بخشی از مقاله
واژههاي کلیدي: تولید پراکنده، جزیرهاي شدن، روش اکتیو، جبرانساز
چکیده
بهرهگیري از واحدهاي تولید پراکنده به سرعت در حال افزایش است و بسیاري از این واحدها به سیستم توزیع اتصال یافتهاند. جزیرهاي شدن یا قطع شبکه اصلی در صورتی روي میدهد که به واسطه برخی دلایل، تامین توان از شبکه اصلی قطع گردد، در حالی که واحد تولید پراکنده همچنان به تغذیه سیستم توزیع ادامه میدهد. از آنجا که جزیرهاي شدن اثرات منفی در حفاظت و عملکرد سیستم توزیع دارد، ایجاد جزیره باید بطور موثري تشخیص داده شده و واحد تولید پراکنده از سیستم توزیع جدا گردد. در صورتی که بعد از شکل گیري جزیره نامتعادلی توان - اکتیو یا راکتیو - در جزیره قابل توجه باشد، ایجاد جزیره به آسانی و با اندازهگیري پارامترهایی نظیر فرکانس و ولتاژ قابل تشخیص است. اما در صورت کوچک بودن نامتعادلی توان، تشخیص قطع شبکه اصلی با روشهاي متعارف دشوار است. در این مقاله یک روش اکتیو جدید جهت استفاده در واحدهاي تولید پراکنده سنکرون پیشنهاد شده است. روش پیشنهادي هیچگونه اثر منفی در عملکرد عادي سیستم در شرایط وصل شبکه نداشته و میتواند قطع شبکه اصلی را در شرایطی که نامتعادلی توانها کوچک هستند، بدرستی و در زمان کوتاه تشخیص دهد. نتایج شبیه- سازي بر روي شبکه نمونه، کارآمدي روش پیشنهادي را نشان میدهد.
-1 مقدمه
بر طبق استاندارد [1] IEEE STD 1547-2003 ، جزیره بخشی از شبکه است که از بقیه سیستم جدا گردیده و تنها توسط واحد تولید پراکنده تغذیه میگردد. بر طبق استاندارد فوق ایجاد جزیره باید حداکثر پس از دو ثانیه از شکلگیري شناسایی شده و واحد تولید پراکنده از شبکه جدا گردد. در این متن همواره جزیرهاي شدن ناآگاهانه مدنظر است. جزیرهاي شدن آگاهانه یا عمدي نیز که به معنی باز کردن بریکر با برنامهریزي قبلی است، میتواند باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم شده و در بازیابی مجدد سیستم کمک زیادي کند . [2] روش اکتیو جدید جهت تشخیص جزیرهاي شدن در حضور واحدهاي تولید پراکنده سنکرون روشهاي بسیاري جهت تشخیص قطع شبکه اصلی پیشنهاد گردیده است. این روشها به دو دسته کلی روشهاي محلی و غیر محلی تقسیم شدهاند . [3]
روشهاي محلی نیز در دو دسته روشهاي پسیو و روشهاي اکتیو قرار میگیرند. روشهاي محلی از اطلاعات و کمیت هاي موجود در خروجی واحد تولید پراکنده استفاده میکنند. روشهاي محلی قرار گرفته در نوع پسیو به اندازه گیري برخی از پارامترهاي سیستم نظیر ولتاژ و فرکانس بستگی داشته و بنابراین تداخلی در کار عادي سیستم ندارند . [3] در روشهاي اکتیو نیز تغییراتی به واحد تولید پراکنده اعمال شده و از پاسخ واحد به این تغییرات جهت تشخیص قطع شبکه استفاده میشود. این روشها نسبت به روشهاي پسیو موثرتر بوده، اما این دقت بیشتر به بهاي کاهش کیفیت توان شبکه تمام خواهد شد . [3]
در روشهاي غیرمحلی، یک ارتباط مخابراتی بین واحد تولید پراکنده و شبکه وجود دارد. این روشها نسبت به روشهاي محلی روشهاي موثرتري هستند. اما در مقابل روشهاي هزینه-
بري بوده و از لحاظ اقتصادي چندان به صرفه نیستند . [3] در تقسیمبندي دیگري روشهاي تشخیص قطع شبکه اصلی در دو دسته مبتنی بر ژنراتور سنکرون و مبتنی بر اینورتر قرار میگیرند . [2] بدیهی است که روشهاي مبتنی بر ژنراتور سنکرون براي واحدهاي تولید پراکنده سنکرون و روشهاي مبتنی بر اینورتر براي واحدهاي تولید پراکندهاي که جهت اتصال به شبکه از یک واسط اینورتري بهره میگیرند، نظیر واحدهاي بادي و فتوولتایی مناسب هستند. از آنجاکه روش پیشنهادي در این مقاله از نوع مبتنی بر سنکرون است، در ادامه مهمترین روشهاي پسیو و اکتیو مبتنی بر ژنراتور سنکرون بطور خلاصه بررسی میگردند.
