای موجود و طول خطوط، روند رشد تولید را نشان می دهد.

 

 

  • رشد جمعیت

آمار رشد جمعیت همراه با آمار مصرف به منظور تهیه یک رابطه برای پیش بینی رشد بار و در نتیجه پیش بینی بار آینده به کار می رود. پس از به دست آوردن اطلاعات پیش بینی کننده بار، یک سری اطلاعات از قبیل بار پست ها و بار فیدرها از فایل های موجود که لازم است بارهای آینده را پیش بینی کند، قبل از استفاده از مجموعه های اطلاعات خام، مورد نیاز است. اثر فاکتورهای مختلف از قبیل وضع هوا، شرایط اقتصادی، کنترل استفاده از زمین و غیره نیز باید در نظر گرفته شوند.

 

 

  • فاکتورهای مؤثر در پیش بینی بار الکتریکی

فاکتورهای ارائه شده زیر به منظور افزایش دقت پیش بینی بار باید در نظر گرفته شوند. وقتی اثر این فاکتورها را در پیش بینی بار مطالعه می کنیم وزن هر فاکتور را در تصحیح پیش بینی باید مشخص نماییم. زیاد بودن تعداد تغییرات باعث گیج شدن طراح می گردد.

 

 

  • رشد و کنترل جمعیت

رشد جمعیت باعث افزایش رشد انرژی الکتریکی مورد نیاز می گردد. فاکتورهای مؤثر در نرخ تغییر جمعیت به قرار زیر هستند:

تولد: یکی از فاکتورهای مؤثر در تغییر رشد بار است که محاسبه دقیق نرخ سالانه آن ممکن نیست زیرا به شدت تابع مناطق مختلف است.

مرگ: فاکتور دیگری است که نسبتا بسادگی قابل پیش بینی از روی آمار طول عمر منطقه است.

مهاجرت: که روی جمعيت ناحيه اثر دارد و تابع فاکتورهای دیگر نظیر سیاست مهاجرت در کشور، رشد اقتصادی منطقه و فاکتورهایی از این قبیل است.

 

 

  • اطلاعات محلی

سازمان ها و افراد می توانند اطلاعات خوبی درباره روند رشد بار در کوتاه مدت در منطقه ارائه دهند. آنها معمولاً اطلاعات موجود و آینده را برای منطقه خود دارند. اطلاعات دقیقتر از بعضی سازمان ها نظیر شهرداری ها قابل حصول است.

 

 

  • کنترل استفاده از زمین

طرز استفاده از زمین برای مصارف مختلف، شاخصی برای مقدار مصرف انرژی و در نتیجه مؤثر در پیش بینی بار منطقه است. بنابراین لازم است نقشه های توسعه شهرها و محل تأسیس مناطق پر مصرف قبلا مشخص شده باشد تا با توجه به این موارد چگالی بار مناطق مختلف مشخص شود.

 

 

  • فاکتورهای اقتصادی

فاکتورهای اقتصادی شامل فاکتورهای مربوط به اداره برق و فاکتورهای غیر مربوط به آن، روی مصرف انرژی تأثیر دارند و می توانند بعنوان شاخصی از مصرف در آینده به کار روند. مثلاً هزینه انرژی روی مقدار مصرف آن اثر دارد زیرا با افزایش هزینه انرژی، مصرف آن کاهش می یابد. از فاکتورهای غیر مرتبط با اداره برق می توان به درآمد متوسط یک جامعه و مسأله رقابت در فروش انرژی توسط شرکت های مختلف اشاره کرد.

 

 

  • استفاده از دیگر سوخت ها

هزینه برق نسبت به انرژی های دیگر نظیر گاز و نفت، در مقدار مصرف آن مؤثر است. این اثر مانند اثر هوا فصلی و تابع درجه حرارت محیط می باشد. مثلاً استفاده از برق برای گرمایش، بسته به فصول مختلف با موقعیت جغرافیائی کشور متفاوت است.

در آینده، حتما منابع انرژی دیگری نیز پیدا و جایگزین الکتریسیته خواهند شد. مثلاً استفاده از گرمای خورشید ممکن است مصرف الکتریسیته مناطق مسکونی و تجاری را کاهش دهد اگرچه معرفی اتومبیل های برقی ممکن است باعث افزایش مصرف الکتریسیته گردد. بنابراین لازم است یک بررسی دقیق از امکان استفاده از سوخت های مختلف برای اطمینان از پیش بینی بار صورت گیرد.

