اتوماسيون كنترل بانكهاي خازني درشبكه‌ توزيع

شركت برق آيداهو واقع در ايالت آيداهوي آمريكا، در سال 1996 برنامه‌اي را براي تصحيح ناكارايي جبران‌سازي توان راكتيو كه منجر به كاهش ولتاژ در سيستم توزيع شده بود، شروع كرد. ضمن اينكه در پيك مصرف، مشكل نگهداري حاشيه مطمئن توان راكتيو سيستم نيز وجود داشت. اگر چه جبران‌سازي بار راكتيو را به شيوه‌هاي مختلفي مثلاً درمحل توليد انرژي، با استفاده از كندانسورهاي سنكرون و يا در محل پستهاو در شبكه توزيع (با استفاده از بانكهاي خازني) مي‌توان انجام داد، اما بهترين شيوه براي جبران‌سازي بار راكتيو، استفاده از بانكهاي خازني در محل بار است.
هنگام استفاده از بانك‌هاي خازني توزيع، در اكثر اين موارد، عمل كنترل با استفاده از كليدهايي صورت مي‌گيرد كه بصورت دستي و با لحاظ كردن شرايط فصلي، خازنها را وارد يا از مدار خارج مي‌كنند. چنين كنترلي، موثر و كارا نيست زيرا در شرايط پيك بار، سيستم توزيع دچار كمبود توان راكتيو و در شرايط بار كم، دچار اضافه توان راكتيو مي شود. اگر چه بانك‌هاي خازني توزيع،تك‌تك و كوچك هستند اما اثر مجموع آنها بر سيستم قابل ملاحظه‌اي است. هدف از برنامه‌اي كه از سوي اداره طراحي توزيع ارايه شده بود، ابداع سيستمي در دل سيستم مديريت انرژي موجودبود كه در آن بانكهاي خازني در فيدرهاي توزيع با توجه به ميزان توان راكتيو مورد نياز در پست‌ها انتخاب شوند.
ايده اصلي شركت
Stellar Dynamics Inc براي كنترل خازن‌هاي توزيع، اندازه‌گيري مقادير توان راكتيو و اكتيو در سطح پست‌هاي توزيع و سپس ارسال دستورات مناسب به تجهيزات كنترلي مخصوص نصب شده روي هر بانك خازني توزيع است. تجهيزات لازم براي ارتباط كنترل‌كننده پست با سيستم ديسپاچينگ يعني الگوريتم كنترل ديناميك بانك‌هاي خازني توزيع
DCC(Distribution Capacitor Control)امكان استفاده بهينه سيستم‌هاي انتقال و توزيع را فراهم مي‌آورد.
DCC يك دستگاه كنترل است كه با حذف يا كاهش جزء راكتيو وبهبود ضريب قدرت، ظرفيت شبكه را بالا مي‌برد. با بهبود ضريب قدرت، جريان سيستم كم شده و سيستم امكان مي‌يابد تا بار بيشتري را تغذيه كند. اين مزيت به ويژه در مورد تجيهزاتي كه ممكن است تحت تاثير اضافه بار حرارتي قرار گيرند، اهميت پيدا مي‌كند. همچنين، بهبود ضريب قدرت به ژنراتور امكان مي‌دهد تا توان اكتيو بيشتري راتوليد كند. به علاوه در صورت پيش آمدن شرايط غيرعادي در محل خازنها، دستگاه DCC هشدارهاي لازم را صادر مي‌كند. ترانسفورماتور توزيع، نقطه كنترل طراحي شده دراين الگوريتم است.
در سال 1996، نخستين DCC در يك پست 7/12 كيلوولت سه فيدره در غرب بويس (Boise) در آيداهو كه مشكل توان راكتيو و افت ولتاژ داشت نصب شد. به عنوان بخشي از اتوماسيون خازني، تعداد 14 بانك خازني تحت كنترل قرار گرفتند. بخشي از اين بانك‌ها از قبل وجود داشته و تعدادي ديگر تازه نصب شده بودند تا توان راكتيو اضافي توليد كنند. بعد از نوسانات اوليه، سيستم آنچه را از آن انتظار مي‌رفت، عملي ساخت. جبران‌سازي كامل در پست توزيع در يك محدوده وسيع بار انجام گرفت.
اتوماسيون خازن در سال 1997 در 16 پست و در سال 1998 در 14 پست ديگر نيز اجرا شد. پست‌هايي كه در سال 1997، تحت اتوماسيون قرار گرفتند، از مدول ارتباطي HarrisD-10 براي ارتباط RTU استفاده مي‌كردند. اين مدول بصورت يك كنترل‌كننده خازن عمل مي‌كند. در سال 1998 در آيداهو، شركت برق اين ايالت، تصميم گرفت سيستم مدول ارتباطي HarrisD-20 را طوري تغيير دهد كه اين ترمينالها را قادر سازد تا توسط سيستم مدريت انرژي براي كارهايي غير از كنترل خازن نيز مورد استفاده قرار گيرند. اين كار باعث شد تا كنترل خازن بااضافه كردن يك نرم‌كننده ساده در پست‌هايي كه داراي مدول D-20 براي كنترل، نظارت و اخذ داده هستند، انجام پذيرد. شكل (1) نتيجه عملكرد يك DCC براي كنترل توان راكتيو را در پستي در ناحيه بويس نشان مي‌دهد.
قبل از نصب DCC، شكل موج بار راكتيو از تقاضاي بار اكتيو پيروي مي‌كرد. بعد از نصب، الگوريتم كنترل باعث شد تا شكل بار راكتيو نسبت به منحني بار اكتيو عكس شود كه اين موضوع باعث كاهش تلفات انتقال و بهبود رگولاسيون ولتاژ سيستم شود. هرچند با نصب خازن‌هاي ثابت نيز ممكن است چنين نتيجه‌اي حاصل شود اما با كار انجام شده، امكان تنظيم و كنترل در محدوده وسيعي از بارهاي فصلي به شكل بهتري فراهم مي‌شود. سيستم اتوماسيون خازني بدون دخالت انسان، توان راكتيو را در هر يك از پست‌ها با پله‌هاي كوچك كنترل مي‌كند به نحوي كه راندمان كل سيستم بالا مي‌رود. با نصب كنترل‌كننده بانك خازني در يك پست، يك مگاوار توان راكتيو پشتيبان در آن شبكه توزيع (شامل ترانسفورماتور و فيدرهاي مربوط به آن) بدست آمد. اين كار با استفاده موثر از خازن‌هاي موجود و بدون نصب خازن‌هاي اضافي انجام گرفته است. در بيشتر نواحي روستايي به خصوص آنها كه با شبكه‌هاي شعاعي تغذيه مي‌شوند، بهبود پروفيل ولتاژ باعث كاهش يا به تاخير افتادن بازسازي مي شود.
اتوماسيون خازني، زمان لازم براي كنترل دستي بانك‌هاي خازني در فيدرهاي طولاني را به نحو چشمگيري كاهش داده است.