تشخیص جزیره در مزارع بادی در حضور جبرانسازهای SVC و STATCOM :پایان نامه ارشد مهندسی برق
پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته مهندسی برق و با عنوان تشخیص جزیره در مزارع بادی در حضور جبرانسازهای SVC و STATCOM در 135 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.
چکیده تحقیق تشخیص جزیره در مزارع بادی در حضور جبرانسازهای SVC و STATCOM :
تمایل به استفاده از منابع تولیدات پراکنده (DG) به دلیل مزایای متعدد آنها، به طور روزافزونی در حال گسترش است. عدم تناسب میزان بار مصرفی و توان تولیدی موجب خواهد شد که سیستمهای قدرت در نزدیکی ظرفیت اسمی مربوطه بهرهبرداری گردد که بکارگیری ادوات کنترلی FACTS با هدف به تعویق انداختن نیاز فوری به توسعهی شبکهی فعلی، این مسئله را به طور جدی تشدید خواهد کرد. در چنین شرایطی، بروز هر خطا میتواند سبب خروجهای جزئی (Partial Outages)، حالت جزیرهای (Islanding) و حتی وقفه کامل (Blackout) گردد. از میان این حالتها، بروز شرایط جزیرهای (Islanding) به گونهای است که بخشی از شبکه به طور منفک از کل سیستم بهرهبرداری گردد. در این پایاننامه، به منظور تشخیص سریع جزیرهی ایجاد شده در حضور ادوات کنترلی STATCAM و SVC، روش جدیدی ارائه شده است که در صورت وقوع آن، جزیرهی ایجاد شده در کمترین زمان ممکن آشکارسازی شده و منبع تولید پراکنده از مدار ایزوله گردد.روش پیشنهادی بر این اساس استوار است که حالات گذرای پارامترهای شبکه در حالت جزیرهای دارای ویژگیهای خاص خود هستند. با توجه به اینکه ویژگیهای سیگنالهای گذرا ممکن است بهطور مستقیم قابل استخراج نباشد، بنابراین به فرآیندی برای تشخیص دقیق و سریع آنها نیاز خواهیم داشت که در این تحقیق، الگوریتمهای تشخیص الگو(Pattern Recognition ) به کمک تبدیل موجک (Wavelet Transform) ابزاری مناسب برای رسیدن به این هدف مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده قابلیت روش پبشنهادی در تشخیص دقیق حالت جزیرهای را در شرایط مختلف نشان میدهد.
مقدمه
در دنیای امروز موضوع تامین توان مصرفی اهمیت بالایی دارد. در این میان استفاده از انرژی الکتریکی بهعنوان یک منبع پاک که به راحتی قابل تولید و انتقال باشد، مورد توجه بوده است. در بدو استفاده از این انرژی دیزل ژنراتورها و تاسیسات مشابه به صورت مجزا برای تامین توان استفاده میشد. ولی با افزایش توان مصرفکنندهها و لزوم استانداردسازی مقادیری از قبیل ولتاژ و فرکانس و همچنین بحث پایداری سیستم، گرایش به سمت ساخت نیروگاههای بزرگ و احداث شبکههای انتقال قدرت وسیع ایجاد کرد که از مزایای آن، ولتاژ و فرکانس نسبتاً ثابت و توان بالای قابل تحویل است. شکل 1-1 یک سیستم انتقال الکتریکی را نشان میدهد.
شکل1-1 دیاگرام تولید متمرکز
اما به دلیل رشد روزافزون مصرف کنندههای صنعتی، کشاورزی و خانگی مشکلات زیادی در بخشهای تولید، انتقال و توزیع ایجاد شد.
سیستمهای قدرت الکتریکی با توجه به روند روزافزون میزان مصرف به طور مستمر در حال تغییر است. با توجه به تجدید ساختار صنعت برق و حرکت آن به سمت افزایش رقابت و خصوصیسازی و همچنین افزایش توجه به مسئلهی آلایندههای زیستمحیطی، موانع و محدودیتهای متعدد موجود در خصوص گسترش شبکهها از قبیل هزینههای سنگین توسعه و احداث سیستمهای جدید و هوشمندسازی سیستم قدرت، فرصتهایی برای رشد و پیشرفت فناوریهای تولید انرژی الکتریکی مانند سلولهای خورشیدی، پیلهای سوختی، سلولهای فتوولتائیک، ریزتوربینها، توربینهای بادی و… فراهم آورد.
