بخشی از مقاله
چکیده -
امروزه استفاده از منابع تولید پراکنده کاربرد وسیعی یافته است. اگر چه این منابع بسیاری از مشکلات شبکه را حل می کنند اما زیاد شدن آنها مسائل فراوانی برای سیستم قدرت به همراه دارد. از جمله مشکلات منابع تولیدات پراکنده که با آن مواجه هستیم، مسئله جزیرهای شدن آنها میباشد. در این مقاله روشی جدید برای تشخیص شرایط جزیره الکتریکی در سیستمهای توزیع حاوی تولیدات پراکنده پیشنهاد شده است.
این روش پیشنهادی، ترکیبی از روش نرخ تغییرات فرکانس نسبت به توان اکتیو به همراه نرخ تغییرات فرکانس نسبت به توان راکتیو تولیدات پراکنده میباشد. ارزیابی روش پیشنهادی توسط شبیه سازیهای انجام گرفته در نرم افزار ETAP که در اثر وقوع کلیدزنیهای انواع بار، بانک خازنی، وقوع انواع خطاها و راه اندازی موتور القایی بر روی سیستم مورد مطالعه، نشان دهنده دقت و عملکرد مطلوب روش پیشنهادی تشخیص جزیرهای است.
-1 مقدمه
امروزه، با توجه به افزایش منابع انرژی تجدیدپذیر، DG1 ها نقش مهمی در سیستمهای توزیع و فوق توزیع بر عهده دارند .[1] با این حال، در شرایط بهرهبرداری نامناسب از سیستم توزیع امکان به وجود آمدن شرایطی وجود دارد که در آن با وجود اینکه DG ها به شبکه متصلند، ولی از سیستم اصلی ایزوله شوند و تنها بارهای محلی خود را تغذیه کنند. این وضعیت بهرهبرداری به عنوان DG های جزیرهای شده شناخته میشود .
طبق استاندارد IEEE 1547-2003 حالت جزیرهای باید حداکثر تا 2 ثانیه تشخیص داده شده و منابع تولید پراکنده مربوطه نیز از سیستم جدا شوند . در واقع لازم است هر واحد DG متصل به سیستم توزیع به یک سیستم حفاظت ضد جزیرهای مجهز باشد تا ضمن جدا ساختن DG در زمان مناسب از سیستم، تمهیدات لازم شامل تامین توان و حفظ ولتاژ و فرکانس جزیره را در محدوده مجاز برقرار نماید. این توصیه به عنوان ویژگی ضد جزیرهای در طرح حفاظت سیستمهای توزیع شناخته میشود. بطور کلی حفاظت ضد جزیره ای برای حفظ ایمنی کارکنان و جلوگیری از هر گونه وصل مجدد در حالت عدم وجود سنکرونیزم استفاده میگردد.
برای تشخیص پدیده جزیرهای شدن بطور کلی دو روش محلی و کنترل از راه دور - مخابراتی - وجود دارد و روشهای تشخیص محلی نیز به دو دسته پسیو و اکتیو تقسیم میشوند.[5] روش پسیو که به دلیل سادگی در پیاده سازی کاربرد زیادی دارد، تنها با اندازهگیری پارامترهای سیستم و مقایسه حدود بالایی و پایینی پارامترها، حالت جزیرهای را تشخیص میدهد.
از روشهای پسیو تولید پراکنده میتوان به روشهای رله های ولتاژ و رله های فرکانس [6]، رله نرخ تغییرات فرکانس [7]، سرعت تغییرات توان خروجی [8] و شیفت فاز [9] اشاره نمود. این روشها معمولا به علت عدم تشخیص به موقع در حالت عدم تعادل توان کم بین تولید DG و مصرف بارها، دارای ناحیه غیر قابل آشکارسازی - NDZ2 - به نسبت بزرگی هستند.
روشهای اکتیو حالت جزیرهای را بهتر از روشهای پسیو تشخیص میدهند زیرا دارایNDZ کوچکی هستند اما به علت تزریق یک اعوجاج عمدی به شبکه، کیفیت توان سیستم را بطور نامطلوبی تحت تاثیر قرار داده و بطور معمول توسط اپراتورهای شبکه توزیع استفاده نمیگردند .[10] از مهمترین روشهای اکتیو میتوان به روشهای انحراف فرکانس اکتیو [11]، انحراف فرکانس در مد لغزش [12]، انحراف فرکانسی ساندیا [13] و تزریق هارمونیک در جریان خروجی تولید پراکنده [14] اشاره کرد.
جمین کنفرانس ملی ایده اهی نو رد مهندسی ربق ۲۹ مهر ماه ۱۲۹۵ – دانش گاه آزاد اسالمی واحد اصفهان - خوراسگان - در روشهای از راه دور از سیگنال های مخابره شده، از وضعیت بریکرها برای تشخیص حالت جزیرهای استفاده می شود. روشهای مخابراتی دارای ناحیه غیر قابل تشخیص ناچیزی هستند، اما مشکل آنها هزینه بالا نسبت به روشهای دیگر است.
شکل :1 سیستم مورد مطالعه
-2 سیستم مورد مطالعه
سیستم مورد مطالعه در شکل 1 نشان داده شده است و شامل 5 فیدر اصلی با سطح ولتاژ 25 KV و فیدرهایی که با ترانسفورماتورهای 10 MVA به منابع تولید پراکنده متصل شده اند. کل این مجموعه نیز از طریق ترانسفورماتور 50 MVA و نقطه اتصال مشترک - PCC - به شبکه اصلی با قدرت اتصال کوتاه 1000 MVA و توان پایه 10 MVA متصل شده است. این سیستم بصورت شعاعی و با تعداد 4 واحد سیستم تولید پراکنده - DG - سنکرون که سه تای آن با ظرفیت 9 MW و یک واحد آن با ظرفیت 5 MW بصورت ژنراتور اضطراری در نظر گرفته شده است. واحدهای DG در فاصله 20 KM از طریق خطوط توزیع و با ولتاژ 25 KV قرار گرفته اند. اینرسی ژنراتورها مقدار 0.7 و سایر ویژگی های دیگر ژنراتور، خطوط توزیع، ترانس و بارها در مرجع 15 آورده شده است. فرکانس سیستم هم 50 HZ در نظر گرفته شده است.
-3 روش ترکیبی ارائه شده
روشهای پسیو به عنوان یک پایه در مقالههای جدید مورد بررسی قرار گرفته است [16]و.[17] برای رهایی از مشکلات ناحیه عدم تشخیص بزرگ و بهبود عملکرد رلهها می توان روشهای ترکیبی پسیو که شامل پارامترهای مختلفی هستند مورد استفاده قرار داد تا شرایط جزیرهای از اختلالات غیر جزیرهای شبکه درست تشخیص داده شود.
یکی از روشهای مناسب جهت تشخیص حالت جزیرهای شدن ، بررسی نرخ تغییرات فرکانس نسبت به توان اکتیو است
این روش در اختلالات غیر جزیرهای مثل تغییرات ناگهانی بار نسبت به سایر روشهای رایج - ROCOF3 - دارای حساسیت کمتری بوده و در نتیجه میتواند تشخیص نادرست کمتری نیز داشته باشد. در این مقاله از تغییرات فرکانس نسبت به توان راکتیو نیز استفاده نمودهایم [19] تا تصمیم گیری براساس پارامترهای بیشتری باشد و به همان نسبت اشتباه در تشخیص نیز کمتر گردد. شکل شماره 2 فلوچارت روش پیشنهادی را نشان می دهد. مقادیر آستانه با شبیه سازیهای مختلف برای مثال DG شماره 4 با مقادیر 1 HZ/MW و 2 HZ/MVar تعیین شده است.
شکل :2 فلوچارت روش پیشنهادی
-4 شبیه سازی روش پیشنهادی
در این بخش ارزیابی روش پیشنهادی بر روی سیستم تحت مطالعه پیاده سازی شده است. برای شبیه سازی سیستم بارها بصورت متمرکز و امپدانس ثابت در نظر گرفته شده است. ابتدا در شکل شماره 1 کلید قدرت CB1 بسته است و سیستم در شرایط متصل به شبکه کار می کند. اختلال در لحظه t=0.05 ثانیه به سیستم اعمال و کلید CB1 باز می گردد که در این حالت شرایط جزیرهای به وجود آمده و تولیدات پراکنده به همراه بارهای موجود در سیستم از شبکه جدا میگردند.
1-4 بررسی روش پیشنهادی در حالت جزیرهای
جهت ارزیابی روش پیشنهادی در سیستم اشاره شده حالت های مختلف اختلالات جزیرهای و غیر جزیرهای مطابق جدول زیر در نظر گرفته شده است. جزیره شدن را نیز در سه حالت عدم تعادل توان اکتیو 5 ، 2 و 1 بررسی می کنیم . علت بررسی در سه حالت، این است که ما سیستم را در بدترین حالت که همان عدم تعادل توان اکتیو پایین است در نظر میگیریم. در این حالت به علت نزدیکی بین تولید منابع و مصرف بارها تغییرات ولتاژ و فرکانس بسیار پایین بوده و امکان عملکرد درست رله ها پایین می آید.
برای رسیدن به عدم تعادل توان اکتیو % 5 مطابق جدول شماره 1 باید توان اکتیو و راکتیو تزریقی شبکه و تولیدی منابع تولید پراکنده بصورت سطر اول باشد. شکل 3 قسمت الف شبیه سازی تغییرات فرکانس خروجی ژنراتور 1 در مدت 1 ثانیه و در قسمت ب نرخ تغییرات فرکانس به توان اکتیو و راکتیو df/dp - و - df/dq نشان داده شده است. واضح است که در این حالت نرخ تغییرات فرکانس ها از مقادیر آستانه و بیشتر است و مشکلی در تشخیص حالت جزیره ای پیش نمی آید.
شکل .3 حالت جزیرهای با عدم تعادل توان اکتیو . 5 قسمت الف تغییرات فرکانس و قسمت به نرخ تغییرات فرکانس نسبت به توان اکتیو و نرخ تغییرات فرکانس نسبت به توان راکتیو که روی شکلها نمایش داده شده است.
2-1-4 حالت جزیرهای دوم و سوم
در این حالت با عدم تعادل توان اکتیو 2 و 1 مشابه حالت قبل نرخ تغییرات فرکانس به توان راکتیو از نرخ تغییرات فرکانس به توان اکتیو بیشتر بوده و با توجه به مقادیر آستانه تعریف شده تشخیص جزیره ای به درستی انجام می گردد. همان طورکه مشخص است کمترین مقدار df/dp در شکل 4 و 5 به ترتیب 1.2 و 0.7 HZ/MW می باشد.
