بخشی از مقاله
خلاصه
افزایش پتانسیل انرژی بادی در شبکه قدرت، روش بهرهبرداری از شبکه قدرت را تغییر داده است. امروزه مزارع بادی در راستای کدهای مجاز شبکه باید قادر به فراهم کردن توان راکتیو در شبکه قدرت باشند. وقوع خطا در خطوط انتقال متصل به مزارع بادی بهعنوان اصلیترین دلیل افت ولتاژ در شبکه و مصرف توان راکتیو آن توسط ژنراتور بادی شناخته است. نصب بازیابنده دینامیکی ولتاژ - DVR - در مزارع بادی بهعنوان یکی از ادوات مبتنی بر الکترونیک قدرت با تزریق ولتاژ سری میتواند مانع از افت ولتاژ شبکه و مصرف توان راکتیو توسط ژنراتور شود. قابلیت گذر از خطا - FRT - در توربین بادی و تأمین الزامات کدهای مجاز شبکه از اهداف اصلی نصب DVR در مزارع بادی میباشند. در سالهای اخیر عدم طراحی استراتژی مناسب جبران خطا در DVR با توجه به اهداف نصب آن در مزارع بادی منجر به کم شدن تمایل صاحبان مزارع به نصب DVR شده است. در این مقاله ابتدا با معرفی اهداف نصب DVR در مزارع بادی به تحلیل انواع استراتژیهای جبران خطا در آن پرداختهشده است. سپس استراتژیهای مناسب جبران خطا در DVR با توجه به اهداف مشخص صاحبان مزارع بادی از نصب DVR تعیینشده است. بر اساس تحلیل انجامشده در این مقاله، طراحی DVR بر اساس استراتژیهای پیش از خطا، همفاز و مینیمم انرژی، منجر به داشتن قابلیت گذر از خطا در توربین بادی توسط DVR خواهد شد. همچنین طراحی DVR بر اساس استراتژیهای پیش از خطا و مینیمم انرژی به ترتیب منجر به جذب حداکثر و حداقل توان اکتیو از توربین بادی توسط DVR میشود. تأمین الزامات کدهای شبکه توسط DVR ملزم به طراحی آن بر اساس استراتژی جبران پیش از خطا است. از نتایج بهدستآمده در این مقاله میتوان در طراحی DVR بر اساس اهداف مشخص صاحبان مزارع بادی استفاده کرد.
.1 مقدمه
افزایش اهمیت انرژی بادی در سرتاسر جهان، بهرهبرداران از سیستمهای قدرت را بر توسعه کدهای مجاز شبکه واداشته است. عمدهترین مشکل انرژی بادی مربوط به رفتار ژنراتورهای بادی حین وقوع افت ولتاژ در خطوط متصل به مزارع بادی است. ژنراتورهای بهکاررفته شده در توربینهای بادی قابلیت تحمل افت ولتاژ را ندارند. هنگامیکه در خطوط متصل به مزارع بادی خطایی رخ میدهد، مبدل سمت روتور - RSC - * در ژنراتور القایی دو سو تغذیه - DFIG - بهوسیله سیستم حفاظتی تعبیهشده در آن اتصال کوتاه خواهد شد؛ بنابراین ژنراتور DFIG به ژنراتور القایی معمولی تبدیلشده و موجب جذب توان راکتیو از شبکه و کاهش ولتاژ آن میشود .[1] به دلیل اینکه مبدل سمت شبکه - GSC - در ژنراتور - DFIG - ظرفیت انرژی کمی دارد، نمیتوان از آن برای ارائه توان راکتیو استفاده کرد .[2] به همین دلیل در [3-4] از STATCOM بهمنظور ارائه توان راکتیو به شبکه استفاده شده است. به دلیل اینکه STATCOM قابلیت محافظت از مبدل RSC را ندارد، در ژنراتور DFIG باید از مدار حفاظتی Crowbar استفاده کرد. یکی از مشکلات این مدار حفاظتی، طراحی مقاومت لازم برای آن است. مقدار این مقاومت باید برای ماکزیمم جریان اتصال کوتاه باید بالا و برای به وجود نیامدن ولتاژ زیاد در مبدل روتور باید پایین باشد.