وبلاگ

:
روش های عددی ابزاری بسیار مفید در شبیه سازی مسائل الكترومغناطیسی هستند. از این رو می توان به روش ممان، روش عنصر محدود و روش تفاضلات محدود در حوزة زمان به عنوان مهم ترین این روش ها اشاره كرد. روش عددی FDTD به دلیل قابلیت آن در شبیه سازی انواع شكل های پیچیده، بدون نیاز به حل ماتریس های بزرگ، معادلات غیر خطی و معادلات انتگرالی پیچیده، نسبت به سایر روش های ذكر شده از مزایایی برخوردار است. همچنین با استفاده از این روش می توان با یك بار اجرای برنامه، پاسخ فركانسی سیستم تحت بررسی را در باند وسیعی در اختیار داشت. به طور كلی می توان با یك بار اجرای برنامه، پاسخ فركانسی سیستم تحت بررسی را در اختیار داشت. به طور كلی می توان به مزایای این روش نسبت به سایر روش های عددی این چنین اشاره كرد.
1- این روش نیاز به حل معادلات انتگرالی ندارد و مسائل پیچیده بدون نیاز به معكوس سازی ماتریس های بزرگ قابل حل هستند.
2- این روش برای استفاده در ساختارهای پیچیده، غیر همگن هادی یا دی الكتریك ساده است، زیرا مقادیر ε، μ و σ در هر نقطه از شبكه قابل تعریف است.

3- نتایج حوزه فركانس با استفاده از نتایج حوزه زمان بسیار ساده تر از روش معكوس گیری از ماتریس به دست می آیند. بنابراین نتایج باند وسیع فركانسی به راحتی محاسبه می شوند.
4- این روش موجب استفاده از حافظه به صورت ترتیبی می شود. اما این روش دارای معایبی نیز هست كه عبارتند از:
1- مش بندی اجسام پیچیده دشوار است.
2- از آن جایی كه شبكه به شكل چهار گوش است، مسائل با سطوح منحنی را در بر نمی گیرد و در مدل سازی آن با این روش با خطا مواجه خواهیم شد.
3- در الگوریتم های تفاضل محدود، مقادیر میدان ها فقط در گره های شبكه مشخص است.
4- برای دست یابی به دقت بالا در محاسبات، نیاز به اجرای برنامه در تعداد گام زمانی زیاد است كه سبب كندتر شدن اجرای برنامه می شود.
چند دلیل افزایش علاقه مندی به استفاده از FDTD و روش های حل محاسباتی مربوطه اش برای معادلات ماكسول وجود دارد.
1- FDTD از جبر غیر خطی استفاده می كند. با یك محاسبة كاملاً ساده، FDTD از مشكلات جبر خطی كه اندازه معادله انتگرالی حوزه فركانس و مدل های الكترومغناطیسی عنصر محدود را به كمتر از 106 میدان نامشخص الكترومغناطیسی محدود می كند؛ اجتناب می كند. مدل های FDTD با 109 میدان ناشناخته، اجرا می شوند.
2- FDTD دقیق و عملی می باشد. منابع خطا در محاسبات FDTD به خوبی شناخته شده اند و این خطاها می توانند محدود شوند به گونه ای كه مدل های دقیقی را برای انواع مسائل عكس العمل موج الكترومغناطیسی فراهم كنند.
3- FDTD طبیعتاً رفتار ضربه ای دارد. تكنیك حوزة زمان باعث می شود تا FDTD به طور مستقیم پاسخ ضربه یك سیستم الكترومغناطیسی را محاسبه كند. بنابراین شبیه سازی FDTD می تواند شكل موج های زمانی بسیار پهن باند یا پاسخ های پایدار سینوسی را در هر فركانسی در طیف تحریك فراهم كند.
4- FDTD طبیعتاً رفتار غیر خطی دارد. با استفاده از تكنیك حوزه زمان، FDTD پاسخ غیر خطی یك سیستم الكترومغناطیسی را محاسبه می كند.
5- FDTD یك روش سیستماتیك می باشد. با FDTD می توان به جای استفاده از معادلات انتگرالی پیچیده از تولید مش برای مشخص كردن مدل یك ساختار جدید استفاده نمود. به عنوان مثال FDTD نیازی به محاسبه توابع گرین مربوط به ساختار مورد نظر ندارد.
6- ظرفیت حافظة كامپیوتر به سرعت در حال افزایش است. در حالی كه این روش به طور مثبت تمام تكنیك های عددی را تحت تاثیر قرار می دهد، این از مزیت های روش FDTD است كه گسسته سازی مكانی را روی یك حجم انجام می دهد، بنابراین نیاز به RAM بسیار زیادی دارد.
7- توانایی مصور سازی كامپیوترها به سرعت در حال افزایش است. در حالی كه این روش به طور مثبت تمام تكنیك های عددی را تحت تاثیر قرار می دهد. این از مزیت های روش FDTD است كه آرایه گام های زمانی از مقادیر میدان را برای استفاده در ویدئو های رنگی برای نمایش حركت میدان مناسب می سازد.