با پیشرفت همزمان تجهیزات الکترونیک قدرت از یکسو و تقاضای مصرفکنندگان برای کیفیت توان بهتر و قابلیت اطمینان بالاتر از سوی دیگر، باعث شد صنعت برق به سمت استفاده از تولیدات پراکنده سوق داده شود. از طرف دیگر، بحران انرژی و مشکلات زیستمحیطی مربوط به انرژیهای فسیلی در چند سال اخیر، استفاده از منابع تولیدات پراکنده[1](DGs) را اجتنابناپذیر ساخته است. همانطور که گفته شد منابع انرژیهای نو[2]انواع مختلفی دارد که انرژی باد[3] یکی از مهمترین آنهاست [1]. استفاده از انرژی باد در قالب مزارع بادی[4] صورت میگیرد.
استفاده از منابع تولید پراکنده (DG) دارای مزایای مختلفی است که چند مورد آن ها عبارتاند از [2، 3]:
- کارکرد به عنوان پشتیبان ظرفیت شبکه در حالت اضطراری
- استفاده به عنوان راهانداز از وقفه کامل[5] : تولید DGمیتواند جزیرههای کوچکی ایجاد نموده و راه اندازی شبکه را سادهتر نماید.
- تولید هم زمان برق و گرما[6](CHP): استفاده از حرارت تولید شده هنگام تولید انرژی الکتریکی
- پیک سایی[7]: کمک به سیتسم در هنگام پیک بار
- قابلیت اطمینان : مناسب برای تغذیه بارهای حساس، افزایش قابلیت اطمینان سیستم
- نزدیکی به مصرفکننده و کاهش تلفات انتقال
- بالاتر بودن بازده نسبت به منابع تولید متمرکز
- ذخیره چرخان[8]
- بهبود کیفیت توان ( در برخی موارد )
- به تأخیر انداختن سرمایهگذاری در سیستم انتقال
- نصب و راهاندازی سریع
- بهبود پروفیل ولتاژ
پیشرفتهای چشمگیر تکنولوژیهای الکترونیک قدرت موجب بکارگیری گسترده تجهیزات سیستمهای انتقال انعطافپذیر جریان متناوب (FACTS)در شبکههای قدرت شده است. بکارگیری این ادوات دارای مزایای مختلفی است که به تعویق افتادن نیاز فوری به توسعه و احداث شبکههای جدید به دلیل ضرورت تامین بارهای مصرفی یکی از مهمترین آنهاست. عملکرد سریع این تجهیزات قابل کنترل، مدیریت و پخش توانهای اکتیو و راکتیو را در اختیار بهرهبردارن شبکه قدرت قرار میدهد.
اگرچه بکارگیری منابع انرژیهای نو در DGها و آلودگی کمتر محیطزیست به وسیلهی آنها نسبت به تولید متمرکز( در برخی از انواع مانند انرژی بادی و خورشیدی هیچ گونه آلایندگی محیط زیست وجود ندارد) و مزایایی که به آنها اشاره شد، تمایل به استفاده از این منابع را افزایش داده است؛ اما باید با اختلالاتی که در اثر استفاده ازآنها به وجود می آید مقابله کرد. با توجه به اینکه منابع تولید پراکنده (DG) بهطور مستقیم به شبکه توزیع متصل میگردد، این امر ساختار تغذیه از یکسو را به تغدیه از دو انتها تغییر داده که در نتیجه آن، سیستم توزیع از حالت غیرفعال[9] به فعال[10] تبدیل خواهد شد [4]. این امر باعث میشود که در برخی نقاط، عبور توان در دو جهت امکانپذیر باشد که این نیز به نوبهی خود موجب بروز مشکلاتی در نحوهی بهرهبرداری از شبکه و مسائل حفاظتی به ویژه برای اپراتورهای شبکه توزیع خواهد شد. یکی از این مشکلات، ایجاد جزیرهی الکتریکی فعال در صورت وقوع خطا است.همچنین، هنگام بروز خطا، DG نیز به نوبهی خود مقدار توان اتصال کوتاه را بالا خواهد برد که در نتیجهی آن، جریان اتصال کوتاه کلی افزایش خواهد یافت. موارد ذکر شده به عدم اعتبار تنظیمات تجهیزات حفاظتی منجر خواهد شد [5]. برخی از اختلالات احتمالی به طور خلاصه عبارتند از [6]:
- دشواری کنترل (خصوصاً درحالت جزیرهای[11])
- برهم زدن هماهنگی تجهیزات حفاظتی
- افزایش جریان اتصال کوتاه کلی
- دشواری سنکرون کردن با شبکه از حالت کارکرد جزیرهای به حالت متصل
- حساسیت انتخاب محل مناسب نصب DG
اگرچه اختلالات ذکر شده بخش جدانشدنی استفاده از یک DGاست؛ اما وجود این مشکلات توجیه مناسبی برای عدم بکارگیری آنها نبوده و برای غلبه بر هریک راهحلهایی پیشنهاد شده است. وقوع حالت جزیره در سیستم توزیع شامل DGدر حضور ادوات جبرانساز توان راکتیو، موضوع مورد بررسی در این پایاننامه است.
