بخشی از مقاله
خلاصه
استانداردهای فعلی شبکه بیان میکنند که سیستمهای فتوولتائیک - - PV تکفاز توان پائین باید در ضریب توان واحد - PF =1 - همراه با ردیابی نقطهی بیشینهی توان - MPPT - کار کنند و با پدید آمدن خطاهای شبکه از شبکه قطع شوند. با این وجود در حالت گسترش زیاد سیستمهای فتوولتائیک در شبکه توزیع، شرایط تغییر میکند و قطع این سیستمها از شبکه توزیع مشکلاتی را پدید میآورد که از جملهی آن میتوان به چشمکهای ولتاژ، ولتاژ پائین و مشکلات کیفیت توان برای مشترکین برق اشاره کرد. پس لازم است سیستمهای فتوولتائیک در زمان وقوع خطاهایی مثل افت ولتاژ، متصل به شبکه باقی بمانند.
در این مقاله دو نوع عملکرد در حالت متصل ماندن سیستم فتوولتائیک تکفاز به سیستم توزیع ولتاژ پائین در زمان افت ولتاژ شبکه مورد نقد و بررسی قرار میگیرد که این دو عملکرد عبارتند از: عملکرد تثبیت توان و عملکرد گذر از افت ولتاژ . - LVRT - شکل موجهای بدست آمده از شبیهسازی نشان9 میدهد که عملکرد تثبیت توان باعث اضافه جریان اینورتر و در نتیجه افزایش حرارت سوئیچها و نهایتا قطع اینورتر میشود که خود تصدیقی است بر دلیل قطع سیستمهای فتوولتائیک تکفاز متصل به شبکه در زمان خطای افت ولتاژ . ولی در حالت عملکرد LVRT مشاهده میشود که سیستم فتوولتائیک در زمان وقوع خطای افت ولتاژ و در زمانهایی که سطح ولتاژ بالاتر از مشخصهی LVRT است قادر به تزریق توان راکتیو به شبکه است که میتواند منجر به پشتیبانی شبکه در خلال افت ولتاژ و در نتیجه بازگردانی سیستم توزیع و پایداری آن شود.
.1 مقدمه
الزامات مربوط به ادغام سیستمهای فتوولتائیک با شبکه، دستورالعملهای ضروری را برای طراحی، کنترل و عملکرد سیستمهایPV متصل به شبکه ارائه میدهند. الزامات موجود در استانداردهای حال حاضر، ادغام سیستمهای PV با شبکههای توزیع را با فرض سطح نفوذ پایین و گسترش اندک این سیستمها پشتیبانی میکنند. با چنین فرضی، دستورالعملهای تعریف شده در استانداردهای فعلی شبکه معتبراند و برخی الزامات اصلی را برای سیستمهای PV بیان میکنند. برای مثال، بیشتر سیستمهای PV متصل به شبکه با پدید آمدن اختلالات گذاری شبکه - به طور مثال افت ولتاژها - ، انرژی دادن به بارهای محلیشان را متوقف میکنند .[1] یکی از استانداردهای بین المللی - برای کاربردهای - PV استاندارد IEC61727 است که در شکل 1 به صورت مصور بیان شده است.
شکل -[2]1 الزامات اساسی شبکه در استاندارد :IEC61727 الف - الزامات هارمونیکهای جریان تعریف شده برای سیستمهای قدرت PV با توان محدود شدهی کمتر از 10kw و در نظر گرفتن سطح گسترش پائین
ب - پاسخ به شرایط ولتاژ شبکه غیر طبیعی
هنگامیکه سیستمهای تبدیل توان PV گسترش مییابند، تاثیر قطع آنها از شبکهی توزیع برای پرسنل بهرهبردار سیستم توزیع و تولیدکنندگان اینورتر PV بسیار حائز اهمیت میشود. چنانچه شبکه توزیع قطع گردد و منبع تولید پراکنده متصل به شبکه به تغذیه بارهای موجود در شبکه ادامه دهد، گفته میشود منبع تولید پراکنده به صورت جزیرهای عمل میکند. کارکرد جزیرهای امری نامطلوب است و منابع تولید پراکنده متصل به شبکه مجاز به عملکرد به صورت جزیرهای نمیباشند
عملکرد ضدجزیرهای که حالت قطع سیستمهای PV را از شبکه بوجود میآورد ممکن است عوارضی مانند چشمکهای ولتاژ ، ولتاژ پائین و مشکلات, کیفیت توان را برای مشترکان ایجاد کند که باعث ایجاد خسارت به آنها میشود و همچنین باعث میشود پرسنل بهره بردار سیستم توزیع محدودیتهایی را برای ادغام سیستم PV با شبکهی توزیع وضع کنند
.2 بررسی خطای افت ولتاژ
افت ولتاژها در سیستمهای الکتریکی, به عنوان کاهش,های ناگهانی ولتاژ و پس از یک دوره زمانی کوتاه یک عمل بازگردانی ولتاژ تعریف شدهاند. افت ولتاژها عموماً بوسیلهی دامنه و مدت زمانشان مشخص شدهاند - به طور مثال در استانداردهای اروپا، کاهش آن بین 10 تا 99 درصد ولتاژ نامی و مدت زمان آن بین 10 میلیثانیه تا 1 دقیقه است - .
عوامل اصلی این اختلالات، افزایش ناگهانی و زیاد جریان جاریشده از طریق امپدانسهای سیستم است که میتواند دو دلیل اصلی داشته باشد: اتصال کوتاهها و سوئیچینگ بارهای بزرگ - به طور مثال راهاندازی موتورهای القایی - . افت ولتاژها و وقفه-های کوتاه به عنوان جدیترین اختلالات کیفیت توان در نظر گرفته میشوند؛ چون آنها بر روی رویههای حساس - خرابی تجهیزات - اثرگذاراند و اغلب به عنوان ویژگی خاص سیستمهای تغذیهی الکتریکی عمومی پذیرفته میشوند. افت ولتاژها نسبت به افزایش ولتاژها - بخصوص برای سیستمهای زمین شده - رایجتراند.[4]
.3 عملکرد تثبیت توان سیستم فتوولتائیک تکفاز متصل به شبکه در زمان وقوع خطای افت ولتاژ شبکه
همانگونه که بیان شد استانداردهای شبکهی حال حاضر بیان میکنند که سیستمهای PV تکفاز توان پائین - در حد چند کیلووات - باید در ضریب توان واحد - PF=1 - همراه با ردیابی نقطهی بیشینهی توان - MPPT - کار کنند و با پدید آمدن خطاهای شبکه که از جملهی آنها خطای افت ولتاژ میباشد، در مدت زمان مشخصی از شبکه قطع شوند. حال فرض کنیم که در زمان افت ولتاژ، سیستم به عملکرد خود در همان حالت قبل ادامه دهد.
شکل موجهای نشان داده شده در شکل 2 این نوع عملکرد را نمایش میدهند. این شکل موجها از شبیهسازی یک سیستم 1 کیلووات متصل به شبکه، دارای یک اینورتر تمام پل با سوئیچهای IGBT ، مبتنی بر روش کنترل PQ تکفاز بدست آمده است و همچنین از یک کنترل کنندهی تناسبی رزونانسی - - PR همراه با جبران کنندهی هارمونیکی برای دستیابی به کیفیت توان بالای جریان تزریقی استفاده شده است.
برای ساخت آرایه فتوولتائیک از 46 ماژول سری استفاده شده تا مقدار حداکثر توان خروجی حدود 1000 وات شود. شبکه با استفاده از منبع ولتاژ و امپدانس شبکه مدلسازی شده است. ایجاد افت ولتاژ شبکه توسط سوئیچینگ دو منبع ولتاژ با مقادیر RMS به ترتیب 230 ولت برای حالت عملکرد نرمال و 126/5 ولت برای حالت افت ولتاژ - مقدار پیک ولتاژ منابع به ترتیب 325/27 و 178/898 میباشد - صورت گرفته است که باعث ایجاد کاهش 0/45 پریونیت ولتاژ میشود. سوئیچینگ این منابع در زمان بین 0/7 تا 1 ثانیه صورت پذیرفته است؛ بدین صورت که در زمان 0/7 تا 1 ثانیه، ولتاژ به میزان 0/45 پریونیت کاهش مییابد. جزئیات سیستم شبیهسازی را میتوان در مرجع 5 مطالعه کرد.
