بخشی از مقاله
چکیده -
استفاده از محدود کننده جریان خطا در شبکههای هوشمند آینده به اثر احتمالی آن بر کاهش جریان خطا غیر طبیعی و مکان مناسب میکروگریدها مربوط میشود. با توجه به اتصال شبکهای میکروگریدها با شبکههای قدرت فعلی و پتانسیل آنها در مشارکت جریان خطای حادث شده؛ جداسازی و قطع خطای شبکه میتواند به چالشی گسترده و پرهزینه برای کلیدهای قدرت موجود تبدیل شود، لذا نیاز است راهحلی کاربردی برای توسعه موفقیت آمیز شبکههای میکروگرید ابداع نمود.
این مقاله، وسعت عملکرد مدلها را با در نظر گرفتن رفتار واقعی یک SFCL برحسب مشخصات دینامیکی وابسته بین میدانهای الکتریکی و چگالی جریان گسترش داده است. نتایج بدست آمده از بررسی جایابی بهینه SFCL مقاومتی با قید بیشترین اثر بر کاهش جریان خطا مولد تولید پراکنده میتواند کمک شایانی به تصمیمگیری مدیریت شبکه توزیع در خصوص سرمایه گذاری و ارتقاء فن آوری SFCL با درنظر گرفتن تعداد و مکان بهینه آن ارائه نماید.
-1 مقدمه
گسترش و ارتقاء شبکههای توزیع، اتصال منابع تولید پراکنده - با اهداف اقتصادی - و موازی کردن شبکهها با یکدیگر به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم، از جمله عوامل اصلی افزایش جریان اتصال کوتاه در شبکههای توزیع میباشد. این موضوع با توجه به اثرات ناخوشایند جریان خطا، نیاز به محدودسازی جریان خطا در شبکههای توزیع در حال توسعه را الزامی میسازد. به کار گرفتن محدودکننده جریان خطا ابررسانا1 یکی از روشهای موثر برای کاهش دامنه جریان خطا میباشد.
عملکرد اینگونه تجهیزات به پارامترهای محدودکننده جریان و موقعیت آن در شبکههای قدرت بستگی دارد، بعبارت دیگر، تغییر در موقعیت محدودکننده جریان میتواند منجر به افزایش و یا کاهش جریان اتصال کوتاه شبکه گردد؛ در این بین یافتن مقدار و مکان بهینه محدود کننده جریان خطا در شبکه قدرت حلقوی - متصل به مرزعه بادی - بسیار حائز اهمیت می باشد.
از طرف دیگر، محدود کننده جریان خطا باید سرعت پاسخدهی مناسبی داشته باشد تا بتواند از شدت آسیب وارده در طول زمان عملکرد رلههای حفاظتی به سایر تجهیزات سیستم جلوگیری نمایند. محدود کنندههای جریان خطا ابررسانا نوعی از محدودکنندهها هستند که قادر به کاهش جریان خطا در مدت زمان کمتر از یک سیکل پس از وقوع آن میباشند، همچنین علاوه بر محدودسازی جریان خطا و جلوگیری از تخریب تجهیزات، میتوانند سبب بهبود پایداری حالت گذرا سیستم قدرت گردند.
-2 انواع مدل سازی SFCL
مرجع [2] دو روش ساده برای مدل سازی SFCLهای مقاومتی - بدون خاصیت بازیابی - را برای مطالعات سیستم قدرت توصیف میکند:
1-2 مدل باینری
این مدل براساس وارد نمودن بدون واسطه - آنی - یک مقدار مقاومت بلافاصله پس از وقوع خطا در سیستم عمل مینماید، که به علت شبیه سازی ناقص، عمولاً فقط در مطالعات حالت مانای سیستمهای قدرت قابل استفاده میباشد.
2-2 مدل جدول مراجعهای غیر خطی
در این تکنیک مقدار مقاومت SFCL در طول زمان با نگاه کردن به یک جدول غیرخطی، که براساس معادله مشخصه فرونشانی3 یک نمونه محدود کننده واقعی انجام پذیرفته است اعمال میگردد. با این وجود، هر دو مدل اشاره شده در بالا قادر به اعمال خواص حرارتی-الکتریکی ابررساناها نمیباشند.
3-2 مدل حرارتی-الکتریکی SFCL
مدل یپیشنهادی مرجع [3]، دارای مهمترین ویژگی فیزیکی SFCL؛ مشخصه میدان الکتریکی بر حسب چگالی جریان و وابستگی آن به دمای مواد ابررسانایHTS4 است .
این معادله براساس گزارش آزمون ابررسانای نمونه BSCCO8-2212 است که در آن، E میدان الکتریکی، Ec میدان الکتریکی بحرانی - 1 µV/cm - ، J چگالی جریان، Jc چگالی جریان بحرانی ابررسانا، مقاومت ویژه حالت نرمال ابررسانا و n سرعت گذر از حالت ابررسانا به حالت نرمال میباشد. این معادله در نرم افزار MATLAB پیاده سازی شده و مدل تک فاز آن، برای توسعه یک مدل SFCL سه فاز بسط داده شده است.
