مقدمه

فصل اول – شرحي بر پخش بار .

 1- پخش بار

2- شين مرجع يا شناور

3- شين بار

4- شين ولتاژ کنترل شده

5- شين نيروگاهي

6- شين انتقال

فصل دوم – محاسبات رياضي نرم افزار

1- حل معادلات جبري غير خطي به روش نيوتن-رافسون

2- روشي براي وارون کردن ماتريس ژاکوبين

فصل سوم – معادلات حل پخش بار به روش نيوتن-رافسون

1- حل پخش بار به روش نيوتن – رافسون

فصل چهارم – تعيين الگوريتم کلي برنامه

1- الگوريتم کلي برنامه

2- الگوريتم دريافت اطلاعات در ورودي

3- الگوريتم محاسبه ماتريس ژاکوبين

4- الگوريتم مربوط به وارون ژاکوبين

5- الگوريتم مربطو به محاسبه

6- الگوريتم مربوط به محاسبه ماتريس

7-الگوريتم مربوط به ضرب وارون ژاکوبين در ماتريس

8- الگوريتم مربوط به محاسبه

9- الگوريتم تست شرط

10- الگوريتم مربوط به چاپ جوابهاي مسئله در خروجي

فصل پنجم – مروري بر دستورات برنامه نويسي C++

1- انواع داده

2- متغيرها

33- تعريف متغير

4- مقدار دادن به متغير

5- عملگرها

6- عملگرهاي محاسباتي

7- عملگرهاي رابطه‌اي

8- عملگرهاي منطقي

9- عملگر Sizcof

10- ساختار تکرار for

11- ساختارتکرار While

12- ساختار تکرار do … While

13- ساختار تصميم if

14- تابع Printf ( )

15- تابع Scanf ( )

16- تابع getch ( )

17- اشاره‌گرها

18- متغيرهاي پويا

19- تخصيص حافظه پويا

20- برگرداندن حافظه به سيستم

21- توابع

22- تابع چگونه کار مي‌کند

فصل ششم – تشريح و نحوي عملکرد برنامه

فصل هفتم – نرم افزار

با سپاس به درگاه حضرت حق ، که دانش را باب معرفت و معرفت را باب کمال آفريد. مي‌ستايم او را که بهترين دانايان است. مي‌خوانم او را که تنها ياري دهنده بندگان است. يگانه خالقي که چنان مي‌آفريند که ادراک از درکش عاجز مي‌ماند. پروردگارا تو را سپاس مي‌گويم که زره‌اي از بي‌کران دانش خود را بر من نمودي ، تا در اين راه تو را بهتر بشناسم. اميد آن دارم که همواره تنها ياورم باشي و درهاي جديدي از معرفت خويش را بر من باز نمايي. سپاس و قدرداني مي‌کنم از پدر و مادر عزيزم که سالها مرا ياري کردند و همواره مشوق من به راه دانستن بودند. و تشکر مي‌کنم از همه استاتيدي که دانش و تجربه سالهاي عمر خود را براي من هزينه کردند تا بدانم آنچرا که نمي‌دانم. اميدوارم همواره بتوان قدردان زحمات همه کساني که مرا ياري کردند باشم. ان‌شاءالله.

تابستان 85

محمد رضا راژ

مقدمه :

بي شک صنعت برق مهمترين و حساسترين صنايع در هر کشور محسوب مي‌شود. بطوريکه عملکرد نادرست توليد کننده‌ها و سيستم‌هاي قدرت موجب فلج شدن ساختار صنعتي ، اقتصادي ، اجتماعي و حتي سپاسي در آن جامعه خواهد شد. از زمانيکه برق کشف و تجهيزات برقي اختراع شدند. تکنولوژي با سرعت تساعدي در جهت پيشرفت شتاب گرفت. بطوريکه مي‌توان گفت در حدود دويست سال اخير نود درصد از پيشرفت جامع بشري به وقوع پيوست. و شايد روزي يا هفته‌اي نباشد که دانشمندان سراسر جهان مطلب جديدي در يکي از گراشيهاي علم برق کشف و عنوان نکنند. و انسان قرن بيست و يکم بخش قابل توجه‌اي از آسايش رفاه خود را مديون حرکت الکترونها مي‌باشد. و دانشمندان در اين عرصه انسانهاي سختکوش بودند که همه تلاش خود را براي افراد راحت طلب بکار بستند.

در آغاز شکل گيري شبکه‌هاي برقي ، مولدها ، برق را بصورت جريان مستقيم توليد مي‌کردند و در مساحتهاي محدود و کوچک از آنها بهره‌مند مي‌شد. و اين شبکه‌ها بصورت کوچک و محدود استفاده مي‌شد. با افزايش تقاضا در زمينه استفاده از انرژي الکتريکي ديگر اين  شبکه‌هاي کوچک پاسخگوي نياز مصرف کننده‌ها نبود و مي‌بايست سيستم‌هاي برقرساني مساحت بيشتري را تحت پوشش خود قرار مي‌دادند. از طرفي براي توليد نيز محدوديتهايي موجود بود که اجازه توليد انرژي الکتريکي را در هر نقطه دلخواه به مهندسين برق نمي‌داد. زيرا که نيروگاه‌ها مي‌بايست در محلهايي احداث مي‌شد که انرژي بطور طبيعي يافت مي‌شد. انرژيهاي طبيعي مثل : آب ، باد ، ذغال سنگ وغيره بنابراين نيروگاه‌ها را مي‌بايست در جاهايي احداث مي‌کردند که يا در آنجا آب و يا باد و يا ذغال سنگ و ديگر انرژيهاي سوختي موجود بود. بدين ترتيب نظريه انتقال انرژي الکتريکي از محل توليد انرژي تا محل مصرف پيش آمد. اين انتقال نيز توسط برق جريان مستقيم امکان‌پذير نبود. زيرا ولتاژ در طول خط انتقال افت مي کرد و در محل مصرف ديگر عملاً ولتاژي باقي نمي‌ماند. بنابراين مهندسين صنعت برق تصميم گرفتند که انرژي الکتريکي را بطور AC توليد کنند تا قابليت انتقال داشته باشد. و اين عمل را نيز توسط ترانسفورماتورها انجام دادند. ترانسفورماتورها مي‌توانستند ولتاژ را تا اندازه قابل ملاحظه‌اي بالا برده و امکان انتقال را فراهم آورند. مزيت ديگري که ترانسفورماتورها به سيستم‌هاي قدرت بخشيدند. اين بود که با بالا بردن سطح ولتاژ ، به همان نسبت نيز جريان را پائين مي آوردند ، بدين ترتيب سطح مقطع هاديهاي خطوط انتقال کمتر مي‌شد و بطور کلي مي‌توانستيم کليه تجهيزات را به وسيله جريان پائين سايز نماييم. و اين امر نيز از ديدگاه اقتصادي بسيار قابل توجه مي‌نمود.

بدين ترتيب شبکه‌هاي قدرت AC شکل گرفت و خطوط انتقال و پستهاي متعددي نيز براي انتقال انرژي الکتريکي در نظر گرفته شد. و براي تأمين پيوسته انرژي اين شبکه‌ها به يکديگر متصل شدند و تا امروه نيز در حال گسترش و توسعه مي‌باشند. هرچه سيستمهاي قدر الکتريکي بزرگتر مي‌شد بحث بهره‌برداري و پايداري سيستم نيز پيچيده‌تر نشان مي‌داد. و در اين راستا مراکز کنترل و بهره بردار از سيستم‌هاي قدرت مي‌بايست در هر لحظه از ولتاژها و توانهاي تمامي پست‌ها و توانهاي جاري شده در خطوط انتقال آگاهي مي‌يافتند. تا بتوانند انرژي را بطور استاندارد و سالم تا محل مصرف انتقال و سپس توزيع کنند. اين امر مستلزم حل معادلاتي بود که تعداد مجهولات از تعداد معلومات بيشتر بود. حل معادلاتي که مجهولات بيشتري از معلومات آن دارد نيز فقط در فضاي رياضياتي با محاسبات عدد امکان‌پذير است که در تکرارهاي مکرر قابل دستيابي است. در صنعت برق تعيين ولتاژها و زواياي ولتاژها و توانهاي اکتيو و راکتيو در پستها و نيروگاهها را با عنوان پخش بار (load flow) مطرح مي‌شود.

پخش بار در سيستمهاي قدرت داراي روشهاي متنوعي مي‌باشد که عبارتند از : روش نيوتن 0 رافسون ، روش گوس – سايدل ، روش Decaupled load flow و روش Fast decaupled load flow که هر يک داراي مزيت‌هاي خاص خود مي‌باشد. روش نيوتن- رافسون يک روش دقيق با تکرارهاي کم مي‌باشد که جوابها زود همگرا مي‌شود ، اما داراي محاسبات مشکلي است. روش گوس – سايدل دقت کمتري نسبت به نيوتن رافسون دارد و تعداد و تکرارها نيز بيشتر است اما محاسبات ساده‌تري دارد. روش Decaupled load flow يک روش تقريبي در محاسبات پخش بار است و داراي سرعت بالايي مي‌باشد ، و زماني که نياز به پيدا کردن توان اکتيو انتقالي خط مطرح است مورد استفاده مي‌باشد. روش Fast decaupled load flow نيز يک روش تقريبي است که از سرعت بالايي نيست به نيوتن رافسون و گوس سايدل برخوردار مي‌باشد. و از روش Decaupled load flow نيز دقيق‌تر مي‌باشد. اما مورد بحث اين پايان‌نامه روش نيوتن – رافسون است که در ادامه به آن مي‌پردازيم.