برنامه ریزی توسعه تولید به عنوان یکی از مهمترین مسائل مطرح در حوزه مطالعات سیستم قدرت، در شکل تاریخی و مبتنی بر انحصار خود به معنی تعیین و نوع زمان بهره برداری از نیروگاه های جدید در جهت تأمین بار پیش بینی شده سیستم با کمترین هزینه، همراه با حفظ سطح معینی از اطمینان پذیری در یک افق زمانی درازمدت بوده است. در این مسیر، برنامه ریزان با بهره گیری از روش های گوناگون پیش بینی و بهینه سازی، همواره می کوشیدند تا با فراهم آوردن منابع تولید نیروی جدید، از هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری از سیستم تا حد امکان بکاهند و میان این هزینه ها و اطمینان پذیری یکنواخت در کل سیستم موازنه برقرار کنند. بدیهی است که این صورت مسأله، مستلزم روند برنامه ریزی و بهره برداری یکپارچه و مجتمع در قلمرو انحصاری سیستم خواهد بود. بر همین اساس است که برنامه ریزی توسعه تولید به عنوان یک مسأله بهینه سازی بزرگ و غیرخطی در حوزه مطالعات سیستم قدرت به تدریج شکل می گیرد و گرداگرد خود مجموعه گسترده ای از مدل ها، روش ها، ایده ها و قیود را پدید می آورد.
طبیعت بلندمدت برنامه ریزی توسعه تولید، حضور و بروز پارامترهای مبهم و نامعلوم مربوط به آینده را در آن اجتناب ناپذیر می کند. بر

 همین اساس، مطالعات با روندی سریع به سمت افزودن بر دقت پیش بینی ها و ابداع روش های نوینی هدایت می شود که امکان انعطاف پذیری لازم را برای نتایج حاصل از روندهای برنامه ریزی فراهم آورد. با این وجود، ناباوری نسبت به آینده بر نگرانی تصمیم گیران می افزاید و آنان را وادار به تصمیم گیری های محتاطانه می کند.

