مقایسه نرم افزارهای تحلیل سیستم قدرت

امروزه با توجه به پیشرفت‌های انجام گرفته در عرصه‌ مهندسی به خصوص مهندسی برق، ارزیابی و تحلیل نتایج در فرآیندهای شبیه سازی به صورت چشمگیری در حال افزایش است. استفاده و یادگیری از نرم افزارهای مختص به تحلیل در سیستم‌های قدرت یکی از امتیازاتی خواهد بود که یک مهندس برق می‌تواند آن را به دست آورد و از ویژگی‌های مثبت آن بهره‌مند گردد. در این مقاله به معرفی سیستم‌های قدرت همراه با نرم افزارهای تخصصی آن پرداخته خواهد شد و مهندسین می‌توانند بر اساس مقایسه‌هایی که بین نرم افزارها انجام شده، تصمیم بگیرند و شروع به یادگیری نرم افزار دلخواه خود نمایند. البته قبل از آن می‌توانید با خواندن مقاله رشته مهندسی برق چیست؟ درباره این رشته، بازارکار و گرایش‌های آن اطلاعات بیشتری کسب کنید.

تعریف سیستم‌های قدرت

سامانه یا سیستم قدرت (Electric power system) شبکه‌ای از اجزای الکتریکی به شمار می‌رود که در تأمین، انتقال و استفاده از نیروی الکتریکی در نیروگاه‌ها تولید شده و بکار می‌رود. این سیستم‌ها می‌تواند شامل انواع توربین‌ها، ژنراتورها، خطوط انتقال، ترانسفورماتورها و مانیتورینگ باشند و با ارائه و تولید انرژی باکیفیت الکتریکی نیاز مصرف کنندگان را رفع نمایند.

 سامانه‌های قدرت به صورت شبکه‌ای برای تامین نیروی الکتریکی در خانه‌ها و صنایع به کار گرفته می‌شود. این سیستم معمولا به دو بخش اصلی شبکه‌های انتقال و توزیع تقسیم می‌شود که می‌تواند از طریق مراحل زیر به بهره‌برداری و استفاده عموم برسد:

• تولید در نیروگاه‌های Power Plant و Generation System
• بارگیری و انتقال از طریق Transmission Line برای رسیدن به دست مصرف کننده
• توزیع توسط Distribution System برای استفاده‌ی مصرف کنندگان به صورت مستقیم

در گسترش سیستم‌های برق قدرت همواره وجود نرم‌افزارهای پیشرفته برای پیشبرد اهداف علمی، تجاری و صنعتی احساس می‌شود و انتخاب نرم افزار مناسب با توجه به نیاز مهندسین از میان نرم افزارهای متعدد امری دشوار خواهد بود. 

اهمیت نرم ‌افزارهای تحلیل سیستم قدرت

تحلیل و به دست آوردن نتایج در سیستم‌های برق قدرت به صورت دستی زمان زیادی را خواهد طلبید و امکان وقوع خطا در آن‌ها نیز وجود خواهد داشت. برنامه‌های مبتنی بر کامپیوتر یا همان نرم‌افزار راهی آسان را برای دستیابی به راه‌حل‌های مؤثر و با نتایج فوری را ارائه می‌دهند. نرم‌افزارهای شبیه‌سازی و تحلیل نتایج در سیستم‌های قدرت به عنوان ابزاری ارزشمند برای مهندسین خواهد بود که به طراحی شبکه‌های الکتریکی پیچیده می‌پردازند و می‌توانند از آن‌ها بهره‌برداری نمایند یا در صورت امکان به بهینه‌سازی بپردازند. 

قابلیت استفاده از نرم افزارهای تحلیل سیستم قدرت در مهندسی برق نیاز به تلاش و علاقه به یادگیری دارد که با بهره‌گیری از منابع آموزشی مناسب میسر خواهد شد. در اینجا برخی از مزایای پراهمیت نرم افزارهای تحلیل سیستم قدرت اشاره گردیده است:

• پیش‌بینی و کاهش مشکلات فنی و سیستمی
• صرفه‌جویی در زمان، کاهش بارهای عملیاتی همراه با حفظ کنترل کیفیت
• شبیه‌سازی حالت‌های عملیاتی مختلف با در نظرگیری احتمالات و خطاها 
• افزایش بهره‌وری در ابعاد بزرگ
• کاهش نیاز به آزمایش‌های فیزیکی و میدانی و روش‌های آزمون‌وخطا 
• مدل‌سازی دقیق شبکه‌های انتقال و توزیع
• طراحی مدل‌های واقع‌بینانه‌ای در سیستم‌های قدرت
• ارزیابی و امکان‌سنجی در سیستم‌های ذخیره انرژی و شبکه‌های هوشمند
• نظارت و کنترل بر داده‌ها و دستگاه‌های ارتباطی 

 معرفی نرم افزارهای تحلیل سیستم قدرت

انتخاب نرم افزار برای شبیه‌سازی و تحلیل برق قدرت در گام اول بستگی به نوع نیاز فرد خواهد داشت. منطقه، صنعت و شرایطی که شخص در آن مشغول به فعالیت است نیز باید در نظر گرفته شود. در اینجا به معرفی کوتاهی از نرم افزارهایی که در تحلیل سیستم‌های قدرت از آن‌ها استفاده می‌شود پرداخته خواهد شد.

نرم افزار ای تپ (ETAP)

نرم افزار ETAP که مخفف عبارت Electrical Transient Analyzer Program است، از جمله نرم‌افزارهای محبوب و قدرتمند در تحلیل سیستم‌های قدرت مخصوصا در شبیه سازی و کنترل شبکه‌های برق به شمار می‌رود که امکان انجام تحلیل‌های متعددی را به کاربران خواهد داد. کاربران این نرم افزار قادر خواهند بود تا در پروژه‌های صنعتی و تاسیساتی از این نرم افزار بهره ببرند و به تحلیل سیستم‌ها از جنبه‌های مختلف بپردازند. برخی از مهم‌ترین قابلیت‌های این نرم افزار در ادامه ذکر شده است:

• محاسبات تخلیه قوس 
• قابلیت‌های اجرا و تحلیل محاسبات پخش بار متعادل و نامتعادل
•  اجرای محاسبات اتصال کوتاه در استانداردهای مختلف 
• بررسی توزیع انرژی در شرایط مختلف
• شبیه‌سازی دینامیکی سیستم‌های قدرت
• محاسبات طراحی سیستم زمین
• ارزیابی رفتار شبکه را در مواجهه با تغییرات ناگهانی یا خطا 
• ارائه ابزارهای پیشرفته‌ در طراحی سیستم‌های حفاظتی 

این نرم افزار به عنوان یکی از ارزشمندترین برنامه‌های تحلیل سیستم قدرت محسوب می‌گردد و علاقه‌مندان با یادگیری آن می‌توانند به پروژه‌های صنعتی و تجاری راه یابند و درآمد قابل قبولی را کسب نمایند. شرکت در دوره آموزش ای تپ Etap به تمامی مهندسین این حوزه توصیه می‌گردد.

نرم افزار دیگسایلنت پاور فکتوری PowerFactory) DIgSILENT)

Power Factory یک نرم افزار حرفه‌ای در شبیه سازی محاسبات و تحلیل رفتار سیستم‌های قدرت به شمار می‌رود که با داشتن قابلیت‌ها و ویژگی‌های استاندارد برای اهداف طراحی، بهره‌برداری و تجزیه و تحلیل سیستم‌های مختلف تولید، انتقال و توزیع مورد استفاده قرار می‌گیرد. از DIgSILENT می توان به عنوان یک محاسبه کننده قوی در پروژه‌های عظیم صنعتی نام برد درحالی‌که کاربری آسانی نیز برای مسائل کوچک و آسان دارد و کاربران در مقیاس‌های گوناگون پروژه‌ای می‌توانند از آن بهره‌مند گردند. در اینجا چند نمونه از ویژگی‌های برجسته‌ی این نرم افزار ذکر گردیده است:

• نظارت بر عملکرد سیستم در آزمایشات 
• سازگار با ویندوز همراه با استفاده کاربری آسان
• ارائه الگوریتم و تکنیک‌های قابل‌اطمینان 
• ارائه ابزارهای تجزیه و تحلیل سریع مانند جریان بار AC و DC
• پوشش برنامه‌های انرژی باد، تولید پراکنده، نیروگاه‌های مجازی و شبیه‌سازی سریع 
• انعطاف‌پذیری در اسکریپت نویسی با ارائه راه‌حل‌های خودکار و یکپارچه 
• محاسبه و شبیه سازی رفتارهای سیستم قدرت در حالت‌های مختلف
• حاوی بانک اطلاعات با امکان ذخیره سازی داده‌های تاریخی و بررسی عملکرد حسابرسی
• وجود نمودارهای مروری و دقیق

نرم افزار PSS®SINCAL:

نرم افزار پی اس اس سینکال ابزار محبوب دیگری برای انجام پروژه‌های تحلیل و برنامه‌ریزی سیستم‌های برق به شمار می‌رود که پژوهشگران در مؤسسات تحقیقاتی یا افراد متخصص در شرکت‌های برق می‌توانند از امکانات ابزاری آن بهره مند شوند. این نرم افزار به مهندسین فرصتی را ارائه می‌دهد تا قابلیت‌های متعدد ماژول‌های الکتریکی را برای طراحی، مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل را در اختیار داشته باشند.

این برنامه به تحلیل‌های دقیق در عملیات انتقال برق می‌پردازد و تمامی گزینه‌های قابل تحلیل مانند پایداری ولتاژ، پخش بارها، اتصال کوتاه، شبیه‌سازی دینامیک و حفاظت را مورد بررسی قرار خواهد داد. در اینجا برخی از ویژگی‌های این نرم افزار بیان شده است:

• وجود توابع تحلیلی برای برنامه‌ریزی، طراحی و بهره‌برداری
• بررسی کیفیت توان، پایداری فرکانس، تصمیمات طراحی مبتنی بر شرایط اقتصادی
• بهبود دقت ارزیابی پیشنهادهای اتصال تولید قبل از ارسال 
• ارائه ابزارهای ویژه در شبکه‌های مختلف از جمله شبکه‌های تک فاز، چند فاز و ریلی
• بهینه سازی در جایگذاری خازن و انجام تحلیل‌های هارمونیک‌
•  هماهنگی در حفاظت و ارزیابی کیفیت توان
• ارائه راه‌حل‌های مدیریتی برای کاهش تلاش‌های مدل‌سازی متعدد
• امکان کار چندین کاربر بر روی یک شبکه 
• به‌روز نگه داشتن چندین مدل شبکه از طریق یک برنامه واحد 

نرم افزار متلب (MATLAB)

یکی از رایج‌ترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی در تحلیل‌های سیستم قدرت متلب (MATLAB) یا Mathworks Simulink خواهد بود که از کتابخانه‌های گسترده و کاربردی نیز بهره مند است. این نرم افزار از یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا همراه با محیط نرم‌افزاری ساده تشکیل گردیده است که از آن می‌توان برای ایجاد الگوریتم‌های مختلف، حل گسترده‌ی محاسبات عددی و تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده نمود. این نرم افزار با رویکرد برنامه نویسی مختص به خود، به تغییر در ماتریس‌ها و عملیات جبر خطی معروف است و با مدل سازی سیستم‌های پیچیده می‌تواند به تجزیه و تحلیل آن‌ها نیز از طریق قابلیت سیمولینک Simulink بپردازد. این ویژگی برای پیاده‌سازی آسان انواع مختلف سامانه‌های برق قدرت و برنامه‌های مهندسی برق همراه با توسعه و آزمایش مدارها ضروری به شمار می‌آید. این نرم افزار با ویژگی‌های زیر در حیطه‌ی تحلیل سیستم‌های قدرت ارائه می‌گردد:

• امکان شبیه‌سازی سیستم‌های تولید و توزیع برق
• بررسی و بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های قدرت تحت شرایط 
• توانایی تحلیل در پایداری سیستم‌های قدرت 
•  شبیه‌سازی نوسانات ولتاژ و فرکانس در شبکه‌های عظیم 
• انجام محاسبات عددی پیشرفته و بهینه‌سازی با سرعت و دقت بالا 
• ارائه نمودارها و جدول‌های گرافیکی 
• دسترسی به جعبه ابزارهای تخصصی برای تحلیل‌های گوناگون

علاقه‌مندان می‌توانند نرم افزار متلب را در ابتدای یادگیری خود انتخاب نمایند و با شرکت در دوره آموزش سیمولینک در متلب MATLAB و همچنین با فراگیری اصول اولیه در دوره آموزش متلب MATLAB مسیر جدیدی را در حیطه شغلی و تحصیلی خویش رقم بزنند.

مقایسه ویژگی‌های نرم افزارها

مهندسین با استفاده از استفاده از نرم‌افزارهای تحلیلی در سیستم برق قدرت می‌توانند از مشکلات و مسائلی که در آینده ممکن است پیش بیاید و به ضرر و آسیب مالی منجر شود جلوگیری نمایند. حال این سوال مطرح می‌گردد که کدامیک از نرم افزارها را یاد بگیریم و آموزش کدام را شروع کنیم. در ابتدا باید نیازهای پروژه‌ی مورد نظر و ابزارهایی که در طول انجام آن مورد نیاز خواهد بود بررسی گردد. در جدول زیر مقایسه‌ای بین نرم افزارهای معرفی شده صورت گرفته است:

توصیه‌ها برای انتخاب نرم‌ افزار مناسب

به این جمله در ابتدای یادگیری نرم افزارهای تحلیلی و شبیه سازی سیستم‌های قدرت دقت کنید و آن را سرلوحه‌ی خود قرار دهید:

The goal is to replicate actual system performance without the expense or risk tied to real 

hardware experimentation

هدف در این جا، تکرار عملکرد واقعی سیستم بدون هیچ هزینه یا ریسک مرتبط با آزمایش سخت‌افزار تجربی خواهد بود.

نکات کوتاه و کلیدی زیر می‌توانند در هر حوزه و رشته‌ای برای انتخاب نرم افزار درست مورد استفاده قرار گیرند:

• شناسایی وظایف خاص نرم افزار در مقایسه با پلتفرم‌های دیگر مانند بهینه‌سازی جریان بار یا تشخیص خطا 
• فیلتر و حذف کردن نرم افزارهای فاقد ویژگی‌های کلیدی مورد نظر 
• بررسی سازگاری نرم افزار و اطلاعات آن با سیستم عامل
• مشاهده‌ی نمونه پروژه‌های انجام شده با نرم افزار پیش از شروع به یادگیری
• جست‌وجو برای یافتن منابع معتبر آموزشی در دسترس
• تلاش برای عضویت در انجمن‌ها و گروه‌های مختص به نرم افزار و مشورت با اساتید

یادگیری و کسب درآمد از نرم افزارهای تحلیل سیستم قدرت

بسیاری از مهندسان برق چندین انتخاب در زمینه‌ی نرم افزاری دارند و می‌توانند از هر پلتفرم نرم افزاری با توجه به ویژگی‌های مختص به خودش استفاده نمایند و نیازهای خود را رفع نمایند. یادگیری این نرم افزارها زمان و هزینه‌ی قابل توجهی را می‌طلبد اما در عین حال می‌تواند یک نوع سرمایه‌گذاری برای مهندسین جوان به شمار آید و آن‌ها را در مسیر درست شغلی و تحصیلی قرار دهد. علاقه‌مندان این حوزه با شرکت در دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان در دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر می‌توانند برای موفق شدن در رشته‌ تحصیلی خود گام بلندی بردارند. دوره‌های آموزشی مهندسی برق با بهره‌مندی از اساتید با تجربه و ارائه‌ی مطالب تخصصی و مفید در کوتاه‌ترین زمان می‌تواند مهندسین را برای ورود به بازار کار آماده نماید. برخی از دوره‌های مفید این گروه آموزشی در ادامه ذکر گردیده است:

• دوره آموزش برق صنعتی
• دوره آموزش طراحی بردهای الکترونیک Altium Designer
• دوره آموزش ای پلن ePLAN
• دوره آموزش اتوکد الکتریکال Autocad Electrical

جمع‌بندی

سیستم‌های قدرت در تامین انرژی جوامع و صنعت نقش مهمی ایفا می‌نمایند و این سیستم‌ها برای اجرا و جلوگیری از خطاهای احتمالی به مهندسانی نیاز خواهند داشت که بتوانند از فناوری‌های روز دنیا و جدیدترین نرم افزارها آگاه بوده و به خوبی تشخیص دهند که از کدامیک استفاده نمایند. استفاده از نرم افزارهای مختلف این حوزه می‌توانند در انجام محاسبات، شبیه‌سازی‌ها و تجسم‌های مختلف از رفتار سیستم‌های قدرت تحت شرایط متفاوت کمک‌کننده باشند. تسلط بر این ابزارهای نرم‌افزاری می‌تواند توانایی یک مهندس را در حوزه سیستم‌های قدرت مخصوصا در تجزیه و تحلیل به طور قابل توجهی افزایش دهد.

نویسنده: صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی