بخشی از مقاله
چکیده
انرژی بادی در سراسر جهان، در حال کسب اهمیت فزایندهای است. این رشد و توسعه سریع تکنولوژی و فناوری انرژی بادی و رشد و شکوفایی بازار مربوطه برای بسیاری از افراد و موسسات، نتایج بزرگی در بر دارد. انرژی جنبشی باد، دارای بیشترین مقدار خود در سطح دریا میباشد. از این رو احداث نیروگاههای بادی، به صورت فراساحلی و حدودا با فاصله 30 الی 40 کیلومتری از ساحل بیشترین راندمان و توان تولیدی را در بر دارد. همچنین به منظور کاهش اثر خطای ایجاد شده بر پایداری شبکه و جلوگیری از تخریب مصرف کنندههای حساس صنعتی، ژنراتور سنکرون به عنوان منبعی برای تامین توان الکتریکی اکتیو و راکتیو در ساختار توربینهای بادی در نظر گرفته شده است. که در این مقاله با استفاده از تعداد محدودی از توربین های بادی مبتنی بر ژنراتور سنکرون، بیشترین تاثیر بر روی سطح پروفیل ولتاژ و در نتیجه پایداری شبکه گذاشته میشود. در این طرح، پس از طراحی شبکه قدرت، ابتدا با وجود خطای سه فاز، میزان سطح پایداری و تثبیت پروفیل ولتاژ سنجیده میشود و سپس با استفاده از توربینهای بادی، و اتصال آن به شبکه اصلی، به افزایش پایداری سطح پروفیل ولتاژ و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان شبکه، کمک میشود.
واژگان کلیدی: پایداری شبکه، ژنراتور سنکرون، پروفیل ولتاژ، تولید پراکنده
-1 مقدمه
با توجه به رایگان بودن و در دسترس بودن انرژی باد، یکی از روشهای تولید توان الکتریکی، انرژی باد است. انرژی بادی در سراسر جهان، در حال کسب اهمیت فزایندهای است. این رشد و توسعه سریع تکنولوژی و فناوری انرژی بادی و رشد و شکوفایی بازار مربوطه برای بسیاری از افراد و موسسات، نتایج بزرگی در بر دارد. انرژی جنبشی باد، که در واقع توان بادی نام دارد، دارای بیشترین مقدار خود در سطح دریا میباشد، بهطوریکه با افزایش فاصله 1 کیلومتری از سطح دریا، %10 کاهش توان بادی وجود دارد. از این رو احداث نیروگاههای بادی، به صورت فراساحلی و حدودا با فاصله 30 الی 40 کیلومتری از ساحل بیشترین راندمان و توان تولیدی را در بر دارد - . - Burton et al, 2001 در یک شبکه قدرت الکتریکی ایدهآل ولتاژ و فرکانس در هر نقطه تغذیه ثابت بوده و ولتاژ نقاط تغذیه سه فاز متقارن، جریان ها سه فاز متقارن، ضریب توان واحد و سیستم عاری از هارمونیک است. ثابت نگه داشتن فرکانس با ایجاد توازن توان اکتیو بین منبع تولید و مصرف کننده تحقق مییابد و کنترل ولتاژ با نظارت بر میزان توان راکتیو تولیدی و مصرفی در یک شین صورت میگیرد - . - Barthelmie et al, 2010
توان راکتیو هنگام نیاز باید تولید شود و چون مصرف بارها در ساعات مختلف شبانه روز تغییر میکند،بنابراین توان تولیدی ژنراتورها نیز باید کنترل شود - . - Vittal et al, 2008 عدم توازن توان اکتیو، از تاثیر آن بر سرعت یا فرکانس ژنراتور احساس میشود. در صورت کاهش بار و اضافه بودن تولید، ژنراتور تمایل به افزایش سرعت روتور و فرکانس خود دارد و در حالت افزایش بار و کمبود تولید، سرعت و فرکانس ژنراتور کاهش خواهد یافت. انحراف فرکانس از مقدار کافی آن به عنوان سیگنالی جهت تحریک سیستم کنترل خودکار انتخاب شده و بدین ترتیب با ایجاد توان قدرت اکتیو بین منبع تولید و مصرف کننده فرکانس سیستم ثابت نگه داشته میشود - . - Salhi et al, 2014 همچنین اگر کاهش ولتاژی صورت گیرد میتواند ناشی از مصرف کننده های سلفی نظیر الکتروموتورهای توان بالا باشد که توان راکتیو مصرف میکنند که در این زمان سطح ولتاژ شبکه کاهش مییابد که باید به منظور جبرانسازی کاهش ولتاژ، جریان تحریک ژنراتور افزایش یابد تا کمبود ولتاژ ناشی از توان راکتیو مصرفی توسط مصرف کننده ها برطرف گردد - . - Sivakurmar et al, 2012 ژنراتور مورد استفاده در توربین بادی میتواند ژنراتور سنکرون یا ژنراتور القایی باشد که با توجه به ساختار و طراحی نیروگاه میتوان از هر کدام استفاده کرد. در شکل - 1 - ، نمونه ای از اتصال توربین بادی به همراه ژنراتور سنکرون به شبکه مشاهده میشود.
