بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
تأثیر مزارع بادي در پایداري استاتیکی ولتاژ
واژههاي کلیدي: پایداري استاتیکی ولتاژ، مزارع بادي، شاخص پایداري ولتاژ، رتبه بندي، دیگسایلنت
چکیده
کاهش سطح پایداري ولتاژ یکی از مهمترین عواملی اسـت که افزایش ارائـه بـار توسـط شـرکتهاي توزیـع را محـدود میکند. هم چنین بروز اختلال در شبکه قدرت از مـواردي است که می تواند باعث ناپایداري و حتـی فروپاشـی ولتـاژ شود. در راستاي همین امر، استفاده از منابع تولید پراکنده و به خصوص مزارع بادي به عنوان انرژي کم هزینه، رو به افزایش است. در این مقاله بـا اسـتفاده از تعریـف شـاخص پایداري ولتاژ استاتیکی (PI) حد پایداري ولتاژ را براي یک شبکه نمونه 6 باس و 14 باس IEEE را در حضور نیروگـاه بادي و در شرایط خروج خـط از شـبکه بررسـی و تحلیـل میکنیم. در انتها بر اسـاس شـاخص تعریفـی رتبـه بنـدي صورت گرفتـه و مقایسـه اي بـین رتبـه بنـدي در حـالات مختلف انجام شده است. مزارع بادي درنظـر گرفتـه شـده مجهز به ژنراتورهاي دوسو تغذیه (DFIG) هستند.
.1 مقدمه
با توجه به محدودیت منابع انرژي سوخت فسیلی و افـزایش روز افزون قیمت آن و از سوي دیگر مسـاله آلـودگی هـاي ناشی از این منابع، استفاده از انـرژي هـاي تجدیـد پـذیري ماننـد بـاد در تولیـد انـرژي بـرق اهمیـت ویـژه اي یافتـه است.[1] هم چنـین پدیـدة ناپایـداري ولتـاژ، کـه هـم در سیستمهاي توزیع و هم در سیستمهاي انتقال رخ میدهـد، مشکلی براي مهندسین و محققین در این سیستمهاسـت[2] با پیشرفت اقتصادي و بهبود زندگی، تقاضـاي بـار درشبکه هاي توزیع به سرعت در حـال افـزایش اسـت. پـس همانند شبکه هاي انتقال، شرایط عملکـردي شـبکه هـاي توزیع، به مرز پایداري ولتاژ نزدیک هستند. کـاهش سـطح پایداري ولتاژ یکی از مهمترین عواملی اسـت کـه افـزایش ارائه بار توسط شرکتهاي توزیع را محدود میکند. بنـابراین افزایش روزافزونی در استفاده از مزارع بادي به چشـم مـی خورد. براي بررسی اثـر اسـتفاده از مـزارع بـادي کارهـاي متعددي انجام شده است. در [3] نویسنده تأثیر تغییـرات مشخصات سیستم توزیع از قبیل نسبت x/r و سطح اتصال کوتاه را در حضور نیروگاه بادي بررسـی کـرده و تغییـرات دینامیکی سیستم را درنظر گرفته اسـت. نویسـنده مرجـع[4] با استفاده از منحنی هاي P-V و V-Q اثر حضور مزارع بادي را بر شبکه 14باس IEEE بررسی کرده و نشـان داده است که در حضور مزارع بادي حد توان تغیر میکنـد. ایـن مطالعه در چندین مرجع دیگر انجام شده است. این مقالـه با استفاده از تعریف شـاخص پایـداري ولتـاژ و جایگـذاري مزارع بادي به رتبهبندي شـبکه قـدرت در شـرایط خـروج خطوط پرداخته است.
.2 پایداري ولتاژ
به توانایی سیستم قدرت در نگهداشتن ولتـاژ پایـدار تمـام باسها در سیستم بعد از اعمال اغتشاشی نسبت به وضعیت کاري اولیه، پایداري ولتاژ گفته میشود.با به تعبیـري دیگـر، پایـداري ولتـاژ عبارتسـت از توانـایی سیستم قدرت براي حفـظ ولتـاژ مانـدگار قابـل قبـول درتمامی شین هاي سیستم در شرایط عادي عملکرد و پـس از آنکه تحت یک اختلال قرار گرفت. عدم توانایی سیسـتم قدرت در تأمین توان رأکتیو مورد تقاضا را می توان دلیل اصلی ناپایداري ولتاژ بیان نمود. مشکل اصلی افت ولتـاژي است که به هنگام عبور توان حقیقی و رأکتیو از رأکتانس-هاي خطوط ایجاد می گردد .[5]
هنگامی که وقوع اختلال، افزایش بار و یا تغییر در وضعیت سیستم باعث افت فزاینـده و غیـر قابـل کنتـرل در ولتـاژ گردد، سیستم وارد حالت ناپایداري ولتاژ میشـود. کـاهش تدریجی ولتاژ سیستم و افت سریع آن در انتها را می توان از مشخصه هاي ناپایداري ولتاژ محسوب نمـود. ناپایـداري ولتاژ از لحاظ ماهیت، یک مسأله محلی اسـت کـه ممکـن است در یک یا چند باس رخ دهد، که پیامـدهاي آن مـی تواند در بر گیرنده کل شبکه باشد .[6 ,7]
تخمین شرایط عملکرد و حاشیه پایداري شبکه یک مسأله مهم و ضروري در جلوگیري از ناپایداري ولتـاژ مـی باشـد.تجربه نشان داده است که مقادیر ولتاژ باس ها نمـی توانـد پارامتر خوبی براي تعیین حاشیه پایداري ولتاژ شبکه باشد.[8] بنابراین به شاخص پایداري ولتاژ نیاز است کـه بتوانـد شرایط عملکرد سیستم را به سرعت و بطور دقیق تخمـین بزند. یک شاخص پایـداري ولتـاژ خـوب مـی بایسـت ایـن توانایی را داشته باشد که ضعیف ترین باس ها را مشـخص کند. منظور از ضعیف ترین باس، اولـین باسـی اسـت کـه ناپایداري ولتاژ در آن رخ خواهد داد.
.3 شاخص پایداري ولتاژ
این شاخص پایداري ولتـاژ بـراي هـر مـورد خـروج خـط، ترانس یا یک پست با جایگذاري اندازة ولتاژ عنصر خروجی در این شاخص بدست می آید، که به صورت زیر محاسـبه میشود:
در مطالعات انجام شـده در ایـن مقالـه، حـداکثر تغییـرات ولتاژ ( ) در 0/05 پریونیـت بـراي تمـام باسـبارها تنظیم شده است، به نحوي که هر افت (یا افزایش) ولتاژي که از 0/05 پریونیت نسبت به ولتاژ نامی ) ) بیشتر شود، غیرقابل قبول درنظر گرفتـه میشـود و در نتیجـه بـا توجه به شاخص پایداري ولتاژ جریمه اي صورت میگیـرد.ولتاژ نامی ) ) در اندازة ولتاژ حالـت اولیـه تنظـیم و ضریب وزنی ) ) برابر 1 انتخاب می شود.هرچه PI کمتـر باشـد یعنـی وضـعیت از لحـاظ پایـداري ولتاژي بهتر است.روشی که براي بررسی شاخص پایداري ولناژ مـذکور اجـرا شده به صورت زیر است:
حل پخش بار در شرایط پایه حل پخش بار براي شبکه بـراي حـالات خـروج تـک تـک خطوط از شبکه
بدست آوردن PI
رتبه بندي شبکه با استفاده از مقادیر PI
.4 شبیه سازي
شبیه سازي ها در نرم افزار دیگسایلنت انجام شـده اسـت.در هر حالت تک تک خطـوط را خـارج میکنـیم و سـپس براي هر خروج خط PIهاي تمام باسها را بدست می آوریم.این کار را در بارگذاريهاي مختلف انجام میدهـیم 100)، 110 و 120 درصد بارگذاري). در انتها با توجـه بـه مقـدار هر شاخص در حالات مختلف، براي هر بارگذاري شـبکه را از لحاظ پایداري ولتاژ رتبه بندي میکنیم.
حالت اول: شبکه 6 باس
شبکه 6 باس نمونه در شکل 1 آمده اسـت. اطلاعـات ایـن شبکه در مرجع [9] به طور کامل موجود است.
جدول 1 نتایج رتبهبندي شبکه 6 باس بدون مزارع بادي و در بارگذاري عادي را نشـان مـیدهـد. در بارگـذاريهـاي120% و %140 پخــش بــار همگــرا نمــیشــود. بنــابراین نمیتوان در این دو شرایط رتبهبندي را انجام داد.
شکل.1 شبکه 6 باس نمونه بررسی شده در مقاله
حالت دوم: شبکه 6 باس با جایگزینی مزرعه بادي
در این حالت به جاي ژنراتور باس 1 یک مزرعـه بـادي بـا همان توان جایگزین میکنیم تا تأثیر حایگزینی مزارع بادي را بررسی کنیم. چون ژنراتوز بـاس 6 هـیچ تـوان حقیقـی تولید نمی کند، این جایگزینی را براي ژنراتور باس 1 انجام دادیم. نتایج شبیهسازي و رتبهبندي در جدول 2 آمده است.
