وان الکتریک

وان الکتریک

شرکت پیشگامان علم الکترونیک مجری و طراح سیستم های حفاظتی و نظارتی و برق ساختمانی

محل لوگو

آمار بازدید

  • بازدید امروز : 100
  • بازدید دیروز : 197
  • بازدید کل : 665119

حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه.....


حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه.....

حفاظت یک ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه.....

فهرست مطالب

چکیده1

فصل 1: مقدمه

1-1- پیشگفتار2

1-2- طرح موضوع3

1-3- ماژول هماهنگی حفاظتی(PCM)5

1-4- طرح حفاظتی در حالت متصل به شبکه6

1-4-2- شرایط عادی ریزشبکه7

1-4-3- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه7

1-4-4- وقوع خطا در شبکه اصلی8

1-4-5- وقوع خطا در باس ریزشبکه8

1-4-6- سنکرونیزاسیون مجدد8

1-4-7- طرح حفاظتی در حالت جزیرهای9

1-4-8- جداسازی سریع از فیدرهای خطا دیده10

1-4-9- جداسازی در چه زمانی لازم نیست10

1-5- معرفی پدیده جزیره­اي11

1-6- اثراتجزیره­ايشدن11

1-7- روشهايتشخیصجزیرهايشدن12

1-7-1- روشکنترلازراهدور14

1-7-2- روشهايپسیو15

1-7-3- روشهاياکتیو16

فصل 2: ریزشبکه و مدل سازی آن

2-1- ساختار ریزشبکه17

2-2- توربین بادی18

2-2-1- ژنراتور القایی دوسوتغذیه19

2-3- میکروتوربین21

2-3-1- مدلسازی میکروتوربین دو محوره21

2-3-2- سیستم کنترل توان22

2-4- موتور دیزل23

2-5- صفحات فتوولتائیک24

2-5-2- مدلسازی ادوات واسط25

2-5-3- مدلسازی ژنراتور سنکرون و سیستم تحریک آن26

فصل 3: چالشها و روشهای حفاظتاز ریزشبکه

3-1- مقدمه28

3-2- ویژگیهای ریزشبکه28

3-3- چالشهای حفاظتی ریزشبکه30

3-3-1- حفاظتاضافهجریانفیدردرحضور DG31

3-3-2- خطای F1 و F2 درحالتمتصلبهشبکه32

3-3-3- خطای F3 و F4 در حالات متصل و منفصل از شبکه34

3-4- روشحفاظتتطبیقیبرای ریزشبکه34

3-4-1- سیستم حفاظت تطبیقی مرکزی35

3-4-2- تحلیل آفلاین37

3-4-3- عملیات آنلاین39

3-4-4- عملیات قفل جهتی40

3-5- روشهای حفاظتی برای حل مشکل افزایش جریان خطا در حضور DG41

3-6- مروری بر روشهای دیگر حفاظت از ریزشبکه43

فصل 4: حفاظت ریزشبکه درحالت متصل و منفصل از شبکه

4-1- سیستم مورد مطالعه45

4-2- حفاظت ریزشبکه در حالت متصل به شبکه اصلی47

4-3- حفاظت ریزشبکه در حالت جزیره­ای54

4-4- تشخیص خطای امپدانس بالا در ریزشبکه58

4-4-2- مدل امپدانس بالا59

4-5- بررسی روش پیشنهادی در ریزشبکه دوم61

فصل 5: تحلیل نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی

5-1- شبیه­سازی و تحلیل نتایج64

5-2- تحلیل نتایج102

5-3- پیوست الف106

5-4- پیوست ب109

فهرست اشکال

شکل (1-1) سیستم حفاظتی ریزشبکه [4].6

شکل (2-1) ریزشبکه نمونه17

شکل (2-2) ریزشبکه منطبق بر IEC 61850-7-42018

شکل(2-3) ژنراتور القایی دو سو تغذیه19

شکل(2-4) مدل کامل در pscad20

شکل (2-5) مدل توربی بادی20

شکل (2-6) دیاگرام میکروتوربین دو محوره21

شکل (2-7) بلوک دیاگرام میکروتوربین22

شکل(2-8) مدل میکروتوربین22

شکل (2-9) مدل سیستم کنترل توان23

شکل (2-10) مدل توربین23

شکل (2-11) مدل موتور دیزل24

شکل(2-12) مدل دیزل ژنراتور24

شکل (2-13) مدار معادل فتوولتائی25

شکل(2-14) مدل سیستم تحریک IEEE type AC4A26

شکل (2-15) مدل ژنراتور سنکرون26

شکل (2-16) کنترل فرکانس و ولتاژ اینورتر27

شکل (2-17) مدل کنترل کننده PI27

شکل (3-1) دیاگرام تک خطی یک ریزشبکه نمونه29

شکل (3-2) دیاگرام تک خطی یک شبکه شامل چندین ریزشبکه.30

شکل (3-3) حالات مختلف خطا در داخل یا خارج از ریزشبکه.32

شکل (3-4) حالات مختلف خطا در داخل یا خارج از ریزشبکه.36

شکل (3-5) ساختار جدول حادثه.36

شکل (3-6) قسمت آفلاین الگوریتم حفاظت تطبیقی [20].37

شکل (3-7) ساختار کنترلی و حفاظت ریزشبکه [20].38

شکل (3-8) ساختار کنترلی و حفاظت ریزشبکه [20].39

شکل (3-9) عملکرد قفل جهتی تطبیقی در ریزشبکه [20].40

شکل (3-10) مدل تکفاز FCL [18].41

شکل (3-11) یک شبکه توزیع ساده با حضور یک FCL در فیدر شماره 1.42

شکل (4-1) ریزشبکه نمونه[30].45

شکل (4-2) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 1 تا 2/1 ثانیه در باس­های B1 و B248

شکل (4-3) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B248

شکل (4-4) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B249

شکل (4-5) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B149

شکل (4-6) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اولیه یا اصلی در باس B350

شکل (4-7) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B150

شکل (4-8) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B551

شکل (4-9) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی درB252

شکل (4-10) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B553

شکل (4-11) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B154

شکل (4-12) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B354

شکل (4-13) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B155

شکل (4-14) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B555

شکل (4-15) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B256

شکل (4-16) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B357

شکل (4-17) مدل خطای امپدانس بالا58

شکل (4-18) شکل موج های جریان خطا در باس های B1 و B259

