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.
واژههاي كليدي:
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]].
دودستهاصليريزمنبعوجوددارند.يکيمنابعDC همانند سلولهايسوختيوخورشيديوديگري منابعفرکانسبالايAC همانندميکروتوربينهاهستندکهنيازبهيکسوسازيدارند.درهردوموردبايستيولتاژ DC بدستآمدهبهولتاژAC قابلقبولتبديل 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. بنابراين تشخیص خطا در يك ریزشبکه ميبايست در حالت مستقل و متصل به شبكه و براي ساختارهاي حلقوي و شعاعي، كارايي 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.