فهرست مطالب تحقیق تشخیص جزیره در مزارع بادی در حضور جبرانسازهای SVC و STATCOM :
چکیده 1
فصل اول: مقدمه 2
1-1 مقدمه 3
وقوع حالت جزیرهای 6
1-2- ساختار پایاننامه 11
1-3- جمعبندی 12
فصل دوم: بررسی اثرات DG بر حفاظت سیستم توزیع 14
2-1- مقدمه 15
2-2-مشکلات حفاظتی 15
2-2-1-کورسازی حفاظت 16
2-2-2-قطع اشتباه 16
2-2-3-مشکلات بازبست 18
2-3- راهحلهای مشکلات حفاظتی در حضور DG 20
2-3-1-راهحلهای مشکلات آشکارسازی و انتخابگری 20
2-3-2-رفع مشکلات بازبست 21
2-3-3- حل مشکل بازبست خارج از سنکرون و جزیرهای شدن 22
2-4- بهبودها در سیستم های حفاظتی 23
2-5- جمعبندی 25
فصل سوم: مروری بر روشهای آشکارسازی حالت جزیرهای 26
3-1-مقدمه 27
3-2- روشهای محلی آشکارسازی حالت جزیرهای 28
3-2-1-1 استفاده از فرکانس، ولتاژ و فاز ولتاژ 28
3-2-1-2- نرخ تغییر فرکانس (ROCOF) 30
3-2-1-3- نرخ تغییر ولتاژ 31
3-2-1-4- اعوجاج هارمونیکی کل ولتاژ و جریان 31
3-2-1-5-نرخ تغییر توان اکتیو خروجی DG 32
3-2-2-انواع روشهای فعال 32
3-2-2-1-اندازهگیری امپدانس 33
3-2-2-2-تغییر توان اکتیو خروجی DG 33
3-2-2-3-تغییر در مرجع توان راکتیو خروجی DG 34
3-2-2-4- انحراف فرکانس فعالAFD)) 35
3-2-2-5- جابجایی فرکانس به وسیله لغزش فاز (SMS ) 36
3-2-2-6-جابجایی خودکار فاز (APS ) 37
3-2-3-روشهای ترکیبی 38
3-2-3-1-نامتعادلی ولتاژ و فیدبک مثبت فرکانس 38
3-2-3-2-تغییرات ولتاژ و جابجایی مرجع توان راکتیو 39
3-2-4- روشهای راهدور 39
3-3- جمعبندی 40
فصل چهارم: توربینهای بادی ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG) و ادوات جبرانساز SVC و STATCOM 41
4-1 مقدمه 42
4-2- اصول الکتریکی توربینهای بادی 43
4-3 توربین بادی DFIG 46
4-3-1 ژنراتور القایی دو سو تغذیه 47
4-3-1-1- مدل ریاضی DFIG 47
4-3-1-2- معادلات الکتریکی 50
4-3-1-3- معادلات ماشین 51
4-3-2- شماتیک کنترل و مدارهای سیتم DFIG 52
4-3-2-1- طرح کنترلی DFIG 52
4-3-2-2- طرح کنترل مبدلهای PWM پشت به پشت 52
4-3-2-3- کنترل مبدل سمت روتور 52
4-3-2-4- کنترل مبدل سمت شبکه 53
4-4 جبرانساز VAR استاتیکی SVC 56
4-4-1- اصول کلی 56
4-4-2- نحوهی اتصال 58
4-4-3- مزایای SVC 58
4-5 جبرانساز سنکرون استاتیکی (STATCOM) 58
4-6 مقایسهی STATCOM و SVC 59
4-7 بلوک دیاگرامهای شبیهسازیها در نرمافزار DIgSILENT 60
4-7-1- بلوک دیاگرامهای شبیهسازی DFIG در DIgSILENT 60
4-7-2- بلوک دیاگرامهای شبیه سازی STATCOM در DIgSILENT 63
4-8 جمعبندی 64
فصل پنجم: روش پیشنهادی 65
5-1 مقدمه 66
5-2-سیستم آزمون 66
5-3- تبدیل موجک گسسته 68
5-4 تعریف شاخصها 77