شکل (4-19) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B259

شکل (4-20) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B160

شکل (4-21) ریزشبکه دوم61

شکل (4-22) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 25 تا 2/25 ثانیه در باسهای B3 و B462

شکل (4-23) انرژی تفاضلی (دیفرانسیلی) و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B362

شکل (5-1) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 1 تا 2/1 ثانیه در باسهای B1 و B264

شکل (5-2) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B264

شکل (5-3) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B264

شکل (5-4) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B165

شکل (5-5) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و B466

شکل (5-6) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B3 و B467

شکل (5-7) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B3 و B467

شکل (5-8) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اولیه یا اصلی در باس B368

شکل (5-9) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B369

شکل (5-10) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B370

شکل (5-11) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B370

شکل (5-12) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B171

شکل (5-13) شکل موج­های جریان خطا در باس های B5 و B772

شکل (5-14) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B5 و B773

شکل (5-15) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B5 و B773

شکل (5-16) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B574

شکل (5-17) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و B475

شکل (5-18) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B376

شکل (5-19) شکل موج­های جریان خطا در باس های B5 و B677

شکل (5-20) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B577

شکل (5-21) ریزشبکه در حالت جزیرهای78

شکل (5-22) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B279

شکل (5-23) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B280

شکل (5-24) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B280

شکل (5-25) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B181

شکل (5-26) شکل موج های جریان خطا در باس های B3 و B482

شکل (5-27) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B3 و B483

شکل (5-28) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B3 و B483

شکل (5-29) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B384

شکل (5-30) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B385

شکل (5-31) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B386

شکل (5-32) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B386

شکل (5-33) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B187

شکل (5-34) شکل موج های جریان خطا در باس های B5 و B788

شکل (5-35) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B5 و B788

شکل (5-36) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B5 و B789

شکل (5-37) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B589

شکل (5-38) شکل موج­های جریان خطا در باس های B2 و B390

شکل (5-39) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B290

شکل (5-40) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و B491

شکل (5-41) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B392

شکل (5-42) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B293

شکل (5-43) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B293

شکل (5-44) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B294

شکل (5-45) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B194

شکل (5-46) شکل موج مقاومت خطای امپدانس بالا95

شکل (5-47) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 25 تا 2/25 ثانیه در باسهای B3 و B495

شکل (5-48) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B396

شکل (5-49) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 35 تا 2/35 ثانیه در باسهای B5 و B697

شکل (5-50) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B597

شکل (5-51)99

شکل (5-52)100

فهرست جداول

جدول (5-1) شبیه سازی چند نمونه خطا در ریزشبکه دوم (سناریوهای 15-24)95

چکیده

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]].

دريکريزشبکه،واحدهايتوليديکوچکيهمراهبايکواسط الکترونيکقدرت(اينورتر)وجوددارندکهريزمنبعناميدهمي­شوند.اينمنابعدرمناطقمحليقرارمي­­گيرندومزاياييازقبيل داشتنهزينهپايينبرايمصرف کنندهوتوليدکننده،ولتاژکم،قابليت اطمينانبالا،افزايشافزونگيوقوتسيستموانعطاف پذيريبالایی دارند[[ii]].

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.

[1]Combined Heat and Power

[2]Distributed Generation





 

  انتشار : ۲۵ دی ۱۳۹۶               تعداد بازدید : 1526

برچسب های مهم

دیدگاه های کاربران (0)

قم , خیابان انقلاب , کوچه 41 پلاک 15

اطلاعات و دانش رمز پیروزیست

فید خبر خوان    نقشه سایت    تماس با ما