فصل اول

شرحي بر پخش بار

پخش بار :

جهت طراحي و توسعه آتي و بهترين عملکرد يک سيستم قدرت پخش بار ابزار توانمندي براي دستيابي به اين مهم مي‌باشد. اطلاعاتي که پس از انجام محاسبات پخش بار در شبکه در اختيار قرار مي‌گيرد شامل ولتاژ ، زاويه ولتاژ ، توان اکتيو و راکتيو تمامي شين‌ها و همچنين توانهاي اکتيو و راکتيو جاري در خطوط مي‌باشد. مضافاً به اين که اطلاعات بيشتري توسط نرم افزارهايي که شرکتهاي برق منطقه اي از آن سود مي‌برند در اختيار قرار مي‌گيرد.

با توجه به راه حلهاي طولاني و تکرارهاي پياپي اين روشها و همچنين فرصت ناچيزي که مهندسين برق در حين به وقوع پيوستن اتفاقات اجتناب ناپذير و غير قابل پيش بيني در اختيار دارند ، جايگاه يک نرم افزار قدرتمند در طراحي و عملکرد مناسب سيستم‌هاي قدرت که از ارزش اقتصادي بسيار زيادي نيز برخوردارند مشخص مي‌شود.

اين نرم افزارها با توجه به در اختيار بودن پردازنده‌هاي پر سرعت نسل جديد مي‌توانند تمامي اطلاعات مربوط به شبکه مورد مطالعه را به سرعت در اختيار قرار دهند. مطالعات پخش توان استخوانبندي اصلي تجزيه و تحليل و طراحي سيستم قدرت را تشکيل مي‌دهد. اين مطالعات داراي کاربردها و مزيتهاي بسياري مي‌باشد که شامل : برنامه‌ريزي ، بهره‌برداري ، برنامه ريزي زمانبندي اقتصادي ، و تبادل توان بين شرکتهاي برق منطقه‌اي مي‌باشد. مضافاً به اين که اين مطالعات براي تحليل‌هاي ديگري همچون مطالعات پايداري گذرا ، خطاهاي احتمالي ايجاد شونده در شبکه‌ها  ، طراحي پست ، طراحي خط انتقال و حوادث و رخدادهاي غير مترقبه در سيستم‌هاي قدرت مورد نياز است. وقتي بخواهيم پست جديدي احداث نماييم. براي انتخاب کليد مناسب در آن پست مي‌بايست ابتدا محاسبات اتصال کوتاه را انجام داد و جريان اتصال کوتاه را براي شين آن پست در نظر گرفت و سپس کليد مورد نظر را انتخاب نمود. بنابراين براي اينکه بتوانيم محاسبات اتصال کوتاه را انجام دهيم مي‌بايست جواب حاصل از مطالعات پخش بار را در اختيار داشته باشيم. و يا هر گاه برحسب احتمال نيروگاهي از شبکه سراسري از مدار خارج شود. براي بررسي پايداري در شبکه بايد به سرعت محاسبات پخش بار را انجام داد تا از پايدار بودن سيستم و يا اينکه آيا ديگر نيروگاه‌ها قادر به تأمين انرژي لازم مصرف کنندگان هستند يا خير اطمينان حاصل کرد. چرا که در غير اينصورت ممکن است انرژي مصرفي در سيستم در آن لحظه بيشتر از انرژي تأمين شده توسط ژنراتورهاي نيروگاه‌ها باشد که اين امر موجب مي‌شود تا کل شبکه از دست برود. و همچنين ديگر کاربردهاي متنوع محاسبات پخش بار در شبکه‌هاي برق‌رساني و مباحث مختلف مهندسي برق اهميت آنرا آشکار مي‌سازد.

براي انجام مطالعات پخش بار مي‌بايست ماتريس ادميتانس شبکه و يا Ybus شبکه و اطلاعات مربوط به شين ها در اختيار باشد. شين‌ها انواع مختلفي دارند که هر يک با توجه به نوع آن شامل اطلاعات خاص خود را مي‌باشند. و نوع شين معلومات و مجهولات مربوط به آن شين را معين مي‌کند. بطور کي در شبکه‌هاي قدرت مي‌توان پنج نوع شين را در نظر گرفت که شامل موارد زير است :

1) شين مرجع يا شناور (Slack or swing)

2) شين بار (load bus)

3) شين ولتاژ کنترل نشده (Control bus)

4) شين نيروگاهي (generator bus)

5) شين انتقال (ttranse bus)