بخشی از مقاله
چکیده
در سیستمهاي توزیع داراي واحدهاي تولید پراکنده - DG - 1، باید به طور جدي جریان خطا و اضافه ولتاژ القا شده در آن تحت شرایط غیرعادي را در نظر گرفت. این مقاله با در نظر داشتن اینکه استفاده از محدودکننده جریان خطاي فوق هادي - SFCL - 2 میتواند عملی باشد، اثرات SFCL فعال - اکتیو - نوع جبرانسازي ولتاژ را از طریق تحلیل تئوري و شبیه سازي مورد بررسی قرار داده است. SFCL فعال از یک ترانسفورماتور فوق هادي هسته -هوا و یک مبدل مودلاسیون پهناي باند - PWM - 3 تشکیل شده است.
میدان مغناطیسی در هسته هوا را میتوان با تنظیم جریان خروجی مبدل کنترل کرد؛ آنگاه امپدانس معادل SFCL فعال را میتوان به منظور محدود سازي جریان و حذف اضافه ولتاژ احتمالی، تنظیم کرد. در طی فرآیند بررسی، نظر به تغییرات در موقعیتهاي واحدهاي DG متصل به سیستم، ظرفیتهاي تولید واحدهاي DG و موقعیتهاي خطا، هر دو مورد محدودساز ي جریان و حذف اضافه ولتاژ SFCL فعال در نرمافزار MATLAB شبیه سازي و تحلیل شده اند. نتایج شبیه سازي نشان میدهد که SFCL فعال میتواند نقشی موثري در محدود کردن جریان خطا و اضافه ولتاژ داشته و همچنین میتواند در جلوگیري از آسیب رسیدن به تجهیزات توزیع مربوطه سهیم بوده و امنیت و قابلیت اطمینان سیستم را نیز بالا ببرد.
-1 مقدمه
به دلیل افزایش مصرف انرژي و قیمت بالاي نفت و گاز طبیعی، تولید پراکنده _ - DG - که با استفاده از چندین منابع انرژي کوچک تولید برق میکند_ هم اکنون در حال تبدیل به یکی از مولفههاي اصلی در سیستمهاي توزیع براي تغذیه بارهاي الکتریکی میباشد
بکارگیري DG در شبکههاي توزیع مزایاي زیادي از قبیل پشتیبانی انرژي و اصلاح پیک را به همراه شده است. اگرچه، حضور این منابع منجر به این میشود که شبکه توزیع طبیعت شعاعی بودن خود را از دست داده و سطح جریان خطا افزایش بیابد. بعلاوه، هنگامی که یک خطاي تکفاز با زمین در یک سیستم توزیع با سیم خنثاي ایزوله شده رخ میدهد، در دو فاز دیگر اضافه ولتاژ القا میشود و با در نظر داشتن وجود چندین واحد DG در سیستم، اثرات ولتاژهاي القا شده بر روي پایداري عایق شبکه توزیع و ایمنی عملکرد را باید به طور جدي مد نظر قرار داد. اعمال محدودکنندههاي جریان خطاي فوق هادي - SFCL - با هدف حل مسایل فنی بیان شده میتواند یک راه حل عملی باشد.
براي استفاده از برخی تجهیزات SFCL در یک شبکه توزیع داراي واحدهاي DG، تحقیقاتی انجام پذیرفته و حوزه تحقیقاتی آنها بیشتر بر روي محدود کردن جریان و بهبود هماهنگی حفاظت وسایل حفاظتی تمرکز داشته است
با این حال، با توجه به استفاده از SFCL براي حذف اضافه ولتاژ القایی، مطالعه در این باره نسبتا کم میباشد. با در نظر داشتن این که بکارگیري SFCL میتواند بر روي ضریب گراندینگ1 تاثیر بگذارد _که سهم زیادي در کنترل دامنه اضافه ولتاژ القایی دارد_ تغییر ضریب میتواند اثرات مثبتی بر روي مهار اضافه ولتاژ داشته باشد.
در تحقیقات پیشین SFCL [7] فعال نوع جبران سازي ولتاژ ارائه شده و در مطالعات دیگر نیز استراتژي کنترلی SFCL فعال و اثر آن بر روي حفاظت رله را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده شده است .[10]-[8] در این مقاله با در نظر گرفتن SFCL فعال به عنوان موضوع ارزیابی در یک شبکه توزیع با چندین واحد DG در آن و با در نظر داشتن تغییر مکان واحدهاي DG متصل به سیستم توزیع، ظرفیتهاي تولید واحد DG و موقعیتهاي خطا، دو مشخصه محدودسازي جریان و حذف اضافه ولتاژ SFCL فعال به طور دقیق مورد تحقیق و ارزیابی قرار گرفته است.
-2 تجزیه و تحلیل تئوري
-1-2 ساختار و اصول عملکرد SFCL فعال
شکل -1 - الف - نشان دهنده ساختار مداري SFCL فعال نوع جبرانساز ولتاژ تکفاز بوده که یک ترانسفورماتور فوق هادي هسته هوا و یک مبدل PWM نوع ولتاژ تشکیل شده است. Ls1 و Ls2 اندوکتانس خودي دو سیم پیچی فوق هادي بوده و Ms اندوکتانس متقابل میباشد. Z1 امپدانس مدار بوده و Z2 امپدانس بار میباشد. Ld و Cd براي فیلتر کردن هارمونیکهاي مرتبه بالاي ناشی از مبدل مورد استفاده قرار میگیرند. از آنجایی که قابلیت مبدل نوع ولتاژ در کنترل تبادل توان با تنظیم ولتاژ سمت AC پیاده سازي میشود، مبدل را میتوان به عنوان یک منبع ولتاژ کنترل شده UP در نظر گرفت. با چشم پوشی از تلفات ترانسفورماتور، مدار معادل SFCL فعال در شکل -1 - ب - نشان داده شده است.
در شرایط عادي - بدون خطا - ، جریان تزریقی - - I2 به سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور به منظور حفظ یک مقدار مشخص، کنترل میشود که در آن میدان مغناطیسی در هسته هوا را میتوان با مقدار صفر جبرانسازي نمود؛ بطوري که SFCL فعال هیچ تاثیري بر روي مدار اصلی نگذارد. به هنگام تشخیص خطا، جریان تزریقی به موقع از نظر دامنه یا زاویه فازي تنظیم میشود تا ولتاژ اولیه ترانسفورماتور فوق هادي که بصورت سري با مدار اصلی قرار دارد، کنترل شود و نیز جریان خطا را بتوان تا حدي کاهش داد.
در زیر، حالت تنظیمی مشخص SFCL پیشنهاد شده، تشریح میشود. در وضعیت عادي، دو معادله زیر را میتوان بدست آورد.
تحت شرایط خطا - که در آن Z2 کوچک میباشد - ، جریان اصلی از I1 به I1f افزایش یافته و ولتاژ اولیه به U1f افزایش مییابد.
ترانسفورماتور فوق هادي هسته-هوا داراي مزایاي زیادي همچون عدم وجود تلفات آهنی و اشباع مغناطیسی در آن میباشد و قابلیت کاهش در اندازه، وزن و هارمونیک در آن بیشتر از ترانسفورماتورهاي فوق هادي با هسته آهنی مرسوم میباشد
در مقایسه با هسته آهنی، هسته هوا _به دلیل جریان مغناطیس کنندگی بالا_ می تواند براي عملکرد به عنوان یک القاگر موازي بهتر باشد [13] و میتوان آن را به یک منبع توان پالس القایی به منظور کاهش تلفات توان براي افزایش بازده تبدیل انرژي و بیشتر شدن جریان پالس شده، اعمال کرد [14] و .[15] در هسته هوا هیچ نشانی از اشباع دیده نمی شود و بکارگیري آن میتواند به خوبی خطی بودن ZSFCL را تضمین کند.