 

 

  • سیاست انرژی

سیاست انرژی، موضوعی با ابعاد وسیع است. این مسأله می تواند روی استفاده از سوخت محدودیت بگذارد و با روی قیمت سوخت خاصی اثر گذاشته با مقدار آن را محدود کند. سیاست های فوق معمولاً توسط دولت و در قالب قانون بیان می شوند. دلایل اعمال این سیاست ها، بهینه سازی مصرف انرژی بمنظور استفاده بهینه از منابع موجود، تشویق برای کشف منابع انرژی جدید و یا متأثر از روابط بین کشورهای مختلف است.

در این حالت، پیش بینی کننده بار باید حدس خود را برای منطقه مورد استفاده از نظر سیاست انرژی زا و بر آن اساس عمل کند. بدیهی است که یک بررسی تناوبی برای بازنگری به این سیاست لازم است.

 

 

  • وضع آب و هوا

آب و هوا معمولاً یکی از مؤثرترین فاکتورها در پیش بینی بار کوتاه مدت است که پیش بینی آن هم بسیار مشکل است. هوای سرد ممکن است باعث شود که پیش بینی ۲ یا ۳ سال هیچ رابطه ای با بار حقیقی نداشته باشد. بنابراین به عهده طراح گذاشته می شود که یک قضاوت از نقطه نظر محدوده تغییرات هوا داشته، یک حد بالا و پایین برای پیش بینی در نظر بگیرد. هوا اثر کمی روی پیش بینی طولانی مدت بار دارد چرا که در یک مدت طولانی، تعادل بین هوای سرد و ملایم وجود خواهد داشت.

 

 

  • قضاوت شخصی

قضاوت های شخصی با توجه به جزئیات در پیش بینی بار اهمیت دارد. این پیش بینی ها می تواند اطلاعات فایل های قبلی، روش های پیش بینی و اثر فاکتورهای مؤثر در پیش بینی باشد که بسته به منطقه و کشور مربوطه تعیین می گردند. دقت پیش بینی در هر مرحله تابع دو فاکتور تجربه پیش بینی کننده بار و روش های فنی به کار رفته می باشد.

فلوچارت شکل (۱) مراحل پیش بینی بار را نشان می دهد. ضریب فاکتورهای مؤثر در پیش بینی بار متناسب با نیازهای کشور، شهر و یا منطقه مربوطه تعیین می شوند.

راهنمای پیش بینی بار در شبکۀ توزیع

 

شکل (۱) راهنمای پیش بینی بار در شبکۀ توزیع

 

  • ضرایب مشخصه بار الکتریکی

میزان تأثیر و چگونگی ارتباط نوع بار با حداکثر تقاضای اندازه گیری شده برای یک ترانسفورماتور، فیدر و یا حتی منطقه وسیعتر، توسط ضرایبی بیان می گردد.

 

  • ضریب بار الکتریکی

ضریب بار عبارتست از متوسط توان مصرف شده در یک دوره معين تقسيم بر مقدار پیک بار اندازه گیری شده در همان پریود زمانی. به عبارت دیگر ضریب بار عبارتست از نسبت مقدار انرژی مصرف شده در یک دوره معین به مقدار انرژی مصرفی در صورتی که در طول آن مدت مقدار پیک مصرف می شد.

زمان T می تواند یک سال، یک فصل و یا هر مدت دلخواه باشد و با توجه به مقدار اندازه گیری شده انرژی که معمولاً برحسب kWh يا MWh است بر حسب ساعت بیان می شود.

 

  • ضریب همزمانی

ضریب همزمانی عبارتست از نسبت ماکزیمم تقاضای همزمان چند مشترک به مجموع ماکزیمم تقاضاهای هر یک از آن ها.

 

 

  • ضریب تلفات

ضریب تلفات عبارت است از نسبت متوسط تلفات به مقدار تلفات در زمان پیک.

 

 

  • ضریب توان

ضریب توان عبارت است از نسبت قدرت حقیقی مصرف شده به قدرت ظاهری مصرف شده.

 

 

 

مقالات مرتبط