[5] فعال شدن مدار حفاظتی Crowbar در DFIG موجب به وجود آمدن استرس مکانیکی زیاد در شفت و گیربکس توربین بادی خواهد شد .[6] بازیابنده دینامیکی ولتاژ - DVR - یکی از جبرانکنندههای بسیار سریع ولتاژ برای مصرفکنندههای حساس صنعتی میباشد .[7] به همین دلیل در [8] از DVR برای بهبود قابلیت گذر از خطا - FRT - ** در DFIG استفاده شده است. در [9-10] استراتژی کنترلی مناسب در DVR بهمنظور توسعه پایداری مزارع بادی بدون توجه به الزامات کدهای مجاز شبکه طراحیشده است. در این مقاله ابتدا کدهای مجاز شبکه در مزرعه بادی معرفیشده است. سپس با ارائه روابط مهم DVR نصبشده در بین مزرعه بادی و شبکه، قابلیت هر یک از استراتژیهای متعارف DVR در جبران توان اکتیو و راکتیو ازدسترفته به دلیل وقوع خطا با یکدیگر مقایسه شده است. در انتها استراتژی مناسب جبران خطا در DVR نصبشده در مزرعه بادی با در نظر گرفتن الزامات کدهای مجاز شبکه تعیین شده است.
.2 کدهای شبکه
افزایش سطح انرژی مزارع بادی در برخی از نواحی و کشورها منجر به شرایط خاصی جهت اتصال مزارع به شبکه قدرت شده است. کدهای شبکه مزارع بادی را در کنترل فرکانس و ولتاژ سهیم میکند. ایجاد ثبات در رفتار توربینهای بادی و کاهش مقدار توان ازدسترفته در مزارع بادی از اهداف اصلی کدهای شبکه میباشد. بر اساس [9] الزامات اخیر کدهای مجاز شبکه شامل قابلیت گذر از خطا، بهبود محدوده ولتاژ و فرکانس، تنظیم توان اکتیو و کنترل ضریب توان است. کدهای مجاز شبکه به تولید توان راکتیو بهمنظور حمایت از ولتاژ سیستم در حین خطا تأکید دارد. در شکل - 1 - نمودار قابلیت گذر از خطا در یک توربین بادی نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود، حین وقوع خطا تا مدتزمان معین توربین بادی باید به شبکه متصل باشد. تنظیم توان راکتیو درخواست بسیاری از کدهای شبکه میباشد. این تنظیم منجر به کنترل ولتاژ در نقطهی اتصال مزرعه بادی خواهد شد. در شکل - 2 - نسبت توان راکتیو به توان نامی برحسب ولتاژ در کدهای شبکهی اسپانیا نشان داده شده است. بر اساس این شکل نسبت توان اکتیو به توان نامی توربین بادی در حین وقوع افت ولتاژ در سمت شبکه باید در محدوده مجاز باقی بماند.
.3 بازیابنده دینامیکی ولتاژ - DVR -
بازیابنده دینامیکی ولتاژ بهعنوان یکی از ادوات الکترونیک قدرت از بارهای حساس در مقابل افت ناگهانی ولتاژ محافظت میکند و بهطور سری بین شبکه و بار متصل میشود. 95 شامل یک ترانسفورماتور سری تزریق، مبدل منبع ولتاژ، فیلتر خروجی اینورتر و دستگاه ذخیرهساز انرژی متصل به لینک DC است. حین وقوع افت ولتاژ در شبکه، DVR که بین مزرعه و شبکه قرارگرفته است، ابتدا افت ولتاژ در شبکه را تشخیص میدهد و مقدار ولتاژ موردنیاز را به ولتاژ استاتور - ولتاژ شبکه - تزریق میکند. درنتیجه ژنراتور توربین بادی بههیچعنوان خطا را احساس نمیکند و به عملکرد خود بدون وقفه خود ادامه میدهد. در شکل - 3 - ، تزریق ولتاژ توسط DVR در مزرعه بادی بهمنظور حفاظت از ژنراتور نشان داده شده است.