مهمترین روشهاي پسیو عبارتند از : روش فرکانسی، روش ولتاژي، روش مبتنی بر نرخ تغییر فرکانس یا روش ROCOF و روش شیفت برداري. روش فرکانسی بر این اصل استوار است که با قطع شبکه اصلی در صورتی که نامتعادلی توان اکتیو در جزیره زیاد باشد، فرکانس از محدوده مجاز خارج شده و میتوان با اندازهگیري فرکانس قطع شبکه را تشخیص داد . [4] روش ولتاژي نیز بر نامتعادلی توان راکتیو استوار است، چراکه در صورت بزرگ بودن نامتعادلی توان راکتیو تغییرات ولتاژ باسها پس از قطع شبکه قابل توجه است . [5] در صورتی که نامتعادلی توان اکتیو کوچک باشد، روش فرکانسی موثر نبوده و میتوان از نرخ تغییر فرکانس یا ROCOF جهت تشخیص بهره گرفت . [6] در روش شیفت برداري از تغییر فاز ناگهانی ولتاژ پایانه ژنراتور جهت تشخیص استفاده میگردد. تغییر ناگهانی ایجاد شده در جریان خروجی ژنراتور با قطع شبکه، تغییر فاز ناگهانی ولتاژ پایانه ژنراتور را به همراه دارد، چراکه افت ولتاژ در طول راکتانس ژنراتور نیز بطور ناگهانی تغییر میکند . [7]
مهمترین روشهاي اکتیو پیشنهادي نیز عبارتند از : روش مبتنی بر مانیتورینگ مداوم امپدانس سیستم [8] ، روش مبتنی بر توان راکتیو و روش مبتنی بر توان اکتیو . [9] روش مبتنی بر مانیتورینگ مداوم امپدانس بر این اصل استوار است که با قطع شبکه، امپدانس دیده شده از دید واحد تولید پراکنده تغییر زیادي خواهد داشت، از این رو با اندازه- گیري مداوم این امپدانس میتوان قطع شبکه را تشخیص داد. این روش نسبتاً کارآمد است، اما به دلیل مشکلاتی که در پیاده سازي دارد، چندان مورد توجه قرار نگرفته است. در روش مبتنی بر توان راکتیو، جبرانسازي به سیستم تحریک اضافه میشود. این جبرانساز تمایل دارد که افزایش و یا کاهش ولتاژ را تشدید کند. طبیعی است که جبرانساز تنها در زمان ایجاد جزیره قادر به تغییر ولتاژ است و در سایر زمانها ولتاژ توسط شبکه تعیین میگردد. با قطع شبکه در صورت کاهش - یا افزایش - جزئی در ولتاژ، کاهش - یا افزایش - ولتاژ توسط جبرانساز اضافه شده، تشدید شده و باعث خروج ولتاژ از محدوده مجاز و عملکرد رله کاهش - یا افزایش - ولتاژي میگردد.
