بخشی از مقاله
چکیده _ طبق تعریف جزیرهای شدن به شرایطی گفته میشود که یک قسمت از شبکهی الکتریکی توسط یک یا چند منبع برقدار شود در حالیکه این قسمت از بقیهی سیستم الکتریکی جدا شده باشد. جزیره ای شدن شبکه برق را میتوان به دو گروه تقسیم بندی کرد : جزیرهای شدن ناخواسته و جزیرهای شدن عمدیمعمولاً. تولید همزمان - DG - به تولید همزمان برق و حرارت - CHP - تبدیل می شود.تولید همزمان برق و حرارت یا CHPنیز عبارت از تولید همزمان چند نوع انرژی قابل استفاده - معمولاً میکانیکی و گرمایی - در یک سیستم واحد و یکپارچه. در تکنولوژی CHP بصورت همزمان حرارت قابل استفاده و انرژی الکتریکی در پروسه ای واحد و با بازدهی بالا تولید می شود.
در حالی که در روشهای معمول 60 درصد انرژی تولید شده به شکل بخار بر فراز برج خنک کننده هدر می رود ، در سیستم CHP این حرارت همزمان با پروسه تولید انرژی الکتریکی جذب شده و مورد استفاده قرار می گیرد و این امر باعث افزایش بازدهی سیستم تا 80 درصد در محل استفاده می گردد. مبحث حفاظت دستگاههای قدرت در حضور واحدهای تولید پراکنده - - DG ازجمله این موضوعات است؛ و در این میان، حفاظت DG ها در مقابل پدیده جزیره شدن، به دلیل اثرات نامطلوبی که روی شبکه برق و DG ایجاد میکند، لازم است بدان پرداخته شود.
با وقوع پدیده مذکور، باید مولدین DG توسط دستگاههای حفاظتی که بهوسیله شرکتهای توزیع و بهرهبرداران DG پیشبینیشده، از شبکه جدا شوند. روش شناسایی جزیره شدن باید بهگونهای انتخاب شود تا بهطور مؤثری، این وضعیت تشخیص داده شود. این روشها در دودسته محلی و مبتنی بر راه دور قابلبررسی است و روشهای محلی نیز خود به دو بخش پسیو و اکتیو تقسیمبندی میشود. هدف از این مقاله بررسی و مقایسه انواع روشهای تشخیص جزیره است که پس از معرفی و تبیین مزایا و معایب آنها، قابلیتهای آنها را بر اساس نیاز سیستم حفاظتی DG مقایسه خواهیم کرد و عوامل تعیینکننده در انتخاب یک روش نیز ارائه خواهد شد.
مقدمه
با توسعه روزافزون دستگاههای قدرت، مسائل جدیدی مطرح میشود که لازم است متناسب با نیازها و محدودیتها موردبررسی قرار گیرند. منابع تولید انرژی برق در سراسر شبکههای برق و بر اساس الگوهای خاصی نصبشدهاند و هرروز با مسائل گوناگونی از مشکلات زیستمحیطی گرفته تا تأمین سوخت روبرو هستند. بخش زیادی از توان تولیدشده بهوسیله نیروگاهها به دلیل تلفات بالای شبکههای انتقال در مسیر طولانی بین تولیدکننده و مصرفکننده برق به هدر میرود، وجود چنین مشکلاتی باعث به وجود آمدن ایده منابع تولید پراکنده برق و مقبولیت آن در نظر سرمایهگذاران این صنعت گردیده است.
در حقیقت تغییرات پیش رو در صنعت برق، پیشرفتهایفنّاورانه و مشکلات ناشی از احداث و نگهداری نیروگاههای بزرگ و شبکههای سراسر انتقال و توزیع، تولید پراکنده را به پدیدهای مهم با چشماندازی روشن تبدیل کرده است و بسیاری از کشورها بخش قابلتوجهی از افق آینده تأمین انرژی خود را درٌDG دیدهاند. در آمریکا و اروپا تولید پراکنده به یکراه حل ممکن فنی و مالی تبدیلشده است.[1] در برخی از کشورهای اروپایی، سهم تولید پراکنده به بالاتر از 60 درصد رسیده است. طبق آمار اعلامشده رشد نسبت ظرفیت نصبشده تولید منابع پراکنده طی سالهای 2000 الی 2008 از %10 به %37 رسیده است.
[4] افزایش بهای انرژی، محدودیتهای شبکه، مشکلات زیستمحیطی و لزوم بهبود شبکه توزیع از عمده دلایلیاند که سازمانهای برق را به سمت توسعه DG ما سوق داده است. در این میان ورود برق بهعنوان یک کالای تجاری در معاملات بهابازار مشوقی برای سرمایهگذاران جهت ورود به عرصه منابع تولید پراکنده - و تجدید پذیر - شده است. DG ما بهعنوان بازوهای کمکی تولیدکنندههایبزرگ عموماً در شبکههای توزیع و روی فیدرهای شعاعی قرار میگیرند.
تاریخچه بهکارگیری DG به اوایل دهه 90 برمیگردد.[6] تا آن زمان در سطح شبکه توزیع، مجوز تولید برق صادر نمیشد؛ اما با پیادهسازی سیاست خصوصیسازی و شکلگیری بازار عرضه و تقاضای برق مجوز حضور DG ها در شبکه توزیع صادر شد. بااینحال DG ها از مسائل و مشکلات خاص خود برخوردارند و به فراخور سیاستهای منطقه، الزامات و شرایط خاصی برای اتصال به شبکه برق رعایت میشود. تأثیرگذاری روی سطح اتصال کوتاه و سیستم حفاظتی و به دنبال آن طرح مسئله جزیره شدنٍ ازجمله این مسائل است.
در اثر وقوع پدیده جزیره شدن اثرات نامطلوبی در شبکه رخ میدهد که لازم است در کمترین زمان ممکن دستگاههای حفاظتی عمل کرده و DG را از مدار خارج کند. در مورد نحوه شناسایی این پدیده و چگونگی حفظ DG از تبعات آن، تاکنون تحقیقات زیادی صورت گرفته و روشهای متعددی ارائهشده و در عمل نیز مورداستفاده قرارگرفته است. انجمن IREC3 مستندات جامعی از شرایط اتصال DG ها به شبکه تهیهکرده است که در بخشی از آن حفاظت DG و موضوع جزیره شدن شرح دادهشده است.[6] در مرجع [7] ضمن معرفی کلی چند روش، آنها را مورد مقایسه قرار داده است. در این مقاله مشکلات و مسائل فراروی موضوع جزیره شدن مطرحشده است.
در مرجع [8] حفاظت سیستم چند ژنراتوری با سیستم انورتری بهطور مفصل شرح داده است. مرجع [2] به بررسی روشهای اکتیو در تولید پراکنده نوع مبتنی بر کانورتوری پرداخته و نقش ابزارهای کنترلی P-V و P-Q را در بهبود این روش شبیهسازی نموده است. اما در مرجع [3] بهبود روش اکتیو را در منابع مبتنی بر ژنراتور شبیهسازی و مدل نموده است. نویسندگان [9] با ترکیب چند روش شناسایی از نوع محلی و استفاده از سیستم فازی، شیوه جدیدی ارائه نمودهاند. نتایج شبیهسازیشده نیز مفید بودن طرح را نشان می دهد.
مرجع [10] ضمن بررسی روش اکتیو نوع AFD4، با ارائه روش فیدبک مثبت کاهش ناحیه NDZ5 را مدنظر قرار داده است. با توجه به اینکه ناحیه NDZ یکی از عیوب روشهای محلی هست، در این مقاله با ارائه شبیهسازی انجامشده ناحیه مذکور را بهطور مؤثری کاهش داده است. در مرجع [1]نیز روش توان راکتیو موردبررسی قرارگرفته است. هدف در این تحقیق کاهش اثر منفی تجهیزات حفاظتی روی شبکه بهعنوان یکی از معایب روشهای اکتیو است. در این مقاله ابتدا به مفهوم جزیره شدن و اهمیت آن خواهیم پرداخت و در ادامه روشهای شناسایی آن را بهطورکلی موردبررسی قرار میدهیم. سپس بر اساس قابلیتها، معایب و مزایا، آنها را مقایسه خواهیم کرد.
