بخشی از مقاله
چکیده
مزیتهاي فراوان منابع تولید پراکنده باعث شده است که استفاده از این منابع در شبکههاي توزیع روز بروز در حال افزایش باشد. حضور این منابع در شبکههاي سنتی توزیع باعث بروز مشکلاتی هم میگردد که بایستی برطرف گردند. مساله عملکرد جزیرهاي یکی از این مشکلات است که در آن منبع تولید پراکنده جدا از شبکه اصلی بارهاي اطراف خود را تغذیه میکند.
اینگونه عملکرد ممکن است باعث آسیب رساندن به تجهیزات مصرف کنندگان و خود واحد تولید پراکنده گردد. در این مقاله روشی جدید براي حفاظت ضد جزیره اي منابع تولید پراکنده ارائه شده است که از اندازه- گیري نرخ تغییرات فرکانس و تغییر توان خروجی واحد تولید پراکنده استفاده میکند. این روش قادر به تشخیص حالت جزیره اي حتی در مواقعی که اختلاف میان تولید ومصرف در بخش جزیره شده بسیار کم است، میباشد.
-1 مقدمه
اهمیت استفاده از انرژي هاي تجدید پذیر و مزیتهاي فراوان منابع تولید پراکنده، باعث گسترش روز افزون استفاده از این منابع در شبکه هاي توزیع شده است. مزایایی از قبیل کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ، بهبود شاخصهاي کیفیت توان، جلوگیري از سرمایه گذاري براي افزایش ظرفیت هاي انتقال و توزیع و غیره .[1] اما استفاده از این منابع در شبکه توزیع باعث بروز مشکلاتی هم میگردد که بایستی برطرف گردند.
یکی از این مشکلات مساله حفاظت ضد جزیرهاي میباشد. عملکرد جزیره اي به حالتی گفته می شود که در آن منبع تولید پراکنده از شبکه اصلی توزیع جدا گشته و به صورت مجزا بارهاي اطراف خود را تغذیه میکند. اینگونه عملکرد منبع تولید پراکنده مطلوب نیست، چراکه در اینصورت در بخش جزیره شده لزوماً ولتاژ و فرکانس در محدوده مجاز نیستند و باعث آسیب رساندن به تجهیزات مصرف کنندگان و همچنین خود واحد تولید پراکنده میگردد.
مهمتر اینکه اینگونه عملکرد ممکن است باعث به خطر افتادن امنیت پرسنل تعمیرات گردد. بنابر استاندارد IEEE 1547-2003 منابع تولید پراکنده باید حالت جزیره را حداکثر ظرف مدت دو ثانیه تشخیص داده و منبع تولید پراکنده را از شبکه جدا گردد.تاکنون روشهاي متعددي براي تشخیص حالت جزیره اي روش جدید هایبرید براي حفاظت ضد جزیره اي با استفاده از رله هاي فرکانسی و تغییر توان اکتیو ارائه شده است که میتوان آنها را به دو بخش عمده طبقه بندي کرد:
روشهاي راه دور - Remote Techniques - و روش هاي محلی - . - Local Techniques روشهاي راه دور مبتنی بر ارتباطات سیگنالی بین واحد تولید پراکنده و شبکه اصلی توزیع میباشد. این روشها اگرچه داراي قابلیت اطمینان بالایی میباشند ولی هزینه هاي بالاي پیاده سازي، استفاده از آنها را محدود کرده است. بنابراین روشهایی که بیشتر مطلوب است، روش هاي محلی تشخیص حالت جزیره اي میباشد که اساس عملکرد آنها بر مبناي اندازه گیري پارامترهایی مانند ولتاژ و فرکانس در محل DG میباشد. این روشها را میتوان در سه گروه طبقه بندي کرد:
-1 روشهاي اکتیو -2 روشهاي پسیو -3 روش هاي هایبرید.
در روشهاي اکتیو بطور تعمدي اختلالات کوچکی دائما توسط واحد تولید پراکنده به شبکه اعمال میگردد. سپس از این واقعیت استفاده می شود که در DG متصل به شبکه اصلی توزیع این اختلالات میرا شده و تاثیري بر روي عملکرد شبکه نخواهند داشت در حالیکه بهنگام عملکرد جزیرهاي پارامترهایی از شبکه مانند ولتاژ یا فرکانس در اثر این اختلالات تغییرات قابل توجهی خواهند داشت.
از جمله این روشها میتوان روش اندازهگیري امپدانس[3]، شیفت فاز اتوماتیک[4]، دریفت فرکانسی اکتیو[5] و تغییر در توان راکتیو خروجی[6] را نام برد. اشکال عمده این روشها اینست که با تحمیل مداوم اغتشاشات به شبکه خود عاملی براي برهم زدن کیفیت توان در شبکه میباشند. در روشهاي پسیو، پارامترهایی از سیستم مانند ولتاژ، فرکانس و یا اعوجاج هارمونیکی شبکه بطور دائم مانیتور میشود و بهنگام ایجاد حالت جزیره اي، یکی و یا تعدادي از این پارامترها تغییرات قابل توجهی خواهند داشت.
روش اندازه گیري نرخ تغییرات فرکانس[6]،نامتعادلی ولتاژ[7]، اعوجاج هارمونیکی [8] و تغییر در امپدانس شبکه[9] از جمله این روشها هستند. این روشها اگرچه روش هاي سادهاي هستند، اما داراي محدودي عملکردي غیر قابل تشخیص - Non Detection Zone - هستند که کارآیی آنها را محدود میکند. روش هاي هایبرید روش هایی هستند که با بهره گیري از مزایاي هر دو روش اکتیو و پسیو سعی دربرطرف کردن کاستی هاي روش هاي قبل را دارند.
[11]-[10] در [10] با استفاده از نرخ تغییرات ولتاژ و اعمال تغییر در توان اکتیو خروجی واحد تولید پراکنده، حالت جزیره اي را حتی در مواقعی که اختلاف بین میزان تولید و مصرف بسیار کم است بدرستی تشخیص می دهد. در [11] براي بالا بردن دقت در تشخیص حالت جزیره اي علاوه بر استفاده از نامتعادلی ولتاژ، از یک تغییر فرکانس همراه با فیدبک مثبت استفاده می کند.
در این مقاله نیز روش جدیدي با استفاده از اندازه گیري نرخ تغییرات فرکانس و تغییر توان خروجی واحد تولید پراکنده براي حفاظت ضد جزیره اي ارائه شده است.
-2 استفاده از رله هاي ROCOF جهت حفاظت ضد جزیره اي منابع تولید پراکنده معمولا داراي تجهیزات کنترلی پیشرفته- اي جهت کنترل ولتاژ و فرکانس نمیباشند و این منابع براي عملکرد در حالت توان ثابت تنظیم می شوند. بنابراین با بروز حالت جزیرهاي لزوما تعادل تولید و مصرف در شبکه جزیره شده برقرار نمیباشد. در رله هاي ROCOF از نرخ تغییرات فرکانس شبکه براي تشخیص حالت ضد جزیره اي استفاده میشود. د
ر این رله ها با قرار دادن یک حد مجاز براي حداکثر نرخ تغییرات فرکانس، تغییرات بیشتر از این حد تنظیمی را بعنوان جزیرهاي شدن منبع تولید پراکنده تشخیص میدهند. اگر فرض کنیم واحد تولید پراکنده در حالت دائم با توان مکانیکی ثابت Pm کار می کند و توان مصرفی شبکه برابر Psys باشد با فرض اینکه بار بصورت توان ثابت مدل شود میتوان رفتار دینامیکی منبع تولید پراکنده را با معادلات سوئینگ مدل نمود:
روش جدید هایبرید براي حفاظت ضد جزیرهاي با استفاده از رله هاي فرکانسی و تغییر توان اکتیو و مصرفی در شبکه ارتباط دارد. براي اینکه بتوان در تمامی شرایط بارگذاري شبکه، حالت جزیره اي را تشخیص داد، باید تنظیم رله ROCOF بر روي مقادیر کوچکی قرار داده شود تا حتی براي اختلاف کوچک میان تولید و مصرف در شبکه قادر به تشخیص حالت جزیره اي باشد.
از طرف دیگر، رله نباید DG را براي هرگونه اختلال فرکانسی کوچک در شبکه قطع کند و این لازم میدارد تا مقدار تنظیمی رله بر روي مقادیر بزرگتري قرار بگیرد. مقدار تنظیمی رله هاي ROCOF در شبکه هاي 50 Hz معمولا بر روي 0/1 Hz/s تا 1 Hz/s قرار می گیرد.[12] بنابراین براي عملکرد صحیح رله- هاي ROCOF باید همواره میزان حداقلی از اختلاف بین تولید و مصرف توان در بخش جزیره شده وجود داشته باشد تا این رله ها بدرستی عمل کنند.
در [12] با استفاده از منحنی هاي زمان تشخیص بر حسب عدم تعادل توان، عملکرد این رله ها بررسی شده است و نشان داده شده است که فاکتورهاي مهم در عملکرد رله هاي ROCOF، مدل بار - از لحاظ توان ثابت، جریان ثابت و یا امپدانس ثابت - و اینرسی سیستم می- باشد.
-3 روش هایبرید پیشنهادي جهت حفاظت ضد جزیرهاي فلوچارت روش پیشنهادي آمده است. در این روش فرکانس شبکه در هر نیم سیکل اندازه گیري شده و تغییرات آن نسبت به فرکانس نیم سیکل قبل محاسبه می شود. اگر این تغییرات فرکانس، در نتیجهي اختلاف زیاد میان تولید و مصرف در شبکه، از حد ماکزیممی - - α بیشتر باشد، حالت جزیره سریعاً تشخیص داده شده و منبع تولید پراکنده از شبکه جدا میگردد.
در غیر اینصورت این تغییرات براي پنج سیکل متوالی میانگین گیري میشود - avg - تا اثر خطا در اندازه گیري و یا محاسبات را به حداقل برساند. اگر avg از یک مقدار حداقل - - β بیشتر بود، تغییرات فرکانس میتواند در نتیجه ي رخ دادن حالت جزیرهاي و یا اتفاقات دیگر - مثلاً ناشی از شبکهي بالادستی - باشد. در اینصورت سیگنالی ارسال میگردد تا توان اکتیو تولیدي DG را تغییر دهد.
اعمال این دستور، توان اکتیو تولیدي DG را با توجه به کاهش و یا افزایش فرکانس سیستم به مدت یک ثانیه کاهش و یا افزایش میدهد. در طول این مدت نیز فرکانس دائما اندازه گیري شده و avg محاسبه میشود. اگر در طول این مدت avg از حد γ فراتر رفت، جزیره تشخیص داده شده و DG از شبکه قطع
می گردد. در غیر اینصورت توان تولیدي DG ریست شده و به مقدار اولیه باز می گردد. فرکانسی تاثیر مستقیم میگذارد. این وابستگی براي بارهاي مختلف در منابع مختلف بررسی شده است .