بسیاری از مقادیر پارامترهای داده شده از مرجع [3] گرفته شده است. مقدار مقاومت در Tc، =1 μΩm و طول lsc به دلیل محدود نمودن جریان خطا برابر حدود تقریبی مقدار جریان موثر بار، متغیر انتخاب شده است. نتایج شکل 2، یک SFCL را در حالت مقاومتی با مقدار مقاومت حدود 4 Ω در 95 K9 و 12 .6 Ω در 300 K شبیه سازی مینماید. قطر ابررسانا dsc نیز به گونهای انتخاب میگردد که ابررسانا در مقدار جریان بار نامی شبکه، به حالت شار عبوری وارد نشده و این رویداد تنها پس از عبور اولین سیکل جریان خطا از مقدار بحرانی انجام پذیرد.
با توجه به روابط مرجع [3] میتوان SFCL را به صورت تابعی مشابه شکل 2 در Simulink تعریف نمود که دارای ورودیهای جریان مدار، دمای محیط ابررسانا - دمای مایع داخل محفظه خنک کننده- ، - 77œ K، دمای بحرانی - 95œ K - ، مقاومت موازی با محدود کننده و خروجیهای تابع عبارتند از Rsfcl ، E ، J و Tsc که به ترتیب معرف مقاومت ابررسانا، میدان الکتریکی، چگالی جریان و دمای سیم ابررسانا میباشند.
شکل :1 مشخصه E-J ابررسانا[3]
برای تخمین مقاومت ابررسانا با توجه به حالتهای ممکن یک ابررسانا: شار-خزشی5، شار-عبوری6 و یاهدایت نرمال7 با توجه به مقدار جریان و دمای ابررسانا از معادله - 1 - استفاده شکل SFCL :2 تکفاز شبیه سازی شده در نرمافزار MATLAB میگردد:
شکل :3 سیستم قدرت طراحی شده در .Simulink/SimPowerSystem - مکان وقوع خطا و نصب - SFCL
-3 مدلسازی سیستم قدرت با حضور DG
مدلسازی شبکه، با ادغام یک مزرعه بادی 10 MVA به شبکه قدرت توزیع پیاده سازی شده است. شکل 3 مدل سیستم قدرت طراحی شده را به همراه مکان وقوع خطا و مکان قرارگیری SFCL نمایش میدهد. این سیستم، ترکیبی از نیروگاه 100MVA، متشکل از ماشین سنکرون سه فاز بوده که از طریق خط انتقال با مشخصات ولتاژ 154 kV و 200 km طول، ترانس TR1 را به TR2 متصل میسازد. درپست فرعی - TR2 - ، ولتاژ به مقدار 22.9 kV کاهش مییابد. مصرف کننده صنعتی - 6 MW - ومصرف کنندههای توان پایین خانگی - هرکدام - 1 MW توان مصرف نموده و توسط انشعابیهای توزیع جداگانهای تامین نیرو میشوند.
مزرعه بادی ازطریق ترانسفورماتور TR3 به طورمستقیم به شاخه فرعی - B8 - متصل است و بار مصرف کنندههای خانگی را تامین مینماید. این مزرعه 10 MVA ترکیبی از پنج توربین القایی سرعت ثابت با قدرت اسمی 2 MVA میباشد. در ادامه سه خطای نمونه که از نوع خطای سه فاز به زمین میباشند، به ترتیب در شبکه توزیع، شبکه مشترکین وخط انتقال و چهار موقعیت برای نصب SFCL با عناوین موقعیت 1 - پست فرعی - ، موقعیت 2 - شبکه انشعابی - ، موقعیت - 3 نقطه ادغام مزرعه بادی با شبکه - و موقعیت 4 - مزرعه بادی - در نظر گرفته شده است.
هدف بررسی مقدار جریان خروجی مزرعه بادی - خروجی TR3 در شکل - 3 به ازای مکانهای مختلف SFCL، و در راستای تعیین مکان بهینه SFCL تجزیه و تحلیل شده میباشد.
-4 بررسی سناریوها
چهار سناریو براساس موقعیتهای احتمالی SFCL برای سه خطای اتفاق افتاده در سیستم قدرت شکل 3 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نخست، فرض نمودیم که یک دستگاه SFCL به ترتیب در موقعیت1 ، دوم، یک دستگاه SFCL در موقعیت 2 - انشعاب شبکه - ، سوم، یک دستگاه SFCL به صورت منفرد در موقعیت 3 - نقطه اتصال مزرعه بادی به شبکه اصلی - قرار میگیرد. درنهایت، به منظور روشن ساختن وضعیت سودمندی استفاده از دو SFCL، آنها را به ترتیب در مکانهای 1 و 4 قرار دادیم.