روش مبتنی بر توان اکتیو نیز مشابه روش مبتنی بر توان راکتیو است با این تفاوت که در آن جبرانساز اضافه شده تمایل دارد که افزایش و یا کاهش فرکانس را در زمان قطع شبکه اصلی، تشدید کرده و فرکانس را وادار به خروج از محدوده مجاز سازد. روش اکتیو جدید جهت تشخیص جزیرهاي شدن در حضور واحدهاي تولید پراکنده سنکرو روش مبتنی بر توان راکتیو، روش سریعی بوده و تمامی موارد جزیرهاي شدن را بدرستی تشخیص میدهد، اما در مقابل وابستگی بسیار زیادي به تغییر در امپدانس شبکه داشته و امکان عملکرد نابجاي آن نیز در مواردي نظیر سوئیچینگ خازن و ... زیاد است. روش مبتنی بر توان اکتیو وابستگی ناچیزي به تغییر در امپدانس شبکه داشته و امکان عملکرد نابجاي آن نیز کم است، اما در مقابل بدلیل وابستگی به عکسالعمل گاورنر سرعت کمتري داشته و نیز در صورت داشتن سهم بار القائی زیاد قادر به تشخیص قطع شبکه نیست. [9]
در روش پیشنهادي در این مقاله نیز مشابه روشهاي فوق جبرانسازي به ژنراتور سنکرون اضافه میگردد. روش پیشنهادي سرعت قابل قبولی داشته و در حضور سهم زیاد بار القائی نیز قادر به تشخیص قطع شبکه است. همچنین وابستگی آن به تغییر در قدرت اتصال کوتاه شبکه بسیار کم بوده و در شرایط وصل شبکه عملکرد مناسبی داشته و امکان
عملکرد نابجا ندارد. در ادامه اصول اساسی روش پیشنهادي و نحوه پیادهسازي آن بر روي ژنراتور سنکرون بیان شده و سپس عملکرد روش در شرایط قطع و وصل شبکه اصلی در حضور بارهاي مختلف با شبیهسازي شبکه نمونه در نرمافزار MATLAB ، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.
-2 اصول اساسی روش پیشنهادي
در شکل 1 یک واحد تولید پراکنده که به صورت موازي با شبکه کار میکند نشان داده شده است. در شرایط دائمی بخشی از توان بار، توسط شبکه و بخشی توسط ژنراتور سنکرون تامین میگردد. در صورتی که این توازن بهم بخورد، فرکانس سیستم طبق رابطه 1 داراي گذرائی خواهد بود. با قطع شبکه، رابطه 1 به رابطه 2 تبدیل میشود. چراکه با قطع شبکه توان تامینی توسط شبکه حذف شده و بار مصرفی تنها توسط ژنراتور تامین میگردد. در زمان مجاز جهت تشخیص - کمتر از دو ثانیه - به دلیل عملکرد آهسته گاورنر، توان تولیدي توسط ژنراتور تغییر چندانی ندارد. [6] روش پیشنهادي از وابستگی بارها به ولتاژ استفاده کرده و با تغییر توان مصرفی بارها، در هنگام قطع شبکه بر طبق رابطه 2 میزان نرخ تغییر فرکانس را تغییر داده و در نتیجه فرکانس را از محدوده مجاز خارج میسازد.
اصول کار بدین ترتیب است که با قطع شبکه و تغییر فرکانس، در صورتی که نرخ تغییر فرکانس مثبت باشد، ولتاژ پایانه توسط سیستم کنترل ولتاژ - AVR - کاهش داده میشود AVR - تنها در صورت قطع شبکه قادر به تغییر ولتاژ بار است و در سایر شرایط ولتاژ بار توسط شبکه تعیین میگردد - که خود این مساله به کاهش توان مصرفی بار و در نتیجه بر طبق رابطه 2 به افزایش نرخ تغییر فرکانس منجر خواهد شد و بالعکس در صورت کم شدن فرکانس پس از قطع شبکه با افزایش مصرف توان بارهاي مصرفی وابسته به ولتاژ این کاهش فرکانس تشدید شده تا جایی که منجر به عملکرد رله هاي کاهش فرکانسی گردد. در این روش فرض گردیده است که رله خاصی با هدف تشخیص قطع شبکه به ژنراتور اضافه نمیشود و تنها از رله فرکانسی که بر طبق استانداردهاي موجود تمامی واحدهاي تولید پراکنده سنکرون به آن مجهز هستند استفاده میگردد. قبل از توضیح چگونگی پیادهسازي روش بر روي واحد تولید پراکنده سنکرون ابتدا در بخش 3 چگونگی مدلسازي ژنراتو
