بخشی از مقاله
چکیده
از مهم ترین مسایل مطرح در ریز شبکه های بادی سرعت متغیر مجهز به ژنراتور القایی دو تحریکه متصل به شبکه توزی ع انرژی الکتریکی ،پاسخ سریع و مطلوب سیستم در مواجهه با ناپای داریها ی اجادی شده در زمان راه اندازی و وقوع اغتشاشات ناگهانی حالت ماندگار در شبکه خواهد بود. در این مقاله به منظور بررسی رفتار سیستم در مواجهه با یا ن اختلالات ، با استفاده از معادلات کروز ، پاسخ دینامیکی حالت ماندگار و گذرای ریز شبکه بادی مجهز به DFIG، با نرم افزار MATLAB/Simulink شبیه سازی می گردد.
با استفاده از مدلسازی های صورت گرفته، پاسخ های دینامیکی حالت ماندگار و گذرای ولتاژ ،فرکانس ، جریان های روتور و استاتور ، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از پاسخ سر یع و مقاوم ماشین به تغییرات ناگهانی بار و اغتشاشات شبکه بود.
.1 مقدمه
در آینده نزدیک به دلیل افزایش روز افزون تولید گازهای گلخانه ای ،نفوذ منابع تجدید پذیر در شبکه های توزیع برق قابل پیش بینی است؛ بنابراین حفظ پایداری شبکه های توزیع در این شرایط بسیار پراهمیت است .[1]امروزه با توجه به رو به پایان بودن سوختهای فسیلی و تلاش برای کاهش استفاده از این منابع، توجه اغلب کشورها به سمت استفاده از منابع تجدیدپذیر معطوف شده است. ریزشبکه ها از جمله شبکه هایی هستند که در آنها از منابع تجددپذی یر استفاده چشمگیری شده است.
ریزشبکه ها، از اتصال مجموعه ای از تولیدات کوچک و مدولار در سیستم های ولتاژ پایین و متوسط تشکیل شده اند که شامل مجموعه ای از منابع انرژی همچون تویل دات پراکنده، منابع تجددپذی یر انرژی مثل باد ، فتوولتائی ک و سیستمهای ذخیره ساز انرژی می باشند
در سالهای اخیر اقدامات مختلفی برای بهینهساز ی و تغیی ر سیستمها یقدرت ازساختار سنتی به ساختاری جدید بامالکیت های خصوصی، صورت گرفته است. در نتیجه یا ن تغیی ر و ین ز تحول چشمگیر درزمینه فن آوریهای تولیدات پراکنده، انتظارمیرود که تولی دات کوچک، همچون توربو ژنراتورهای باد ی، آب ی و گازی کوچک ،فتوولتائیک ها، میکروتوربین ها، پیلهایسوختی و واحدهای تولید همزمان برق-گرما -سرما نقش مهم و اساسی را درصنعت برق ایفا کنند. تحقیقات انجام گرفته به وسیله موسسهEPRI نشان می دهد که تا سال 2010نزدیک به 25 درصد از تولیدات را منابع تولیدپراکنده تشکیل خواهند داد.
استفاده از ریز شبکه ها موجب ارائه توان با کیفیت بالاتر، افزایش قابلی ت اطمینان سیستم و کاهش هزینه ها، تلفات و آلودگی در شبکه توزیع میشود. با توجه به استفاده از فنآوریهای جدی د مانند توربین های بادی و فتوولتائیک ها در ریزشبکه ها، و نیز ماهیت تصادفی منابع تجدیدپذیری مانند باد و خورشید، مد یریت و بهره برداری بهینه و ایمن از این شبکه ها به یکی از اولویت های تحقیقاتی پژوهشگران در این زمینه تبدیل شده است.[4] پیش بینی رفتار این منابع و استفاده بهینه از آنها باعث افزایش بازدهی سیستم خواهد شد.[5] در بهره برداری از ریزشبکه ها اهداف گوناگونی همچون مسائل اقتصادی، زیست محیطی و کاهش میزان تلفات مدنظر قرار می گیرد.
ادغام واحد های تولید پراکنده به شبکه بینهایت بر قابلیت اطمینان و ایمنی شبکه تأثیر خواهند گذاشت .[7-6] در این می ان نقش ژنراتورهای القایی در پایداری این واحدها بسیار اهمیت دارد .[9-8] ژنراتورالقایی دو تحریکه به طور قابل توجهی بر پایداری ولتاژ سیستم تأثیر گذار خواهد بود.
بدین منظور شبیه سازی هایی از DFIG به منظور تجزی ه و تحلی ل رفتارهای دینامیکی و استاتیکی انجام گرفته شده است[15-12] اما جزییات مدل سازی ها تشریح نشده است. در این مقاله، با استفاده از معادله های دینامیکی کروز جزئیات ریز شبکه بادی سرعت متغی ر مجهز به DFIG در دستگاه dqشب یه سازی خواهد شد و درنهایت پاسخ های دینامیکی حالت ماندگار و گذرای ولتاژ /فرکانس ، جری انها ی روتور و استاتور نسبت به اغتشاشات شبکه بررسی می گردد.
.2 مدل سازی اجزای توربین بادی
در شکل - 1 - شماتیک کلی یک سیستم توربین بادی با ماشین القایی DFIG نشان شده است.]11[ این سیستم مجهز به یک ماشین القایی روتور سیمپیچی است که درچهار ناحیه کاری مورد بهربرداری قرار می گیرد .[12]س یم پ یچ استاتور مستقیم و سیم پیچ رتور از طریق رینگ های لغزشی و مبدل های قدرت به شبکه متصل می شود .[13] به منظور یپ اده سازی مدل می توان با استفاده از معادله های استاندارد شده، سه مجموعه معادله برای ماشین بدست آورد و سایر پارامترهای ماشین را در منابع دیگرمطالعه کرد
شکل -1شماتیک کلی از یک ریز شبکه بادی با ماشین القایی دو تحریکه متصل به شبکه بینهایت
.3معادله های ماشین القایی
تجزیه تحلیل دینامیکی ماشین های القایی در یک قاب مرجع اختیاری به عنوان یک رویکرد استاندارد برای شبیه سازی ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرد .[23-16] به عبارت دیگر متغیر های ولتاژ، جریان و شار پیوندی استاتورو روتور ، با چرخش در یک سرعت زاویه ای متغیر به دستگاه مرجع دیگر انتقال داده خواهند شد. به طور کلی تجزیه تحلیل ماشین ها به این روش را حل معادلات در چهارچوب مرجع اختیاری می نامند .[25- 24] یکی از مرسوم ترین معادلات موجود در این خصوص روابط اثبات شده کروز می باشد .[28-26] با توجه به شکل - 1 - معادل ه های شار پیوند ی DFIG در دستگاه گردان dq سنکرون ، به صورت زیر تعریف خواهند شد:
شکل -2 مدل dq ژنراتور القایی درفریم مرجع سنکرون
.4 نتایج شبیه سازی مدل مطالعاتی
در این بخش با استفاده از معادلات بدست آمده در قسمت قبل ،ماشین DFIG در محیطMATLAB/SIMULINK پیاده سازی می گردد. به منظور ساده سازی محاسبات ، ولتاژهای سه فاز ، از دستگاه abcبه دستگاه گردان دو فاز dq سنکرون انتقال داده می شود . شکل 7 و - 7-4 - به ترتیب شماتیک کلی مدل مطالعاتی ریز شبکه و مدل سازی DFIGدر دستگاه dq را نشان می دهد که در این شکل تمام معادلات دینامیکی ولتاژ، جریان، شار و گشتاور DFIGپیاده سازی شده است.
اولین سیگنال ورودی به DFIG در شکل 7 ، ولتاژهای سه فاز استاتور است که در حالت اتصال ریز شبکه بادی به شبکه سراسری توسط شبکه دیکته خواهد شد. سیگنال ورودی بعدی، ولتاژهای سه فاز روتور است که توسط کنترل کننده های صنعتی PI کنترل می گردند. [12] ورودی سوم به شکل 7 ، سیگنال شبیه ساز گشتاور مکانیکی و سرعت زاویه ای روتورمی باشد که این گشتاور توسط یک ماشین DC به ریز شبکه اعمال خواهد شد