بخشی از مقاله
چکیده
تحقیقات جدید در زمینه تو سعه یک نوع شبکه جدید، ایده شبکه dc را پی شنهاد کرده ا ست. با این حال، درجههای آزادی شبکه dc کمتر از شبکه ac است که توانایی کنترل جریان برق آن را محدود می کند. برای غلبه بر این مشکل، یک کنترل کننده ولتاژ dc کمکی که ولتاژ را روی یک خط dc تغییر می دهد در شبکه تعبیه شد تا درجه آزادی کنترل بیشتری را ارائه کند .
در این مطالعه، مزایای اضافه کردن این کنترل کننده به یک شبکه dc بررسی می شود. منطقه عملیات برای یک سی ستم با و بدون کنترل کننده ولتاژ dc کمکی محا سبه و دو پیکربندی مطالعه می شود: یک سیستم سه ترمینالی با سه خط و یک سیستم چهار ترمینالی با 5 خط. در این تحلیل، توسعه منطقه عملیات هر دو سیستم و حساسیت بالا نسبت به تغییرات ولتاژ ناشی از کنترل کننده تشریح می شود. در نتیجه برای توسعه یک شبکه dc عملیاتی، لازم است این نوع کنترل کننده توسعه داده شود تا درجه آزادی برای منتقل کننده ی جریان توان افزایش یابد.
-1 مقدمه
با یکپارچه شدن تولید انرژی تجدیدپذیر در شبکه موجود، ایده توسعه یک شبکه dc مطرح شد. برای مثال، این شبکه امکان ات صال ساده ی توربین های بادی و پنل های خور شیدی و در عین حال، امکان انتقال توان با انعطاف پذیری بالا را ارائه می کند. اولا، کابل های dc برای انتقال زیر آب و زیر زمین مناسب تر هستند که برای مزارع باد دور از ساحل و انتقال برق در شهر بکار می روند.
دوما، یک شبکه dc درحالی که توان راکتیو را مصرف می کند، الگوهای جریان توان بی شتری را به سی ستم توان ac موجود ارائه می کند.
تا به امروز، بی شتر پروژه های HVDC ،انتقال نقطه به نقطه بوده اند. برای مثال، مزرعه بادی دور از ساحل جدید، پروژه دور از ساحل BARD 1 ، از طریق یک اتصال dc نقطه به نقطه به ساحل متصل شده است .
پروژه های مزرعه بادی دور از ساحل ، مثل پروژه .ULHJHUʼV - ODN از شبکه dc چند ترمینالی ا ستفاده می کند.
پروژه های دیگر مثل طرح پنل خور شیدی مدیترانه ای و بیابانی ، ضرورت ایجاد شبکه dc برای انتقال توان از منطقه آفریقای شمالی به م صرف کننده های اروپایی را بیان کرده است.
درحال حا ضر از سه توپولوژی ا صلی برای سی ستم HVDC ا ستفاده می شود. از مبدل بر پایه تری ستورٌ که HVDC معمولی هم نامیده می شود، برای سیستم انتقال بار حجمی استفاده می شود.[2] این تکنولوژی، تکنولوژی کامل و بالغی ا ست که سالها ست نیرومندی آن اثبات شده ا ست. در سی ستم جریان م ستقیم ولتاژ بالا - - UHVDC حدود ±400kV ولتاژ اسمی می تواند به -800kV افزایش یابد. با این حال، این توپولوژی مبدل به ولتاژ شبکه ac قوی نیاز دارد چون یک مبدل line-commutated ا ست و توان راکتیو را م صرف می کند. به صورت اولیه این ساختار برای ولتاژهای معمولی و کم میباشد.
VSC بر پایه IGBTs که در ابتدا برای ولتاژ پایین و متوسط ساخته شده بود، امروزه وارد رنج ولتاژ بالا شده است. این سی ستم ویژگی کنترل بهتر م صرف توان راکتیو را دارد و میتواند به یک سی ستم AC ضعیف مت صل شود.[8] رنج ولتاژ حدود ± 200kV است و می تواند بالاتر هم برود. توپولوژی سوم، یک پیکربندی بر پایه مبدل چند سطحی - multilevel - ا ست. مبدل چند سطحی مدولی - پیمانه ایی - - MMC - ٍ بر ا ساس زیرمدول های نیم پل ا ست که به صورت سری متصل شده اند .
مفهوم شبکه ای بودن، باعث ایجاد یک راهکار بسیار جالب در صنعت شده است. در این نقطه، به نظر می رسد شبکه dc با استفاده از VSC توسعه داده شود اما مبدل چند سطحی قطعا یک جزء مهم در توسعه شبکه DC خواهد بود.
کنترل کننده های سیستم ac و شبکه dc متفاوت هستند. باس AC دو درجه آزادی دارد: بزرگی ولتاژac و زاویه فازی. این کنترل کننده ها، امکان کنترل PQ را فراهم کرده و از چهار نوع باس مختلف در تحلیل پخش باراستفاده می شود که عبارتند از: ولتاژ کنترل شده - PV - ، بار - PQ - ، باس های - device مبدلهای HVDC نوع ویژه - و .[10] slack هر باس دارای پارامترهایی است که دامنه ولتاژ، زاویه ولتاژ، توان حقیقی و توان راکتیو را تعریف می کند. در مقابل، فقط ولتاژ dc را می توان در سیستم های MTDC کنترل کرد. بنابراین، سه دسته مختلف ایستگاه ترمینال را میتوان برای سیستم های HVDC تعریف کرد :
.1رگلاتور یا تنظیم کننده ولتاژ که مانند مرجع باس ac عمل می کند. این را slack bus هم می نامندچون توان راکتیو ac، Pslack را کنترل می کند بنابراین مجموع ح سابی توان در شبکه HVDC ، صفر ا ست. کنترل Q، روی طرف ac ، ولتاژ ac را پشتیبانی میکند.
.2تزریق بار کنترل شدهَ ، نقش ویژه ایی در شبکه HVDC دارد و میتواند مثبت - generation - یا منفی - - load باشد و آن را complex power dispatcher هم می نامند چون مبدل توان حقیقی و راکتیو را در سمت ac تنظیم میکند - کنترل. - PQ
.3منبع باس AC ، ولتاژ و فرکانس ac را تنظیم می کند و امروزه برای مزارع بادی استفاده می شود و در این مزارع مانند یک باس ac نامحدود عمل می کند.
در جدول 1 ، دسته ها و منابع کنترل آنها به طور خلاصه بیان شده است. در این پژوهش فقط از دو دسته اول ایستگاه های ترمینال استفاده می شود.
- جدول - 1 منابع کنترل ایستگاه ترمینال HVDC
محدودیت کنترل کردن دامنه ولتاژ dc، فقط بر کنترل پخش بار شبکه HVDC اثر میگذارد. [3] برای توزیع مجدد توان انتقال شده روی خطوط dc ، کنترل بی شتری باید روی شبکه dc اعمال شود. ن صب یک کنترل کننده ولتاژ dc کمکی در یک سر خط اگر بتواند ولتاژ را روی آن خط تغییر دهد، می تواند اثر مهمی بر جریان توان بگذارد. با این حال، لازم ا ست ارزیابی شود که آیا این سی ستم بهبود یافته مزایای بی شتری که توجیه کننده هزینه آن ا ست را به سی ستم ا ضافه می کند. هدف این مطالعه، ارزیابی مزایای یک کنترل کننده ولتاژ dc کمکی ن صب شده روی خط انتقال، با استفاده از دو مطالعه موردی است. در ابتدا، شبکه DC متشکل از سه ترمینال و بعد، سیستم با چهار ترمینال مطالعه می شود.
یک رویکرد دیگر برای توزیع مجدد توان انتقالی در خطوط HVDC ، نصب کردن یک دستگاه - مدار - برای کنترل و هدایت ولتاژ اضافی به درون شبکه HVDC است . نصب یک کنترل کننده ولتاژdc کمکی در سر دیگر خط اگر بتواند
ولتاژ را در آن خط تغییر دهد، می تواند بر پخش بار تاثیر بگذارد.
در این مطالعه، مفهوم کنترل کننده پخش بار dc تو ضیح داده می شود. یک سی ستم سه ترمینالی ساده تو صیف
می شود تا ت صویر کاملی از موقعیت مورد مطالعه بیان شود. ابتدا سیستم سه ترمینالی دو خط انتقال دارد و بعد به سیستم سه خط انتقالی، ارتقا داده می شود . سیستم سه خط انتقال- سه ترمینالی با کنترل کننده پخش بار dc معرفی شده و مزایای آن ارزیابی و بررسی می شود. سپس، یک سیستم چهار ترمینالی توضیح داده می شود. هدف این مطالعه ، ارزیابی و بیان مزایای کنترل کننده پخش بار dc نصب شده روی خط انتقال با استفاده از دو مطالعه موردی یعنی یک شبکه سه ترمینالی و یک شبکه چهار ترمینالی می باشد.
-2 توضیحات سیستم
در سیستم سه ترمینالی که در شکل 1a دیده می شود، ایستگاه های ترمینال T1 و T2 ، ایستگاه های ترمینال با توان ثابت ه ستند و ای ستگاه ترمینال T3 ، رگلاتور یا تنظیم کننده ولتاژ ا ست. سناریوی مورد مطالعه می تواند ات صال دو کشور - ترمینال های T1و - T2 از طریق کابل های dc زیردریایی - خط اتصال - L13 و اتصال مزرعه بادی - T2 - در جایی دور از ساحل و از طریق خط اتصال L23 به ایستگاه T3 باشد.
برای توسعه یک شبکه HVDC، خط انتقال سوم را می توان بین ایستگاه های ترمینال T1 وT2 ن صب کرد - به همان صورت که در شکل1b دیده می شود - . هدف از این کار این است که وقتی توان بادی پایینی تولید می شود، میزان استفاده از خط اتصال یا لینکL23 به حداکثر ممکن برسد. فرض می شود هزینه های اضافه کردن خط L12 کمتر از اضافه کردن یک خط جدید از T1 به T3 باشد. با این کار، توانایی انتقال برق از T1 به T3 از طریق خط L12-L23 بیشتر می شود. یک مزیت دیگر، تامین نیاز احتمالی N-1 سیستم است.
- شکل - 1 پیکربندی های شبکه MTDC با ایستگاه های سه ترمینالی