توسعه در بخش تولید و مصرف انرژی الکتریکی، شبکههای انتقال و توزیع برق پیامدهایی همچون افزایش تعداد خطا و افزایش سطح جریان خطا را به دنبال دارد. جریان اتصال کوتاه از دیرباز تاکنون یکی از معضلات عمده سیستمهای قدرت بوده و همواره شبکههای الکتریکی و تجهیزات موجود سیستم قدرت را با مشکلات بسیار زیادی مواجه ساخته است - . - Das, 2001 افزایش جریان اتصال کوتاه پیامدهایی چون صدمه زدن به تجهیزات و بالا بردن هزینهها را دارد. با وقوع خطا، جریان خطا در شبکه جاری میشود که این جریان مخرب پایداری شبکه و پایداری ژنراتور توربین بادی را مختل میسازد - . - Paul et al, 2012 وجود توربین بادی در شبکه در موقع خطا بسیار حائز اهمیت است چرا که ژنراتور با تزریق توان راکتیو به شبکه میتواند جریان اتصال کوتاه را در محل خطا تامین کند و پایداری شبکه را بهبود بخشد. از این رو در حالت خطای شبکه ژنراتور باید ثبات خود را حفظ کند و بتواند پایداری سیستم را بهبود بخشد - Mohanty . - et al, 2014 افزایش پایداری سطح پروفیل ولتاژ در زمان اتصال کوتاه و اغتشاشات شبکهای، موضوعی است که از دیرباز تا به اکنون در حال تحلیل و بررسی میباشد - . - Ferry et al, 2008
در این مدل توان تولیدی ژنراتور با توجه متغیر بودن سرعت باد، دارای فرکانس های مختلفی میباشد، و به همین دلیل نمیتوان توربین را به شبکه متصل کرد. به همین جهت با استفاده از مبدل الکترونیک قدرت AC/DC/AC ابتدا ولتاژ تولید شده با فرکانس متغیر به ولتاژ DC تبدیل شده و سپس توسط اینورتر به ولتاژ AC به فرکانس ثابت تبدیل شده است. با توجه به مطالب گفته شده، هدف از ارائه مقاله، تاثیر مزارع بادی فراساحلی بر سیستمهای قدرت به منظور افزایش پایداری ولتاژ شبکه در زمان وقوع خطا میباشد. این طرح میتواند کمک چشمگیری به افزایش کیفیت توان در شبکههای قدرت و افزایش پایداری شبکه داشته باشد. شبیه سازی مدلهای ارائه شده در این مقاله، با استفاده از نرم افزار Matlab/Simulink میباشد و صحت نتایج نشان داده شده را تایید و اثبات میکند.
-2 توان بادی
انرژی باد به عنوان یک انرژی تجدیدپذیر که با گستردگی مناسب، امکان استفاده در همه مناطق و بخصوص مناطق دور افتاده را دارد، توجهات روزافزونی را به خود معطوف داشته است. یکی از بهترین روشهای بهرهبرداری از انرژی باد، تولید انرژی الکتریکی از باد است که از قرار دادن توربینهای بادی در مسیر باد میسر میشود، بهطوریکه انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی و در نهایت به انرژی الکتریکی تبدیل میکند - . - Anders, 2014 از آنجایی که باد یک پدیده تصادفی بوده و دارای سرعت متغیر و نوسان میباشد، تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی الکتریکی دارای مشکلات، مسائل و محدودیت های خاص خود میباشد. چگالی انرژی باد یک روش مناسب برای برآورد مقدار پتانسیل موجود در هوا در یک سایت بادی میباشد. چگالی انرژی باد، مقدار انرژی است که توربین بادی میتواند آنرا از هوا جذب نماید. از آنجا که هوا جرم دارد و با حرکت کردن، تولید باد میکند لذا دارای انرژی جنبشی میباشد. پس با توجه به جرم هوای جابه جا شده و سرعتی که در پیش رو دارد، انرژی جنبشی باد برابر است با - : - Mukund, 1991
