بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهبود عملکرد کلید استاتیک در میکروگریدها
چکیده
کلید استاتیک بین میکروکرید و شبکه سراسری قرار میگیرد تا در شرایط خاص میکروگرید را به شبکه سراسری وصل یا از شبکه سراسری جدا کند. کلید استاتیک دارای سه وظیفه است: سنکرون کردن میکروگرید با شبکه سراسری، تشخیص اتصال کوتاه و تشخیص برگشت توان. در این مقاله ابتدا وظایف عملکردی کلید استاتیک در میکروگرید مورد بررسی قرار گرفته و پس از شرح کامل هر وظیفه، پیاده سازی هر کدام توصیف شده است. در پیاده سازی هر قسمت مشکلات عملکردی بیان شده و سپس راهکار حل این مشکلات نیز ارائه گردیده است که با انجام این راهکارها عملکرد کلید استاتیک در میکروگرید راصحیح و دقیق میکند.
کلیدواژهها: کلید استاتیک، میکروگرید، سنکرونیزم، برگشت توان، تشخیص اتصال کوتاه.
مقدمه
دنیای مدرن امروزی به شدت نیازمند انرژی برق با کیفیـت و قابلیـت اطمینان بالاست. افزایش نیاز به دسترس پـذیری و قابلیـت اطمینـان بالا، نیاز به استفاده از منابع انرژی نو به عنوان تولید کننده، بازارهـای رقابتی فعال و قدیمی و کهنه شدن شبکه های انتقال و توزیع چـالش های امروز را در جهت افزایش قابلیت اطمینان، امنیت و کیفیت تـوان پیش میبرد. استفاده از روش های کنترلی جدید در کنار منـابع تولیـد پراکنده با در نظر گرفتن سطوح امنیـت، کیفیـت، قابلیـت اطمینـان و دسترس پذیری توان در شبکه های توزیع، به طور کلی شـبکه هـای توزیع را در این جهت سوق میدهد که از حالت تابع بودن بـه حالـت فعال و پویا تبدیل شوند. یک شبکه توزیع فعال به مفهوم جدیدی بنام شبکه میکروگرید منجر میگردد و میکروگرید بـه عنـوان پاسـخگوی نیاز های امروزی مطرح است .[1] میکروگرید در دو حالت متصـل بـه شبکه سراسری و جزیرهای مـیتوانـد کـار کنـد. بـرای وصـل شـدن میکروگرید به شبکه سراسری بایستی شرایط سـنکرون شـدن برقـرار باشد که بررسـی ایـن شـرایط توسـط یـک کلیـد اسـتاتیک صـورت می گیرد. به منظور سنکرون کردن یک قسمت از شبکه بـا سیسـتم قدرت، بایستی ابتدا عمل تخمین فاز توسط یکی از قسمتهای کلیـد استاتیک صورت گیرد. هر کلید استاتیک دارای سه وظیفـه اسـت: -1 سنکرون کردن میکروگرید با شـبکه سراسـری -2 تشـخیص اتصـال کوتاه -3 تشخیص برگشت توان.
بر اساس فاز تخمین زده شده سنکرونیزاسیون انجام می شود. تخمین فاز بوسیله حلقه های قفل فاز صورت میگیرد که ایـن سیسـتمهـا در مواردی که نیاز به اتصال یک ساختار به شبکه سراسری برای تبـادل انرژی مورد نیاز است بکار می روند .[2] سنکرون کنندههایی که برای سیستم سه فاز به کار گرفته میشوند بر اساس به کارگیری حلقههای قفل فاز دستگاه مرجع سنکرون (SFR-PLL) هستند .[3]
در کلید استاتیک با استفاده از رله های اضافه جریان یا جریـان هـا در تبدیل فورتسکیو یا کاهش امپدانس، اتصال کوتاه تشخیص داده می-شود.از تبـدیل فورتسـکیو و دسـتگاه مختصـات گـردان در تشـخیص برگشت توان استفاده میشود.[6-4]
در این مقاله وظایف کلید استاتیک، یک به یـک وبـه صـورت کامـل مورد بررسی قرار گرفته و بهترین راهکار ها برای عملکرد دقیق تـر و صحیح کلید استاتیک ارائه شده است.
کلید استاتیک
میکروگرید به عنوان قسمتی از یک سیستم قدرت می توانـد هـم بـه صورت جدا از شبکه سراسـری و هـم بـه صـورت وصـل بـه شـبکه سراسری کار کند. میکروگرید برای جدا شدن از شـبکه سراسـری بـا یک کلید استاتیک ساده هم می تواند جدا شود ولی برای وصل دوباره باید به شبکه سراسری وصل گردد پس بایستی قبل از اتصال، شرایط سنکرون شدن توسط یک سیستم کنترل بررسی شود.
1
همان گونه که در شکل (1) نشان داده شده میکروگریـد توسـط یـک
کلید استاتیک به شبکه سراسری متصل می گردد.
شکل (1) اتصال میکروگرید به شبکه سراسری با کلید استاتیک[7]
3سنکرون کردن
شرایط سنکرون شدن درقسمت کنترل کلیـد اسـتاتیک بررسـی مـی گردد. اندازه ولتاژ میکروگرید با ولتاژ سبکه سراسری همواره برابر است پس شرط تسـاوی ولتـاژ هـا در کلیـد اسـتاتیک برقـرار خواهـد بـود. همچنین میکروگرید با فرکانس شبکه با اندکی تغییـر کـار مـی کنـد. پس شرط تساوی فرکانس ها نیز در کلید استاتیک برقرار خواهد بـود. شرط سوم سنکرونیزشدن توالی فاز هاست. مکان فـاز هـا همـواره در کلید استاتیک ثابت هستند پـس در سـنکرون کـردن میکروگریـد بـه شبکه سراسری، نیازی بررسی شرط توالی فاز ها نیست چـون مکـان فــاز هــا در کلیــد اســتاتیک همــواره ثابــت اســت. شــرط چهــارم سنکرونیزشدن یعنی برابری زاویه فاز ولتاژ میکروگریـد بـا زاویـه فـاز ولتاژ شبکه سراسری بایستی توسط یک سیستم بررسـ ی گـردد. پـس فقط بایستی در سنکرون کردن شرط برابری زاویه فاز ولتاژ ها بررسی شود. .[8]
تخمین زاویه فاز ولتاژ به وسیله حلقه های قفل فاز صورت مـیگیـرد. تشخیص درست و دقیق زاویه فاز ولتاژ، تاثیر بسزایی در کاهش حالت های گذرای به وجود آمده بدلیل سنکرونیزم دارد. اغلب سیستم هـای اتصال به شبکه از یک حلقه قفل فاز((PLL اسـتفاده مـی کننـد کـه مختص تعیین زاویه فاز ولتاژ شبکه می باشد.[9] حلقه های قفـل فـاز که برای سیستم سه فاز به کار گرفته می شوند بر اساس به کارگیری حلقه های قفل فاز دسـتگاه مرجـع سـنکرون (SFR-PLL) هسـتند. ساختار اصلی یک (SFR-PLL) در شکل (2) نشان داده شـده اسـت. این نوع حلقه قفل فاز به عنوان اولین نوع و ساده ترین نوع حلقه قفل فاز است.
شکل((2 بلوک دیاگرام حلقه قفل فاز [SFR-PLL [10
ساختار اصلی یک ورودی بلوک PI در شکل 2 می تواند به دلخواه و بسته به کاربرد مورد نظر به خروجی یا متصل گردد. با توجه به اینکه در حالت دائمی حلقه قفل شده ورودی کنترل کننده PI به علت وجود انتگرال گیر به سمت صفر میل می کند، عملا تخمین فاز در حلقه قفل فاز به گونه ای خواهد بود که کمیت سه فاز ورودی تنها در راستای یکی از دو محور q یا d مقدار غیر صفر داشته باشد .[11]
در صورتی که بردار ولتاژ سه فاز ورودی حلقه قفل فاز سنتی یا همان
نامتعادل باشد حلقه قفل فاز قادر به محاسبه دقیق زاویه فاز
ولتاژ ورودی نیست و برای حل این مشکل یا بایستی از یک کنترل کننده قوی تر در حلقه قفل فاز استفاده کرد و یا ورودی سه فاز نامتعادل را از طریق تبدیل فورتسکیو، متعادل نمود. و عملکرد حلقه قفل فاز را بهبود داد.
تبدیل فورتسکیو
تبدیل فورتسکیو برای مطالعه شرایط نا متعادل در سیستمهای قدرت و اجزا آن نظیر ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی به کار میرود. در واقع یک سیستم نامتعادل سه فاز به سه سیستم متعادل سه فاز تبدیل و محاسبات در این دستگاه مختصات انجام میشود. زمانی که یک بردار abc با تبدیل فورتسکیو به دستگاهی دیگر منتقل میگردد به سه مولفهی صفر، مثبت و منفی که سه مولفه متعادل هستند تبدیل میشود.
یک بردار سه فاز abc با رابطهی (1) به دستگاه فورتسکیو منتقل می-گردد.
رابطه (2) جزییات رابطه (1) را نشان می دهد.
که در ان میباشد . در رابطه 2 مولفه صفر ، مولفه مثبت و
مولفه ی منفی در دستگاه فورتسکیو است که این سه مولفه سه بردار متعادل از ورودی نامتعادل می شد.[12]
تشخیص اتصال کوتاه
2
پپ