نتیجه نهایی این برنامه ریزی های محافظه کارانه که بر ساختار انحصاری صنعت مبتنی است در کشورهای توسعه یافته و ثروتمند، فراهم آمدن صنعتی گران قیمت و بزرگ با برخورداری از افزونگی تولید است. اما صنعت برق در کشورهای در حال توسعه دارای وضعیتی کاملا متفاوت است. ناکارآمدی تولید، افزایش سرسام آور هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری که بر دولت ها تحمیل می شود و گهگاه از عهده آن بر نمی آیند و رشد سریع تقاضا برای انرژی، صنعت را در بسیاری از این کشورها در معرض فروپاشی قرار می دهد.
اما، فناوری همچنان در حال پیشرفت است. سال به سال، نیروگاه های بزرگتر با بازده بیشتر و هزینه کمتر وارد مدار می شوند و انگیزه های حفظ ساختار انحصاری را افزایش می دهند، چرا که ساخت نیروگاه های بزرگ نیازمند سرمایه های کلان است. گرچه در پایان این مسیر نیروگاه های بزرگ و پر بازده به راندمانی نزدیک به مقدار نظری بیشینه خود می رسند، اما فناوری در این مرز نمی ایستد. با طراحی و ساخت نیروگاه های گازی، یعنی موتورهای جتی که برای تولید برق اصلاح شده اند، روند پیشرفت فناوری شتاب می گیرد و با توسعه نیروگاه های سیکل ترکیبی، که تلف انرژی را نیز به انرژی مفید تبدیل می کنند، این روند به اوج می رسد. این نیروگاه ها علاوه بر بازده فوق العاده، از امتیازات دیگری نیز برخوردارند. آنها کوچکترند، نصب آنها ساده تر و سریع تر است، آلایندگی کمتری دارند و هزینه های سرمایه گذاری و تولید با آنها کمتر است. به این ترتیب دلایل محکم ساخت و بهره برداری از نیروگاه های بزرگ، یکی پس از دیگری از میان می روند. اکنون، ساختار انحصاری و قانونمند که در حمایت از مصرف کننده، عاملی اساسی به شمار می رفت، به تدریج کارکردی در تضاد با ایده نخستین خود پیدا می کند و به ابزاری در جهت حمایت از انحصارگران ناکارآمد تبدیل می شود. آرام آرام، ایده رقابت در صنعت متولد می شود.
دولت ها برای بهبود کارآمدی و افزایش بهره وری به فروش نیروگاه های تحت مالکیت خود اقدام می کنند. شرکت های یکپارچه عمودی، به چندپاره تقسیم می شوند. مقدمات قانونی و ترتیبات مالی و اقتصادی برای بهره برداری عادلانه از سیستم انتقال برای همه فراهم می شود و به تدریج بازارهایی برای خرید و فروش نیروی برق شکل می گیرند که مبنای کارکردی آنها قانون اقتصادی عرضه و تقاضا و نه معیارهای فنی است. با این وجود، مشکلات و مسائل جدید یکی پس از دیگری رخ می نمایند و پژوهشگران را به چالش می کشند. نیروی برق را نمی توان ذخیره کرد و باید آن را درست در لحظه تولید به مصرف رسانید. همین حقیقتی که به نظر ساده می رسد، باعث افزایش پیچیدگی در بازارهای برق می شود. ساختارهای گوناگونی برای بازار پیشنهاد می شود و همه می کوشند تا ثباتی که برای برنامه ریزی ضروری است در قیمت ها پدید آید، ولی رسیدن به این ثبات چندان ساده نیست. بهای انرژی الکتریکی، ساعت به ساعت و روز به روز شکلی که تصادفی به نظر می رسد، در حال تغییر است و تخصیص درست و عادلانه منابع تولید میان مشتریان به عنوان نخستین چالش مهم فراروی نهادهای مدیریت و قانون گذار صنعت، خودنمایی می کند. به تدریج و با افزایش تقاضای انرژی که ناشی از رشد اقتصادی است، افزونگی نخستین تولید نسبت به مصرف از بین می رود و آرام آرام چالش جدی تری مدیریت صنعت را نگران می کند: فراهم آوردن منابع تولید مورد نیاز برای تأمین درازمدت انرژی.

در استفاده از مالتی پلکس تقسیم زمانی، نرخهای انتقالی که معمولاً استفاده می شوند 2/5، 10، 40 گیگابیت برثانیه اند. اما مدارات الکترونیکی که انتقال با چنین نرخ هایی را محقق می کنند ضمن پیچیدگی گران نیز هستند. به علاوه برخی مسائل تکنیکی نیز کاربرد این روش را محدود می کند به عنوان نمونه میزان تاثیر پاشندگی رنگی در نرخ بیت 10 گیگابیت برثانیه شانزده بار بیشتر از نرخ بیت 2/5 گیگابیت برثانیه است. همچنین مقادیر بزرگتر توان انتقال که برای نرخ بیت های بیشتر لازم است سبب بروز آثار غیر خطی می شوند که برکیفیت شکل سیگنال تاثیرمی گذارد. پاشندگی مد پلاریزاسیون نیزمسافتی را که نور قادر است بدون خراب شدن طی کند محدود میکند. بنابراین روش دیگر برای افزایش ظرفیت آن است که چندین کانال با طول موجهای مختلف را در کنار هم قرار داده به طور همزمان برروی یک فیبر منتقل کنیم. این روش که تحت عنوان مالتی پلکس تقسیم طول موج شناخته می شود ما را قادر خواهد ساخت که تعدادی زیادی کانالهای بانرخ بیت 2/5 تا 40 گیگابیت بر ثانیه را به یکباره به وسیله یک فیبر انتقال دهیم.
هدف ما در این متن آشنایی با قطعات مختلفی است که در این سیستمها استفاده می شوند. در این راستا ضمن آشنایی با اصول عملکرد هر قطعه مشخصات اصلی و نیز ساختارهای مختلف آنها را بیان می کنیم. این قطعات شامل لیزر، قفل کننده طول موج، مدولاتور، ترانسپوندر، اینترلیور، مالتی پلکسر / دی مالتی پلکسر، فیبر، کوپلر، تقویت کننده، ایزولاتور، سیرولاتور، سوییچ، تبدیل کننده طول موج، فیلتر، تضعیف کننده و آشکارساز هستند.
فصل اول:
1-1) فیبر نوری
فیبر نوری عمل هدایت امواج نور را باحداقل تضعیف انجام می دهد. فیبر نوری شامل هسته ای شیشه ای است که به طور کامل به وسیله یک پوشش شیشه ای با ضریب شکست کمتر احاطه شده است. شیشه ها با عناصر آلاینده مشخصی مخلوط می شوند و به این ترتیب است

 که ضرایب شکست آنها تنظیم می شود. فیبر شیشه ای قابلیت انتقال نور را با سرعتی حدود دو سوم آن درخلا را داراست. انتقال نور در فیبر نوری براساس اصل بازتابش کلی داخلی صورت می گیرد. بسته به زاویه تابش نور به فصل مشترک دو ماده با ضرایب شکست مختلف مقداری از نور منعکس می شود و بقیه در عبور به محیط دوم شکست می یابد.

بازتابش کلی وقتی صورت میگیرد که پرتوها از ماده ای باضریب شکست بیشتر به ماده ای با ضریب شکست کمتر تابیده شوند و زاویه تابش بیشتر از زاویه بحرانی باشد. زاویه بحرانی زاویه تابشی است که به ازای آن زاویه شکست نور در محیط دوم 90 درجه است. هسته نسبت به پوشش ضریب شکست بزرگتری دارد ولذا پرتوهایی که با زاویه بیشتر از زاویه بحرانی به فصل مشترک برخورد می کنند انعکاس می یابند. چنانچه پرتویی چنین شرطی را برآورده نکند، شکست می یابد با کنترل زاویه ای که نور به داخل فیبر تابانده می شود شرط زاویه بحرانی برآورده می شود.
2-1) فیبر چند مد و تک مد
فیبرهای نوری به دوگروه چند مد و تک مد تقسیم می شوند. فیبرهای چند مد شامل دو دسته فیبرهای با ضریب شکست پله ای و فیبرهای با ضریب شکست تدریجی هستند. در فیبر با ضریب شکست پله ای مقدار ضریب شکست در کل هسته، یکنواخت است و در مرز هسته و غلاف به طور ناگهانی تغییر می کند. توجه به این نکته حائز اهمیت است که دو مد باید مسافتهای مختلفی را برای رسیدن به انتهای فیبر طی کنند. اختلاف زمان رسیدن پرتوهای نور به انتهای فیبر تحت عنوان پاشندگی مدی شناخته می شود و با افزایش مسافت انتشار افزایش می یابد. این پدیده موجب کیفیت نامطلوب سیگنال درگیرنده شده و در نهایت مسافت انتقال را محدود می کند. همین مساله دلیل عدم استفاده از فیبرهای چند مد در فواصل طولانی است.
به منظور جبران ویژگی نامطلوب فیبر چند مد با ضریب شکست پله ای فیبرهای باضریب شکست تدریجی ساخته شدند. در این فیبرها ضریب شکسته هسته به طور تدریجی ازمرکز هسته به سمت بیرون کاهش می یابد و لذا نوری که در نزدیکی مرکز هسته منتشر می شود ضریب شکست بزرگتری را نسبت به نوری که دورتر از مرکز حرکت می کند می بیند. به این ترتیب نوری که مسیر کوتاهتری را می پیماید آهسته تر از نور طی کننده مسیر طولانی تر حرکت میکند و همه پرتوها در مدت زمانی تقریباً یکسان به مقصد رسیده پاشندگی مدی کاهش می یابد. پس نور در فیبر با ضریب شکست تدریجی مسیری منحنی شکل را طی می کند.
گروه دوم فیبرهای نوری یعنی فیبرهای تک مد دارای قطر هسته به مراتب کوچکتر از فیبرهای چند مد هستند و فقط یک مد نوری در داخل هسته منتشرمی شود. بنابراین کیفیت سیگنال به نحو بهتری در طی مسافات طولانی حفظ میشود و پاشندگی مدی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این عوامل منجر به ظرفیت پهنای باند بیشتر نسبت به فیبرها چند مد به دلیل ظرفیت زیاد حمل اطلاعات و تلفات ذاتی کم، برای کاربردهای با مسافات طولانی و پهنای باند زیاد نظیر WDM ارجمند.
انتقال نور در فیبرهای نوری با چندین چالش همراه است که باید مدنظر قرارداده شوند. این چالشها عبارتند از تضعیف یا به عبارتی کاهش شدت سیگنال یا تلفات توان نوری در حین انتشار در فیبر، پاشندگی یاپهن شدگی پالسهای نوری در طی حرکت آنها در طول فیبر، آثار غیرخطی یا آثار انباشته شونده ناشی از برهم کنش نور باماده ای که نور د رآن منتشر می شود که نتیجه اش تغییرات امواج نوری و بر هم کنش بین آنهاست.

:
پوشش های گنبدی شكل آنتن رادار، آنتن ها را در معرض عوامل محیطی حفاظت می كنند. این پوششها با در نظر گرفتن مشخصه های آیرودینامیك، حرارتی و ساختمانی می بایست یك واسطه مناسب برای بدست آوردن عملكرد الكتریكی مورد نیاز باشند. به عبارت دیگر در حالت ایده آل radome ها ضمن آنكه بایست تمام نیازها را تامین نمایند نباید مشخصات عملكرد الكتریكی آنتن را كاهش دهند. مواردی كه در مشخصات الكتریكی كاركرد یك محفظه مورد توجه هستند عبارتند از: میزان شكست پرتو، انحراف پترن تلف انتقال و قدرت انعكاس یافته بدلیل حضور radome.
یک radome در معرض فشارهای حرارتی و بارهای هوائی محیط اطرافش قرار می گیرد. فاكتورهائی نظیر باران، یخ، برف، تگرگ و ارتعاش بر ساختار و عملكرد الكتریكی محفظه تاثیرگذارند.
Radome ها در دو دسته عمومی تقسیم بندی می شوند. محفظه های هوائی و محفظه های زمینی و دریائی. سطح مقطع محفظه ها نیز بدین صورت طبقه بندی می شوند: تك لایه های یكنواخت A,B,C sandwich، دی الكتریك های فلزاندود شده و سازه های فضائی.
آنچه در پی خواهد آمد بررسی انواع محفظه ها و سطح مقاطع موجود و عوامل و شرائط الكتریكی و محیطی در كاهش یا بهینه سازی عملكرد آنتن رادار است تا با وجود آنها كارآئی آنتن رادار تحت تاثیر قرار نگیرد.

فصل اول: آشنائی با Radome

1-1- تعریف Radome و عملکرد آن
پوشش های گنبدی شكل آنتن رادار، آنتن ها را از معرض عوامل محیطی حفاظت می كنند. علاوه بر این با در نظر گرفتن مشخصه های آیرودینامیك، حرارتی و ساختمانی radome یك واسطه مناسب برای بدست آوردن عملكرد الكتریكی مورد نیاز می باشد. در حالت ایده آل radome ضمن آنكه تمام نیازها را تامین می نماید نباید مشخصات عملكرد الكتریكی آنتن را كاهش دهد. در عمل، عملكرد الكتریكی radome نمی تواند حداكثر باشد چرا كه باید حداقل نیازهای سایر موارد نیز برآورده شود.
ملاحظات الكتریكی
معمولا مشخصات الكتریكی كاركرد یك radome براساس موارد زیر محاسبه می گردد:
– میزان شكست پرتو
– انحراف پترن
– تلف انتقال
– قدرت منعكس شده كه بدلیل حضور radome ایجاد می شود.
در كاربردهای اصلی، اثرات افزایش نویز حرارتی سیستم و عدم پلاریزاسیون نیز مهم می باشند. انتقال محور الكتریكی لوپ اصلی بدلیل حضور radome، انحراف پرتو یا خطاهای دهانه دید boresight را پدید می آورد. انحراف پرتو در چاوش مخروطی و آنتهاس منوپالس، از انتقال نقطه Crossover به موقعیت مشابه آن در عدم حضور radome پدید می آید.
افت انتقال برابر با میزان انرژی از دست داده شده بدلیل انعكاس و جذب می باشد. در برخی موارد تغییرات فاز بوسیله radome كه به افت گین آنتن كمك می كند، مطرح می گردد. اثر اولیه افت انتقال، كاهش حداكثر برد مفید رادار است.
با ملاحظه معادله برد رادار مشخص می گردد حداكثر برد برای آشكار نمودن یك هدف مشخص، به طور مستقیم متناسب با ریشه مجذور ضریب انتقال قدرت radome می باشد. بنابراین اگر ضریب انتقال قدرت radome، 85 درصد باشد، حداكثر برد آشكار سازی 92 درصد مقدار آن در نبود radome خواهد بود.
امكان دارد انحراف پترن كه بوسیله radome پدید می آید، تغییراتی را در پهنای پرتو بیم اصلی كاهش عمق نقاط صفر (null depths) و افزایش ساختار لوپ جانبی پدید آورد.
برای آنتن های منوپالس، نولهای محور دید دهانه boresight به طور ناتمام تكمیل خواهد شد. اگر قدرت منعكس شده توسط radome بیش از ندازه باشد، ممكن است تغییر فركانس ماگنترون پدید آید و همچنین ممكن است باعث تنزل پترن ها با شكل مخصوص پرتو و افزایش سطوح لوپ جانبی گردد. در كاربردهای اصلی نظیر آنتن های نوع دوپلر cw حتی مقادیر كم قدرت برگشتی (منعكس شده) به آنتن موجب مشكلاتی خواهد شد. انرژی جذب شده توسط radome بر مشخصات انتقال آن تاثیر می گذارد. ضمن آنكه توان جذب شده نویز حرارتی سیستم را افزایش داده و اگر معیاری با اهمیت است باید مورد ملاحظه قرار گیرد.
وقتی كه رادار سطوح دارای توان بالا را منتقل می كند، ممكن است انرژی جذب شده توسط radome، حرارت دیواره آن را تا حدی افزایش دهد كه مشخصات ساختاری آن به طور جدی تنزل پیدا كند.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشكده تحصیلات تكمیلی

“M.Sc” سمینار برای دریافت درجه كارشناسی ارشد

مهندسی برق – قدرت

عنوان:

بررسی تاثیر اتوماسیون شبكه توزیع بر بهبود قابلیت اطمینان

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چكیده:
در شرایطی كه شركتهای توزیع، به عنوان زیرمجموعه سیستم قدرت، در حال تجدید ساختار از مدل سنتی و یكپارچه عمودی هستند، طراحیها و نحوه بهرهبرداری شبكه سختتر خواهد شد. چرا كه بقاء شركت در فضای جدید رقابتی مستلزم اجرای توابع و طرح هایی است، كه

 پاسخگوی توام نیازهای فنی و اقتصادی باشد.

در چنین فضایی، تبادل اطلاعات بصورت برخط، كنترل از راه دور و مدیریت پر بازده سیستم برای شركتهای برق بسیار حیاتی و اجتناب ناپذیر شده است. با در نظر گرفتن ابعاد گسترده جغرافیایی شبكه، تحقق این امر تنها با بهره گیری از فن آوری اطلاعات، كامپیوترها و تكنولوژی مخابراتی پر سرعت امكانپذیر میشود. به این سیستم پایش (مانیتورینگ) و كنترل شبكه توزیع، اتوماسیون شبكه توزیع میگویند.
در این مطالعه اثر اتوماسیون توزیع بر بهبود قابلیت اطمینان شبكه توزیع مورد بررسی قرار میگیرد . در ابتدا مفاهیم و تاریخچه تكامل اتوماسیون بیان شده و با معرفی توابع مختلف اتوماسیون وارد موضوع می شویم (فصل اول و دوم). سپس، در فصل سوم، تكنولوژیهای مخابراتی متداول در بحث اتوماسیون توزیع با هم مقایسه شده و اثر آن بر قابلیت اطمینان شبكه مطالعه میشود. فصل چهارم تا ششم سطوح مختلف اتوماسیون شامل اتوماسیون در سطح پست تا مشتری را بررسی كرده و توابع هریك را معرفی میكند. فصل هفتم شامل ارزیابیهای امكانسنجی در مطالعات اتوماسیون توزیع است، و در نهایت تعامل انسان با اتوماسیون به عنوان زیرمجموعهای از شبكههای هوشمند آینده در فصل هشتم مورد بررسی قرار میگیرد.
فصل اول: كلیات
1- معرفی
شبكه توزیع انرژی الكتریكی بعنوان آخرین و گسترده ترین بخش شبكه قدرت، اهمیت و جایگاه ویژه ای در برق رسانی به مشتركین دارد. امروزه در شركتهای برق سراسر دنیا، بهره گیری از سیستمهای مانیتورینگ كامپیوتری شبكه به منظور كنترل و مدیریت صحیح و پربازده، به سرعت رو به افزایش است. به این دلیل، تحقیقات و طراحیهای وسیع با محوریت اتوماسیون شبكه توزیع و با بهره گیری از آخرین پیشرفتها در فضای فن آوری اطلاعات (IT) و سیستمهای مخابرات داده، در حال مطالعه و اجراست.
شركتهای برق در سراسر جهان به مشكلات ناشی از سیستمهای قدرت یكپارچه سنتی پی برده و لذا به سمت مدل خصوصی سازی شامل شركتهای تولید (GENCO)، شركتهای انتقال (TRANSCO)، شركتهای توزیع (DISCO) و شركتهای خدمات انرژی (ESCO)، پیش میروند. در آینده، بسیاری از شركتهای توزیع، قراردادهای شخص ثالث تنظیم میكنند تا به این ترتیب توان را بصورت كلان از شركتهای تولید و شركتهای انتقال به دستگاه های اندازه گیری (ESCOها) منتقل كنند. از طرف دیگر چرخه های خرده فروشی هم با اتصال ژنراتورهای كوچك به شبكه توزیع، انرژی الكتریكی را بصورت مستقیم به مشترك می فروشند. در این شرایط علاوه بر سخت و پیچیده شدن طراحی ها و نحوه بهره برداری شبكه، شركتهای توزیع برای بقا در فضای جدید رقابتی، ناگزیر به اجرای توابع و طرحهایی میشوند، كه پاسخگوی توام نیازهای فنی و اقتصادی باشد.
در چنین فضایی، تبادل اطلاعات بصورت برخط، كنترل از راه دور و مدیریت پر بازده سیستم برای شركتهای برق بسیار حیاتی و اجتناب ناپذیر شده است. با در نظر گرفتن ابعاد گسترده جغرافیایی شبكه، تحقق این امر تنها با بهره گیری از فن آوری اطلاعات، كامپیوترها و تكنولوژی مخابراتی پر سرعت امكانپذیر میشود. به این سیستم پایش (مانیتورینگ) و كنترل شبكه توزیع، اتوماسیون شبكه توزیع میگویند. مطابق تعریف موسسه مهندسی برق و الكترونیك (IEEE)، اتوماسیون توزیع سیستمی است كه امكان پایش، هماهنگی و بهره برداری اجزاء شبكه را بصورت بلادرنگ و از راه دور فراهم میكند.
1-1- تاریخچه و دورنمای اتوماسیون
مفهوم اتوماسیون توزیع به دهه 1970 بر میگردد. در آن زمان، انگیزه اصلی تحقق چنین سیستمی، استفاده از كامپیوترهای تكامل یافته و فن آوری مخابراتی برای بهبود بهره برداری از شبكه توزیع بود. از آن به بعد، اتوماسیون با افزایش مانیتورینگ، كنترل و مخابرات در شبكه توزیع رشد كرد. همچنین تكامل سیستم اسكادا، بعد از پایش شبكه تولید و انتقال در سیستم توزیع، به توسعه فرآیند اتوماسیون توزیع كمك كرد.
در دهه 1970 چندین پروژه پایلوت كوچك توسط تعداد محدودی از شركتهای برق، برای آزمایش مفهوم اتوماسیون توزیع انجام شد و در دهه 1980 این پروژهها بیشتر توسعه یافتند. با پیشرفت تكنولوژی در دهه 1990، چندین پروژه كلان اتوماسیون و تعداد زیادی پروژه های كوچك توسط شركتهای مختلف تحقق یافتند.
عدم قطعیت در كسب و كار به سبب تجدید ساختار و مقررات زدایی در صنعت برق، موجب كندی تحقق اتوماسیون در مقیاس وسیع شد. به همین علت فلسفه كلی اتوماسیون زیر سوال رفت. در واقع زمان آن رسیده است كه به جای اجرای پروژههای كلان، انتخاب پروژه ها و توابع اتوماسیون توزیع مبتنی بر نیاز شبكه بنا شود. بعلاوه با تحقق اتوماسیون مبتنی بر نیاز، مدیریت شبكه هم سادهتر خواهد شد. پس از اجرای كامل تجدید ساختار و مقررات زدایی، فعالیتهای در بر گیرنده اتوماسیون توزیع به سرعت افزایش خواهد یافت چرا كه بستری برای تحقق كنترل انعطاف پذیر شبكه، افزایش قابلیت اطمینان و بهبود كیفیت توان
فراهم خواهد شد. علاوه بر این، تحقق اتوماسیون در شبكه توزیع منافع ناملموس، نظیر افزایش عمر مفید تجهیزات را هم بدنبال دارد، كه این موارد در فصلهای بعدی به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.