برق , مهندسی 104 بازدید

پروفایل بار انرژی، تخمینی از کل انرژی مورد تقاضا از سیستم یا زیرسیستم قدرت در یک دوره زمانی مشخص (مانند ساعت، روز و…) است. اساساً پروفایل بار انرژی (از این به بعد برای سادگی، آن را پروفایل بار می‌نامیم)، یک نمودار دو بعدی است که بار لحظه‌ای (بر حسب ولت-آمپر) را بر اساس زمان نشان می‌دهد. با استفاده از پروفایل بار می‌توان تغییرات بارهای سیستم را نسبت به زمان مشاهده کرد.

تخمین تقاضای انرژی، برای تعیین اندازه ادوات ذخیره کننده انرژی مثل باتری‌ها مهم است. محاسبات پروفایل بار، در کاربردهای بهره‌وری انرژی نیز به کار می‌رود.

روش‌های محاسبات پروفایل بار

دو روش برای تشکیل یک پروفایل بار وجود دارد: روش خودگردانی و روش پروفایل 24 ساعته. در ادامه، هریک از این روش‌ها را توضیح می‌دهیم.

1. روش خودگردانی (Autonomy Method): این روش، در کاربردهای توان پشتیبان (مانند سیستم‌های UPS) به کار می‌رود. در این روش، بارهای لحظه‌ای در زمان خودگردانی (بازه‌ای از زمان که باید در هنگام وقفه منبع توان اصلی، بارها با یک سیستم توان پشتیبان تغذیه شوند) نشان داده می‌شوند.

مثالی از یک پروفایل بار (با استفاده از روش خودگردان)
شکل 1: مثالی از یک پروفایل بار (با استفاده از روش خودگردانی)

2. روش پروفایل 24 ساعته ($$ \mathrm { 2 4\,\, Hour\,\, Profile\,\, Method} $$): این روش، میانگین یا مقدار مورد انتظار بارهای لحظه‌ای را در یک دوره زمانی 24 ساعته نمایش می‌دهد و در کاربردهای سیستم قدرت جدا از شبکه، مانند سیستم‌های فتوولتائیک یا کاربردهای بهره‌وری انرژی متداول‌تر است.

مثالی از یک پروفایل بار (با استفاده از روش پروفایل 24 ساعته)
شکل 2: مثالی از یک پروفایل بار (با استفاده از روش پروفایل 24 ساعته)

مراحل محاسبات پروفایل بار

هر دو روش مذکور، سه گام اصلی مشابه دارند که البته جزئیات آن‌ها با هم متفاوت است:

  • گام اول: تهیه فهرست بارها
  • گام دوم: تشکیل پروفایل بار
  • گام سوم: محاسبه بار طراحی و تقاضای انرژی طراحی

در ادامه، هر یک از این گام‌ها را بررسی می‌کنیم.

گام اول: تهیه فهرست بارها

اولین گام، تهیه فهرستی از بارهای موجود است. در این مرحله، به جای آنکه هر یک از بارها را در یکی از سه کارکرد پیوسته، تناوبی و آماده به کار دسته‌بندی کنیم، فرض می‌کنیم همه آن‌ها به طور پیوسته کار می‌کنند.

در روش خودگردانی، دوره زمانی مربوطه، خودگردان نامیده می‌شود و تعداد ساعت‌هایی است که طی وقفه در عملکرد منبع اصلی توان، لازم است بار تغذیه شود. ممکن است لازم باشد برخی بارها طی وقفه‌های کوتاه کار کنند، در حالی که برخی سیستم‌های مهم و حیاتی، تا چند روز روشن بمانند.

در روش پروفایل 24 ساعته، دوره زمانی مربوطه، به صورت زمان‌های روشن و خاموش نمایش داده می‌شود. این خاموش و روشن‌ها، زمانی‌هایی در روز (بر حسب دقیقه یا ساعت) هستند که انتظار می‌رود بار روشن، سپس خاموش شود. برای بارهایی که به طور پیوسته کار می‌کنند، زمان‌های روشن و خاموش شدن، به ترتیب، $$0:00$$ و $$23:59$$ است. اگر باری در یک روز بیش از یک بار روشن یا خاموش شود، باید به تعداد دفعات خاموش یا روشن شدن، آن را در فهرست بارها گنجاند.

محاسبه ولت-آمپر بار مصرفی

در این محاسبه، می‌خواهیم توان ظاهری مصرف شده بارها (بر حسب ولت-آمپر) را به دست آوریم. برای هر بار،‌ توان ظاهری به صورت زیر محاسبه می‌شود:

$$ \large S _ { l } = \frac { P _ { l } } { \cos \phi \times \eta } \, $$

که در آن، $$ S_{l} $$ توان ظاهری مصرف شده ($$ \mathrm{VA}$$)، $$P_l$$ توان حقیقی مصرف شده بار ($$ \mathrm{W}$$)، $$ \cos \phi $$ ضریب توان بار ($$ \mathrm {pu}$$) و $$ \eta $$ بازدهی بار است.

جداول زیر، به ترتیب دو نمونه فهرست بار را برای روش‌های خودگردانی و پروفایل 24 ساعته نشان می‌دهند:

جدول 1: فهرست بارها در روش خودگردانی

برچسب شرح توان حقیقی (وات) ضریب توان توان ظاهری (ولت-آمپر) زمان خودگردانی (ساعت) ولت-آمپر-ساعت
$$ \mathrm {CCTV – 001}$$ اتاقک CCTV $$ 450 $$ $$ 0.85 $$ $$ 529 $$ $$ 3 $$ $$ 1,588 $$
$$ \mathrm {DCS – 001 } $$ اتاقک سیستم DCS $$1200$$ $$ 0.85 $$ $$ 1,412 $$ $$ 5 $$ $$ 7,059$$
$$ \mathrm {DCS – 002 } $$ اتاقک سیستم DCS $$1200$$ $$ 0.85 $$ $$ 1,412$$ $$ 5 $$ $$ 7,059$$
$$ \mathrm {ESD – 001}$$ اتاقک سیستم ESD $$1500$$ $$ 0.85 $$ $$1,765$$ $$ 8 $$ $$ 14,118$$
$$ \mathrm {E W S – 0 0 1 }$$ کارگاه مهندسی $$400$$ $$ 0.85 $$ $$471$$ $$ 1 $$ $$ 471 $$
$$ \mathrm { F G – 0 0 1 }$$ اتاقک گاز و آتش $$1500$$ $$ 0.85 $$ $$1,765$$ $$ 8 $$ $$ 14,118$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 1 } $$ دوربین CCTV شماره 1 $$300$$ $$ 0.80 $$ $$ 375 $$ $$ 3 $$ $$ 1,125$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 2 } $$ دوربین CCTV شماره 2 $$300$$ $$ 0.80 $$ $$ 375 $$ $$ 3 $$ $$ 1,125$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 3 } $$ دوربین CCTV شماره 3 $$300$$ $$ 0.80 $$ $$ 375 $$ $$ 3 $$ $$ 1,125$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 4 } $$ دوربین CCTV شماره 4 $$300$$ $$ 0.80 $$ $$ 375 $$ $$ 3 $$ $$ 1,125$$
$$ \mathrm {OIS – 00 1 } $$ مرکز رابط اپراتور شماره 1 $$ 100$$ $$ 0.85 $$ $$ 118 $$ $$ 3 $$ $$353$$
$$ \mathrm {OIS – 00 2 } $$ مرکز رابط اپراتور شماره 1 $$ 100 $$ $$ 0.85 $$ $$ 118 $$ $$ 3 $$ $$ 3 5 3 $$
ولت-آمپر بار کل $$ \large 9,088$$ ول-آمپر-ساعت کل $$ \large 49,618$$

 

جدول 2: فهرست بارها در روش پروفایل 24 ساعته

برچسب شرح توان حقیقی (وات) ضریب توان توان ظاهری (ولت-آمپر) زمان روشن شدن زمان خاموش شدن ولت-آمپر-ساعت
$$ \mathrm {TLC – 001}$$ اتاقک مخابرات $$ 50 $$ $$ 0.85 $$ $$ 59 $$ $$ 00:00 $$ $$ 23:59$$ $$1,411$$
$$ \mathrm {FB – 002 } $$ تابلوی فیبر نوری $$35$$ $$ 0.85 $$ $$ 41 $$ $$ 00:00 $$ $$ 23:59$$ $$988$$
$$ \mathrm {LP – 001 } $$ روشنایی محوطه $$15$$ $$ 0.85 $$ $$ 18$$ $$ 20:00 $$ $$ 21:00$$ $$18$$
$$ \mathrm {LP – 002}$$ روشنایی ایمنی $$60$$ $$ 0.85 $$ $$71$$ $$ 18:00 $$ $$07:00$$ $$776$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 1 } $$ دوربین CCTV شماره 1 $$90$$ $$ 0.85 $$ $$113$$ $$ 00:00 $$ $$ 23:59$$ $$2,698$$
$$ \mathrm {MON – 0 0 2 } $$ دوربین CCTV شماره 2 $$90$$ $$ 0.80 $$ $$113$$ $$ 00:00 $$ $$ 23:59$$ $$2,698$$
$$ \mathrm {MX – 0 0 1 } $$ مالتی پلکسر $$20$$ $$ 0.80 $$ $$ 25 $$ $$ 00:00 $$ $$ 23:59$$ $$ 600 $$
ولت-آمپر بار کل $$ \large 438$$ ول-آمپر-ساعت کل  $$ \large 9,188$$

گام دوم: تشکیل پروفایل بار

پروفایل بار، از فهرست بار تشکیل می‌شود و اساساً نموداری است که توزیع بار در زمان را نشان می‌دهد. در ادامه، تشکیل پروفایل بار را با یک مثال ساده توضیح می‌دهیم. فرض کنید بارهای زیر با استفاده از روش خودگردانی شناسایی شده‌اند:

شرح بار (VA) مدت خودگردانی (h)
$$ 4 $$ $$ 200 $$ اتاقک DCS
$$ 4 $$ $$ 200 $$ اتاقک ESD
$$ 6 $$ $$ 150 $$ اتاقک مخابرات
$$ 2 $$ $$ 90 $$ کنسول کامپیوتر

 

پروفایل بار تشکیل شده
شکل 3: پروفایل بار

پروفایل بار، با چینش مستطیل‌های انرژی روی یکدیگر ساخته می‌شود. یک مستطیل انرژی، باری بر حسب VA به عنوان ارتفاع و عرضی معادل با زمان خودگردانی دارد. برای مثال، اتاقک DCS، دارای یک مستطیل انرژی است که ارتفاع آن $$ 200 $$ ولت-آمپر و عرض آن $$ 4 $$ ساعت است. پروفایل بار ابتدا با چینش عریض‌ترین مستطیل‌ها (در این مثال، اتاقک مخابرات) ایجاد می‌شود.

در روش 24 ساعته، مستطیل‌های انرژی با زمان‌هایی که به بار انرژی داده می‌شود تشکیل می‌شوند؛ یعنی اختلاف زمانی بین زمان‌های روشن و خاموش شدن بار.

گام سوم: محاسبه بار طراحی و  تقاضای انرژی

ابتدا درباره بار طراحی بحث می‌کنیم.

بار طراحی

بار طراحی، باری است که باید مقدار نامی آن برای هر دستگاه تبدیل، توزیع و حفاظت جریان، مانند یکسوساز، اینورتر، کابل، فیوز، مدارشکن و… مقدار نامی آن تعیین شود. طراحی را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد:

$$ \large S _ { d } = S _ { p } ( 1 + k _ { g } ) ( 1 + k _ { c } ) $$

که در آن، $$S_d$$ توان ظاهری بار طراحی (VA)، $$ S_p$$ توان ظاهری بار پیک که از پروفایل بار به دست می‌آید، $$ k _g $$ احتمال رشد بار در آینده ($$ \%$$) و $$ k _c $$ حاشیه طراحی ($$ \%$$) است.

توجه به افزایش بار احتمالی در آینده (بین 5 تا 20 درصد)، امری متداول است. اگر افزایش بار در آینده متصور نباشد، از احتمال چشم‌پوشی می‌شود. حاشیه طراحی نیز برای در نظر گرفتن هرگونه بی‌دقتی یا اشتباه بالقوه در تخمین بارها، عملکرد در شرایط غیربهینه به دلیل نگهداری نامناسب و… اعمال می‌شود. حاشیه طراحی را معمولاً بین 10 تا 15 درصد در نظر می‌گیرند. البته این مقدار به شرایط مصرف‌کننده نیز بستگی دارد.

به عنوان یک مثال ساده، فرض می‌کنیم توان ظاهری بار پیک برابر با $$ 640 \, \mathrm {VA}$$ باشد. با توجه به احتمال افزایش 10 درصدی بار در آینده و نیز حاشیه طراحی 10 درصد، بار طراحی برابر است با:

$$ \large S _ { d } = 6 4 0 \times ( 1 + 0 . 1 ) ( 1 + 0 . 1 ) = 7 7 4 . 4 \, \mathrm { VA} $$

تقاضای انرژی طراحی

از تقاضای انرژی طراحی، برای تعیین اندازه ادوات ذخیره انرژی استفاده می‌شود. با توجه به پروفایل بار، می‌توان انرژی کل (بر حسب VAh) را با محاسبه ناحیه زیر منحنی پروفایل بار (یعنی انتگرال‌گیری از توان لحظه‌ای نسبت به زمان در مدت خودگردانی یا یک دوره 24 ساعته) محاسبه کرد. تقاضای بار طراحی (یا VAh طراحی)، با معادله زیر قابل محاسبه است:

$$ \large E _ { d } = E _ { t } ( 1 + k _ { g } ) ( 1 + k _ { c } ) $$

که در آن، $$ E _d$$ تقاضای انرژی طراحی (بر حسب VAh)، $$ E _ t $$ انرژی بار کل یا همان سطح زیر پروفایل بار (بر حسب درصد)، $$ k _g $$ احتمال رشد بار در آینده ($$ \%$$) و $$ k _c $$ حاشیه طراحی ($$ \%$$) است.

با توجه به مثال ساده قبل، کل انرژی پروفایل بار، $$2680 \, \mathrm{VAh}$$ است. با در نظر گرفتن احتمال افزایش 10 درصدی بار در آینده و نیز حاشیه طراحی 10 درصد، تقاضای انرژی طراحی برابر است با:

$$ \large E _ { d } = 2 , 6 8 0 \times ( 1 + 0 . 1 ) ( 1 + 0 . 1 ) = 3 , 2 4 2 . 8 \, \mathrm { V A h } $$

اگر این مطلب برایتان مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

بر اساس رای 2 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *