برچسب متصل و مستقل از شبکه

کاهش منابع سوختهای فسیلی، اثرات نامطلوب زیست محیطی و پایین بودن بازدهی شبکه های برق سنتی، تمایل به تولید برق در نزدیکی بار و سطح شبکه توزیع را با استفاده از منابع تجدید پذیر افزایش داده است. یکی از راهکارهای اساسی به منظور حل مشکلات مطرح شده استفاده از ریزشبکه ها میباشد. به مجموعه ای از منابع کوچک تولید انرژی در سطح ولتاژ توزیع، ریزشبکه گفته میشود. ریزشبکه در دوحالت متصل به شبکه و جدا ازشبکه بهره برداری میشود. در این پژوهش یک طرح حفاظت دیفرانسیلی را برای حفاظت ریزشبکه با استفاده از تبدیل حوزه زمان-فرکانس مانند تبدیل S بیان میکند. در ابتدا جریان باسهای متوالی اندازه گرفته شده و با استفاده از تبدیل S پردازش شده و کانتورهای زمان-فرکانس آنها بدست میآید. محتوای طیف انرژی کانتورهای زمان-فرکانس سیگنالهای جریان خطا محاسبه شده، سپس انرژی تفاضلی برای ثبت الگوهای خطا در ریزشبکه در حالت متصل به شبکه یا جزیرهای حساب میگردد. کارایی روش پیشنهادی در انواع مختلف خطا (متقارن یا نامتقارن) و خطای امپدانس بالا در ریزشبکه در ساختارهای شعاعی یا حلقوی ارزیابی شده است. که یک مقدار حد آستانه مشخص برای انرژی تفاضلی میتواند برای ارسال سیگنال تحریک در زمان مناسب در حدود 2تا 3 سیکل از زمان رخداد خطا بسیار مناسب باشد. نتایج بدست آمده نشان داده است که طرح حفاظتی مبنی بر انرژی دیفرانسیلی میتواند از ریزشبکه در مقابل شرایط خطاهای مختلف به صورت موثر حفاظت کند. بنابراین روش پیشنهادی یک انتخاب مناسب برای حفاظت ناحیه گسترده میباشد.

برای شبیه سازی ریزشبکه از نرم افزار pscad وبه منظور تحلیل نتایج شبیه سازی، ازنرم افزار MATLAB استفاده شده است.

واژه‌های کلیدی:

ریزشبکه، تبدیلS ، حفاظت، انرژی تفاضلی

فصل 1:مقدمه

1-1- پیشگفتار

سیستمهای قدرت در سرتاسر جهان با مشکل کاهش تدریجی منابع فسیلی روبرو هستند. از طرفی استفاده از منابع فسیلی موجب آلودگی محیط زیست خواهد شد. این مشکلات منجر به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع توسط منابع تجدید پذیر انرژی مانند: سلول های فتوولتاییک، مزارع بادی، پیلهای سوختی، سیستم های تولید همزمان توان و حرارت وغیره شده است.

توسعه ریزشبکه به منظور تامین انرژی در صنعت، آینده روشنی را ترسیم نموده است که برخی از این فواید عبارتند از : تاثیرات محیطی کمتر ریزشبکه نسبت به نیروگاههای حرارتی بزرگ به دلیل کاهش انتشار گازهای گلخانهای، اصلاح پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات به دلیل نزدیکترشدن فاصله الکتریکی و فیزیکی بین تولید و مصرف، افزایش کیفیت توان به دلیل تمرکززدایی از تولید و حداقل نمودن زمانهای قطعی و بروز خاموشی در شبکه، همچنین به دلیل بهره برداری از تلفات گرمایی در سیستمهای CHP[1] وکاهش هزینههای تولید، ریزشبکه در مسائل اقتصادی نیز منافع زیادی را به دنبال خواهد داشت.

1-2- طرح موضوع

شبکههای توزیع سنتی بهصورت شعاعی بهره برداری میشوند، بنابراین طراحی سیسم حفاظت برای این شبکهها چندان پیچیده نیست. اما باتوجه به شتاب توسعه تکنولوژی ریزشبکه در شبکههای توزیع و به واسطه تغییر در مقدار و جهت پخش توان و همچنین تغییر در سطوح اتصال کوتاه در نقاط مختلف شبکه به هنگام بروز خطا، مشکلاتی در هماهنگی بین ادوات حفاظتی موجود در شبکههای سنتی به وجود آمده است. ریزشبکه یک شبکه محلی است که شامل واحدهای تولید پراکنده، سیستمهای ذخیره انرژی و بارهای پراکنده بوده که به صورت متصل و یا مستقل از شبکه درحال کار است [[i]].

دریکریزشبکه،واحدهایتولیدیکوچکیهمراهبایکواسط الکترونیکقدرت(اینورتر)وجوددارندکهریزمنبعنامیدهمیشوند.اینمنابعدرمناطقمحلیقرارمیگیرندومزایاییازقبیل داشتنهزینهپایینبرایمصرف کنندهوتولیدکننده،ولتاژکم،قابلیت اطمینانبالا،افزایشافزونگیوقوتسیستموانعطاف پذیریبالایی دارند[[ii]].

دودستهاصلیریزمنبعوجوددارند.یکیمنابعDC همانند سلولهایسوختیوخورشیدیودیگری منابعفرکانسبالایAC همانندمیکروتوربینهاهستندکهنیازبهیکسوسازیدارند.درهردوموردبایستیولتاژ DC بدستآمدهبهولتاژAC قابلقبولتبدیل شوند.

ریز شبکه دو مد کاری دارد. در حالت اتصال به شبکه جهت ارایه سرویسهای جانبی، کاهش پیک شبکه و تبادل اقتصادی توان به شبکه سود میرساند و در زمان بروز اغتشاش و خاموشی در شبکه اصلی میتواند از شبکه جدا شود و بصورت مستقل به تامین توان بارهای خود بپردازد.

با وجود همه مزایای ریزشبکه حفاظت یکی از مهمترین چالشهای آن محسوب میشود. فلسفه حفاظت ریزشبکهها با شبکههای توزیع سنتی که بصورت شعاعی هستند کاملا متفاوت است. دلایل این تفاوت عبارتند از :

از آنجا که ریزشبکهها برخلاف شبکههای سنتی علاوه بر بارها شامل منابع نیز میباشند، شارش دو طرفه توان در فیدرهای ریزشبکه برعملکرد تجهیزات حفاظتی ریزشبکه تاثیرگذار است. حضور ریزشبکهها باعث تبدیل شبکههای پسیو به شبکههای اکتیو میشود.

با تغییر ریزشبکه از حالت متصل به شبکه به حالت جزیرهای، ظرفیت اتصال کوتاه شبکه نیز تغییر مییابد. این امر سبب میشود که استفاده از رلههای اضافه جریان سنتی که تنها به یک ظرفیت اتصال کوتاه تنظیمی حساساند در ریزشبکهها امکان پذیر نباشد.

در شبکههای توزیع پسیو جهت جریان خطا تنها در یک جهت و از سمت منبع به نقطه خطا میباشد. در این شرایط تشخیص خطا تنها از طریق دامنه جریان عبوری از فیدر خطا دیده صورت میپذیرد. اما در فیدرهای ریزشبکه شامل منابع تولید پراکنده جهت جریان های خطا دو طرفه بوده به نحوی که جریانهای خطا از هر دوطرفه وارد نقطه خطا دیده میشوند درصورت برطرف نشدن چنین خطایی، منابع تولیده پراکنده توسط کنترلرهای مربوطه از فیدر جداشده که این منجر به افت چشمگیری در تولید ریزشبکه میگردد [[iii]].

بنابراین ارائه راه حلی جهت حفاظت یک ریزشبکه که توانایی تشخیص محل خطا و جداسازی آن را داشته امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین تشخیص خطا در یک ریزشبکه میبایست در حالت مستقل و متصل به شبکه و برای ساختارهای حلقوی و شعاعی، کارایی داشته باشد و باید تمامی بارها، خطوط ومنابع آن در حالت مستقل از شبکه هم محافظت شود.

امروزه شبکههای قدرت از شبکه های توزیع پسیو(غیرفعال) پایدار با انتقال یک طرفه توان الکتریکی، به شبکههای توزیع فعال با انتقال دوطرفه الکتریسیته تبدیل گشتهاند. از آنجا که انرژی الکتریکی توسط شبکه اصلی برای مصرف کننده ها تولید میشود، شبکههای توزیع بدون واحدهای DG[2] پسیو هستند. هنگامی که واحدهای DG در مدار قرار میگیرند منجر به فلوی دو سویه توان گشته و شبکههای توزیع پسیو را به شبکههای توزیع فعال تبدیل میکنند.

ریزشبکهها برای تضمین امنیت شبکه، عملکرد بهینه، کاهش انتشار مواد آلاینده و همچنین تغییر ریزشبکه از یک حالت به حالت دیگرنیازمند یک کنترل گسترده میباشند. این کنترل توسط کنترل کننده مرکزی [3]((CC و همچنین کنترل کننده منابع کوچک تولید انرژی ((MCs که به تجهیزات ذخیرهساز انرژی و منابع تولید پراکنده متصل شدهاند انجام میگیرد. همانطور که از نامهای این دو کنترل کننده مشخص است، MC ها وظیفه کنترل منابع تولید پراکنده را برعهده دارند. CC ها نیز عملکرد و حفاظت کلی ریزشبکه را از طریق MCها تحت نظر دارد. وظیفه اصلی CCحفظ کیفیت توان و قابلیت اطمینان از طریق کنترل توان- فرکانس ((P-F کنترل ولتاژ و هماهنگی حفاظتی است.CC همچنین برای تولید اقتصادی منابع تولید پراکنده برنامهریزی میکند و به مبادله توان بین ریزشبکه و شبکه اصلی نیز کمک مینماید. بنابراین CC نه تنها باعث ایجاد هماهنگی حفاظتی در کل ریزشبکه میشود بلکه وظیفه کنترل تمام MCها را برای برآورده نمودن تقاضای بار مشترکین برعهده دارد. بدین ترتیب CC بهینه سازی انرژی را برای ریزشبکه فراهم نموده وفرکانس و ولتاژ بارهای مشترکین را در سطح مطلوبی نگاه میدارد. این کنترل کننده همچنین قابلیت بهره برداری به صورت خودکار را نیز دارا میباشد این کنترل کننده دائما عملکرد MC ها را ازطریق دو ماژول اصلی مدیریت انرژی (EMM) و هماهنگی حفاظتی ( PCM) تحت نظر دارد [[iv]].

1-3- ماژول هماهنگی حفاظتی[4](PCM)

ماژول PCM بر حفاظت کل ریزشبکه نظارت دارد.عملکرد حفظت ریزشبکه با شبکههای سنتی که به صورت شعاعی هستند کاملاَ با دلایل زیر متفاوت است:

1- ازآنجا که ریزشبکهها بر خلاف شبکههای سنتی علاوه بر بارها شامل منابع نیز میباشند، شارش دوطرفه توان در فیدرهای ریزشبکه برعملکرد تجهیزات حفاظتی ریزشبکه تاثیر گذار است.

2- حظور ریزشبکهها باعث تبدیل شبکههای پسیو به شبکه های اکتیو میشود.

3- با تغییر ریزشبکه از حالت متصل به شبکه به حالت جزیرهای، ظرفیت اتصال کوتاه شبکه نیز تغییر مییابد. این امر سبب میشود که استفاده از رلههای اضافه جریان سنتی که تنها به یک ظرفیت اتصال کوتاه تنظیمی حساساند در ریزشبکهها امکانپذیر نباشد.

یکی از ویژگیهای اصلی در PCM ایجاد تمایز بین نیازمندیهای حفاظتی ریزشبکه در دوحالت متصل به شبکه و جزیرهای میباشد.

1-4- طرح حفاظتی در حالت متصل به شبکه

در حالت متصل به شبکه، ماژول PCM توانایی شناسایی و عملکرد در پنج رخداد ممکن را دارا میباشد.

این رخدادها عبارتند از:

1- شرایط عادی ریزشبکه

2- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه

3- وقوع خطا در شبکه اصلی

4- وقوع خطا در باس ریزشبکه

5- سنکرونیزاسیون مجدد

PCM وظیفه تعیین زمان پاسخ دهی هر منبع تولید پراکنده وهمچنین مدارشکن واقع در نقطه PCC[5] را برعهده دارد [[v]].

شکل (1-1) سیستم حفاظتی ریزشبکه [4].

1-4-2- شرایط عادی ریزشبکه

درشرایط عادی ریزشبکه از طریق مدارشکن در نقطه PCC به شبکه اصلی متصل میباشد. همچنین فیدرهای A،B وC ریزشبکه نیز به ترتیب از طریق مدارشکنهای ، و به باس ریزشبکه متصل شده اند. کلیه مدارشکنها در هنگام عملکرد ریزشبکه در حالت متصل به شبکه در حالت وصل میباشند و بارهای موجود در ریزشبکه توسط منابع تولید پراکنده و شبکه اصلی تغذیه میگردند.

1-4-3- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه

در شبکههای توزیع پسیو، جهت جریان خطا تنها در یک جهت و از سمت منبع به نقطه خطا دیده میباشد. در این شرایط تشخیص خطا تنها از طریق دامنه جریان خطای عبوری از فیدر خطا دیده صورت میپذیرد. اما در فیدرهای ریزشبکه شامل منابع تولید پراکنده، جهت جریان خطا دوطرفه بوده به نحوی که جریانهای خطا از هر دو طرف وارد نقطه خطا دیده میشوند. در صورت برطرف نشدن چنین خطایی، منابع تولید پراکنده توسط MC های مربوطه، از فیدر جداشده که این منجر به افت چشمگیری در تولید ریزشبکه میگردد.

برای جلوگیری از این رویداد، فیدرهای A و C توسط مدارشکن به زونهای مختلف تقسیم میشوند. برای تشخیص زون خطا و برطرف نمودن آن، مدارشکنها شامل رلههای اضافه جریان جهتدار میباشند. چنانچه زون خطا دیده شده شامل یک منبع تولید پراکنده باشد، آن منبع توسط MC مربوطه از مدار خارج شده اما بارهای آن به باس ریزشبکه متصل بوده وتوسط آن تغذیه میگردند.

به منظور عملکرد مناسب، PCM تنظیمات کلیه راههای موجود در ریزشبکه را درجه بندی کرده به طوری که زون خطا دیده قبل از جداشدن کلیه منابع تولید پراکنده از فیدر و یا قبل از جداشدن کل ریزشبکه از شبکه اصلی ایزوله گردد. این استراتژی کمترین افت در تولید و همچنین حفظ پایداری ریزشبکه را تضمین میکند. با این وجود برای خطا در فیدرهای A و C چنانچه کلیه منابع تولید پراکنده متصل به فیدر در یک طرف نقطه خطا واقع شوند تمامی این منابع توسط MC های مربوطه شان قطع شده و با بازشدن مدارشکن فیدر خطا دیده، آن فیدر از باس ریزشبکه جدا میگردد. اما چنانچه خطایی در فیدر B رخ دهد، از آنجا که این فیدر شامل هیچگونه منبع تولید پراکنده نمیباشد به آسانی با بازشدن قابل برطرف شدن است.

1-4-4- وقوع خطا در شبکه اصلی

به هنگام رخداد خطا در شبکه اصلی، مدارشکن باز شده و ریزشبکه از شبکه اصلی جدا میگردد. استراتژی حفاظتی در این حالت بسیار ساده است. رله مدارشکن دائماً دامنه و جهت جریان در هر فاز را مانیتور کرده و چنانچه این مقدار بیشتر از حد تعیین شده باشدیک فرمان قطع به مدارشکن ارسال میکند.

تنظیمات رله باید به گونهای توسط PCM تعیین شود که عمل جداسازی ریزشبکه از شبکه اصلی بدون هیچگونه قطعی در بارهای با اولویت انجام گیرد. همچنین این طرح حفاظتی سبب میشود تا قبل از جداسازی ریزشبکه از شبکه اصلی، منابع تولید پراکنده از مدار خارج نشوند. در غیر این صورت میزان تولید ریزشبکه و همچنین طول عمر مدارشکنها کاهش مییابد.

1-4-5- وقوع خطا در باس ریزشبکه

به هنگام رخداد خطا در باس ریزشبکه مدارشکن بازشده و ریزشبکه از شبکه اصلی جدا میگردد. همچنین فیدرهای A و C به ترتیب توسط مدارشکن های و از باس ریزشبکه جدا میشوند در این حالت به هنگام رخداد خطا هر گونه خطا در ریزشبکه PCM تنظیم رله مدارشکن را برای هماهنگی با شبکه اصلی تغییر میدهد. همچنین رله مدارشکن با تجهیزات حفاظتی برای منابع تولید پراکنده نیز هماهنگ میگردد که این امر باعث کاهش تلفات تولید و جلوگیری از قطعی های ناگهانی میشود.

1-4-6- سنکرونیزاسیون مجدد

پس از رفع خطا PCM وظیفه وصل مجدد ریزشبکه وسنکرون نمودن آن با شبکه اصلی از طریق طرح سنکروچک را برعهده دارد. این عمل به محض پایداری شبکه و بازگشت آن به شرایط عادی انجام میگیرد. با این وجود این عمل با توجه به طبیعت فیدر و بارها میتواند از چند ثانیه تا چند دقیقه به طول انجامد. PCM شامل یک طرح کنترلی برای سنکرون نمودن کلیه منابع تولید پراکنده با شبکه اصلی از طریق اندازهگیری دامنه، زاویه فاز، فرکانس و مولفههای ترتیب ولتاژ در دو طرف مدارشکن میباشد. PCM توانایی انجام این عمل را به صورت دستی یا اتوماتیک دارا میباشد.

1-4-7- طرح حفاظتی در حالت جزیرهای

به هنگام عملکرد ریزشبکه در حالت جزیرهای، سطح جریان اتصال کوتاه به مقدار قابل توجهی کاهش مییابد. دلیل این عمل، وجود منابع تولید پراکنده شامل تجهیزات الکترونیک قدرت میباشد. از آنجا که مقدار جریان اتصال کوتاه ریزشبکه در حالت جزیرهای بسیار کم است، تشخیص این مقدار جریان خطا، توسط رلههای اضافه جریان سنتی امکان پذیر نخواهد بود. چرا که رلههای اضافه جریان خطاهای با جریان اتصال کوتاه را در مدت زمان طولانی تری تشخیص میدهند. بنابراین برای حفاظت ریزشبکه در حالت جزیرهای میبایست از طرح های حفاظتی دیگر نظیر حفاظت امپدانس، حفاظت دیفرانسیلی ولتاژ و جریان، نصب رلههای حساس به مولفه صفر و حفاظت اضافه جریان جهت دار استفاده کرد. فلسفه عملکرد اصلی PCM به طور خلاصه در متن زیر بیان شده است:

1- شرایط عادی ریزشبکه

در این شرایط ریزشبکه در حالت جزیرهای بهره برداری میشود. مدارشکن در حالت قطع بوده و فیدر های A،B و C باس ریزشبکه متصل هستند. وکلیه بارها توسط منابع تولید پراکنده موجود در ریزشبکه تغذیه میگردند.

2- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه

حفاظت فیدر ریزشبکه در حالت جزیرهای شبیه به حالت متصل به شبکه است با این تفاوت که در حالت جزیرهای به دلیل مقدار کم جریان اتصال کوتاه، رلهها باید از حساسیت بیشتری برخوردار باشند. بطور کلی اهداف اصلی حفاظت شامل جلوگیری از کاهش در میزان تولید و تعداد قطعیها میباشد.

در طراحی PCM پیچیدگی ساختار ریزشبکه، تعداد منابع تولید پراکنده و نوع تکنولوژی مورد استفاده آنها، تعداد بارهای با اولویت وهمچنین مشخصهای پاسخ دهی تجهیزات حفاظتی میبایست در نظر گرفته شوند.

انواع سناریوها برای جزیرهای شدن ریزشبکه مورد بررسی قرار میگیرند که عبارتند از:

1- جداسازی سریع از فیدرهای خطا دیده

2- جلوگیری از جداسازی نادرست

3- جداسازی تحت شرایط غیر خطا

4- جداسازی ریزشبکههای صادر کننده توان به شبکه اصلی

5- سنکرونیزاسیون مجدد

1-4-8- جداسازی سریع از فیدرهای خطا دیده

یکی از مهمترین سرویسهای فراهم شده توسط ریزشبکه، تامین پیوسته توان برای بارهای با اولویت در شرایط خطا میباشد. چنانچه بارهای موجود در ریزشبکه دارای حساسیت ولتاژ بسیار بالا باشند به نحوی که نیازمند زمان جداسازی کمتر ازms 50 مطابق با استاندارد (SEMI F47) باشند، استفاده از تجهیزات حفاظتی موجود امکان پذیر نمیباشد. بطور معمول زمان مورد نیاز برای عملکرد رله تحت شرایط اضافه ولتاژ و ولتاژ کم حداکثر دو سیکل است. همچنین قطع مدار توسط مدارشکنهای ولتاژ متوسط (MV) حدود 3 تا 5 سیکل پس از دریافت سیگنال تحریک طول میکشد. بنابراین چنانچه ریزشبکه به یک مدار شکن حالت جامد سریع در نقطه PCC مجهز نگردد، سایر تجهیزات حفاظتی ریزشبکه میبایست به گونهای عمل کنند تا از افت ولتاژ کمتر از 50 درصد برای سه سیکل و یا بیشتر جلوگیری نمایند.

[1]Combined Heat and Power

[2]Distributed Generation

[3]Central Controller

[4]Protection co-ordination module

[5]Point of Common Coupling

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه دانلود پایان نامه word

زینب چهارشنبه 8 شهریور 1396 ساعت 02:35

0 نظر

فور کیا

فور کیا

حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکهWORD

فور کیا

روزانه‌ها

پیوندها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکهWORD