بخشی از مقاله
خلاصه
با رشد سریع نیروگاههای بادی، این منابع در انواع و سطوح ولتاژی مختلف به شبکه متصل میگردند. گسترش تولیدات پراکنده در شبکه مشکلاتی از جمله افزایش سطح اتصال کوتاه و ازبین رفتن هماهنگی تجهیزات حفاظتی ایجاد میکند. در این مقاله جهت کاهش جریان خطا و نیز به منظور ایجاد هماهنگی بین رلههای جریان زیاد در شبکههای توزیع متصل به نیروگاه بادی از محدود کنندههای ابررسانای فوق گرمایی - - HTSFCL استفاده شده است. به همین منظور در این مقاله انتخاب بهینه اندازه و محل نصب این نوع محدودکنندهها با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی - DE - انجام شده است. تابع هدف ارائه شده ضمن انتخاب کمترین مقادیر HTSFCL و کاهش هزینههای اقتصادی، سبب کاهش مجموع زمان عملکرد رلهها به کمترین مقدار ممکن و بازیابی هماهنگی رلههای جریان زیاد در شبکههای توزیع متصل به نیروگاه بادی میگردد.
کلمات کلیدی: HTSFCL، هماهنگی رلههای جریان زیاد، الگوریتم تکامل تفاضلی، منحنی مشخصه رله، جریان خطا.
.1 مقدمه
در شبکههای برق متداول، کاهش هزینههای تولید سبب افزایش قدرت نامی واحدهای نیروگاهی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه سبب کاهش این مقادیر میگردند و با در نظر گرفتن هر دو مورد نیروگاههای مدرن با واحدهای 200-250 مگاواتی ساخته میشوند. البته تمایل به تولید و انتقال برق با هزینه کمتر، افزایش قابلیت اطمینان، و کاهش آلودگی از عوامل بوجود آمدن تولیدات پراکنده در شبکههای قدرت میباشد. اتصال این منابع به شبکه علیرغم مزایایی یاد شده، سبب برخی مشکلات در هماهنگی رلههای حفاظتی میگردد.بهرهبرداران شبکه علاقهمند به استفاده و نصب FCLهایی هستند که در کارکرد عادی سیستم دارای امپدانس - افت ولتاژ و تلفات - کمی باشند و اولین پیک جریان خطا را محدود نموده و نیز هزینهی تعمیر و نگهداری کمی داشته باشند.
بنابراین HTSFCLها مورد توجه قرار گرفتند. مواد ساخته شده با تکنولوژی HTS گذر سریعی - کمتر از - 1ms بین ناحیهی مقاومتی و ابررسانایی خود دارند و در ناحیهی ابررسانایی مقاومت کم و در ناحیهی مقاومتی توانایی محدود کردن پیک اول جریان اتصال کوتاه را دارند. HTSFCLها دارای انواع سلفی، مقاومتی و سلفی- مقاومتی هستند که به دلیل خصوصیات نوع مقاومتی این نوع بیشتر مورد توجه است.[1] برخلاف نوع سلفی این نوع مشکلات پایداری ولتاژ ایجاد نمیکند .[2,3] پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی HTS سبب بالا رفتن کیفیت، سرعت عملکرد و مقاومت حالت مقاومتی HTSFCL شده و هزینههای خنکسازی ابررسانا را کاهش داده است. [2,4]
مرجع [5] توانایی کاهش جریان خطا HTSFCL را بررسی نموده است. مرجع[6] امکان سنجی استفاده از ابررساناها را انجام داده است و مکان و اندازهی مناسب SFCL را با آنالیز خطا بدست آورده است. مرجع [7] با هدف هماهنگی تجهیزات حفاظتی و [8] در حضور DG مکانیابی بهینه را انجام داده است. با توجه به موارد گفته شده مقادیر بهینه HTSFCL باید به نحوی انتخاب شوند که علاوه بر کاهش جریان خطا و کاهش هزینههای اقتصادی، سبب ایجاد هماهنگی بین رلههای اصلی و پشتیبان موجود در شبکه گردند.
در این مقاله مقادیر بهینه HTSFCL در شبکه 30 شینه IEEE بدون حضور تولیدات پراکنده و با هدف کاهش جریان خطا تعیین و مقادیر هماهنگی رلههای جریان زیاد و انتخاب منحنی مشخصه ارائه میگردد. سپس با افزودن 3 نیروگاه بادی از نوع ژنراتور القایی دوسوتغذیه - DFIG* - به شبکه آزمون، به بررسی تاثیر آن بر تعیین بهینه مقادیر محدودسازها و هماهنگی رلههای جریان زیاد میپردازیم. در ادامه تابع هدفی جهت انتخاب بهینه HTSFCL به منظور کاهش هزینه اقتصادی، با در نظر گرفتن هماهنگی رلههای جریان زیاد ارائه و مقادیر بهینه HTSFCL برای شبکه آزمون در حضور DFIGها با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی تعیین و صحت نتایج هماهنگی رلهها نمایش داده میشود.
.2 اطلاعات سیستم
مدل HTSFCL
مواد HTS دارای 2 ناحیهی ابررسانایی و عادی - مقاومتی - هستند و گذر بین این دو حالت مطابق شکل 1 با جریان، میدان مغناطیسی و دما تعیین میشود. استفاده از نسل دوم تولیدات - HTSمانند - YBCO بهجای نسل اول - مانند - BSCCO در FCLها باعث افزایش قابلیت اطمینان و کیفیت و کاهش هزینههای تولید شده استYBCO.[10,11,12] در کمتر از 77oK ابررسانا و نیتروژن مایع مادهای مناسب برای خنککاری آن است. با عبور جریان خطا دیگر سیستم خنکسازی قادر به کاهش دمای سریع HTSFCL نبوده و HTSFCL وارد ناحیهی مقاومتی میشود، پس از رخداد خطا HTSFCL طی زمانی تحت عنوان »زمان بازیابی « از حالت مقاومتی به حالت ابررسانایی خود بازمیگردد. سیستمهای خنککاری قویتر سبب کاهش زمان بازیابی میگردد.HTSFCL های مقاومتی با مقاومتهای متغییر با زمان و دما مدل میشوند که هر دو مدل کارآیی مناسبی دارند. دسته دوم مقاومت HTSFCL را مطابق رابطهی - 1 - بر حسب جریان - i - ،مقاومت حالت عادی Rmax ،مقاومت ابررسانایی Rsc ،جریان بحرانیIQ - حدود - 2pu و n - ثابتی که برابر 24 است - بیان میکنند.
مشخصه رله های جریان زیاد
منحنیهای عملکرد رلههای جریان زیاد استفاده شده در این مقاله که با رابطه - 2 - بیان میشوند در شکل 2 آمده است.که در آن TSM تنظیم زمانی رله و M برابر Isc/ Ipickup میباشد که در آن Isc جریان اتصال کوتاه عبوری از رله و Ipickup جریان تنظیمی رله میباشد و ثوابت n, K و L برای هر منحنی به شرح جدول 1 میباشد. از روش ارائه شده در [13] جهت هماهنگی رلههای جریان زیاد جهتدار استفاده و زمان عملکرد بحرانی - - CTI جهت جلوگیری از تداخل عملکرد رلههای اصلی و پشتیبان برابر 0,2 فرض شد و تنظیمات زمانی و جریانی رله بهگونهای تعیین گردید که قیود 7, &7, و 0.05 760L 1.5 ارضا شوند. از تابع هدف رابطه - 3 - جهت حداقل سازی مجموع زمان عملکرد هماهنگ رلهها استفاده میشود.که در آن ti زمان عملکرد رله اصلی، α1، α2 و ضرایب ثابت و Wmb= tibackup-timain -CTI اختلاف زمان عملکرد رله اصلی و پشتیبان است.