. مفهوم جزیره شدن
ازجمله موضوعات مهم مرتبط با منابع تولید پراکنده پدیده جزیره شدن آن است. استاندارد IEEE - 1547 جزیره شدن را اینگونه تعریف کرده است: وضعیتی که بخشی از یک شبکه - شامل بار و منابع - DG به دلیلی از شبکه جدا شود و برقدار بماند.[9] در شکل 1 ناحیه A در اثر یک حادثه و توسط بریکر CB1 از شبکه قدرت EPS6 جدا میشود، اما این ناحیه توسط تولیدکننده DG1 برقدار میماند. چنانکه در شکل نشان دادهشده ناحیه B نیز مستعد جزیره شدن در اثر قطع بریکر CB2است.
در نواحی A وB احتمال وقوع جزیره شدن وجود دارد
برقدار ماندن سیستم و عدم شناسایی جزیره یک وضعیت نامطلوب و خطرناکی برای نیروهای تعمیرات و تجهیزات است. خروج مولدهای DG از وضعیت سنکرون، اولین نتیجه پس از وقوع جزیره شدن است.[8] در این شرایط کارکرده ژنراتور و تأمین بار با پارامترهای خارج از محدوده به تجهیزات بار و DG صدمه خواهد زد. از طرف دیگر عملکرد ریکلوزرها -که عموماً روی فیدرهای شبکه توزیع نصبشدهاند - موجب اتصال مجدد جزیره به شبکه میگردد. لذا دستگاههای حفاظتی باید پس از وقوع جزیره بهسرعت DG ها را از مدار خارج کنند.
حفاظت DG
موضوع حفاظت DG در مقابل جزیره شدن یک موضوعکاملاً انحصاری برای DG است [15] و شناسایی جزیره جداسازی DG از سیستم دارای اهمیت فوقالعادهای است. وقتی جزیره شکل میگیرد لازم است که دستگاههای حفاظتی بهسرعت DG را از مدار خارج کنند. سرعت عمل بریکر به زمان باز وصلمجدد نیز بستگی دارد و الزاماً بین حفاظت شبکه و بهرهبردار DG باید هماهنگی صورت گیرد. اما موضوع مهمی که مطرح است نحوه شناسایی جزیره و جداسازی DG از PCC7 است. روشهای مختلفی برای شناسایی جزیره ارائهشده که بر اساس عوامل و پارامترهای خاصی انتخاب میشود. علاوه بر این ازآنجاییکه DG ها به دودسته مبتنی بر ژنراتور و مبتنی بر اینورتر تقسیمبندی میشوند[3]، تعیین نوع سیستم حفاظتی به تکنولوژی DG نیز بستگی دارد. این روشهاعموماً در دودسته محلی َ و مبتنی بر راه دورُ قابلبررسیاند.
[10] درروش های محلی تغییر پارامترهای خروجی DG اندازهگیری و بررسی میشود و فرمانها لازم بر اساس میزان تغییرات به بریکرها ارسال میگردد؛ اما در روشهای مبتنی بر راه دور وضعیت شبکه در نقاط بالادست و بهطور مستمر توسط تجهیزات، اندازهگیری و بررسی میشود و دستورات لازم از طریق ارتباطات مخابراتی به DG ارسال میشود. در بخش بعد انواع آنها را موردبررسی قرار خواهیم داد. . روشهای شناسایی جزیره شدن جزیره شدن به روشهای مختلفی قابلشناسایی است و هر یک از این روشها دارای معایب و مزایایی هستند که بر اساس نیازها و شرایط DG مورداستفاده قرار میگیرند. چنانکه ذکر شد به دودسته محلی و راه دور تقسیمبندی میشوند.