5-5 طبقه بندی رخدادها از یکدیگر 79
5-5-1 درخت تصمیمگیری 79
5-5-2 نحوهی تولید الگوها 81
5-5-3 آموزش درخت تصمیمگیری 84
5-6 جمعبندی 86
فصل ششم: مطالعات عددی 87
6-1- شبیهسازیها 88
6-2- کلیدزنی بار 88
6-3- کلیدزنی خازن 93
6-4 بروز خطا 95
6-5 بروز حالت جزیرهای 100
6-6 جمعبندی 101
فصل هفتم: نتیجهگیری و پیشنهادها 102
7-1 نتیجهگیری 103
7-2 پیشنهادها برای ادامهی کار 104
فهرست جدولها
جدول 4-1 انواع مختلف فناوریهای توربینهای بادی نصب شده در جهان 45
جدول 5-1 بازه تحت پوشش مؤلفههای فرکانی هر مرحله در تبدیل موجک گسسته ( فرکانس نمونهبرداری سیگنال است) 73
جدول 5-2 بازهی فرکانسی تحت پوشش هر سطح تبدیل موجک گسسته 81
جدول 5-3 رخدادهای شبیهسازی شده در سیستم آزمون 83
فهرست شکلها
شکل1-1 دیاگرام تولید متمرکز 3
شکل1-2 سیستم توزیع تجهیز شده به یک DG 7
شکل 1-3 ساختار کلی توربین بادی DFIG [63] 10
شکل2-1 مشکل قطع اشتباه به عنوان یکی از اختلالات DG در سیستم توزیع 17
شکل2-2 فیدر توزیع شعاعی شامل تجهیزات حفاظتی الف: تأثیر DG بر عملکرد بازبست ب: تأثیر DG بر هماهنگی فیوز-بازبست 18
شکل2-3 هماهنگی بین یک فیوز انشعاب و بازبست 19
شکل2-4 شمای حفاظت به وسیله بازبست در یک فیدر شعاعی 21
شکل3-1 سازوکار کلی انواع روشهای محلی آشکارسازی جزیره الف: غیرفعال، ب: فعال و ج: ترکیبی 27
شکل 3-2: سیستم توزیع نمونه 31
شکل 3-3 لحاظ کردن زمان مرده در موج جریان خروجی اینورتر در روش AFD 36
شکل 4-1 استفاده از زمین بین توربینهای بادی برای کشاورزی 43
شکل 4-2 ساختار الکتریکی و کنترلی یک توربین بادی DFIG 47
شکل 4-3 سطح مقطع یک ماشین القایی [62] 48
شکل4-4 دستگاه مرجع dq0 49
شکل 4-5 DFIG با مبدلها [63] 49
شکل 4-6 طرح کنترلی مبدل سمت روتور [62] 53
شکل 4-7 مدل کنترل سمت شبکه [62] 53
شکل 4-8 بلوک دیاگرام کنترلی مبدل سمت شبکه [62] 55
شکل 4-9 پیکرهبندی یک SVC [60] 57
شکل 4-10 بلوک دیاگرام کنترلکننده زاویهی پره 60
شکل 4-11 کنترلکنندهی سمت روتور 61
شکل 4-12 طرح کامل DFIG 62
شکل 4-13 شبیهسازی بخش کنترلی STATCOM(1) 63
شکل 4- 14 شبیهسازی بخش کنترلیSTATCOM (2) 63
شکل 5-1 شبکهی آزمون برای بررسی وقوع حالت جزیرهای در حضور توربین بادی DFIG و جبرانساز STATCOM 67
شکل 5-2 نتایج اعمال تبدیل فوریه بر روی دو سیگنال 1و 2، a: سیگنال 1 در حوزه زمان، b: طیف فرکانسی سیگنال 1 حاصل از تبدیل فوریه، c: سیگنال 2 در حوزه زمان، d: طیف فرکانسی سیگنال 2 حاصل از تبدیل فوریه 70
شکل 5-3 تشریح سه مرحله در استخراج مؤلفههای فرکانسی به تبدیل موجک گسسته 73
شکل 5-4 اعمال تبدیل موجک گسسته تا دوسطح برروی سیگنال ورودی [t]x الف: سیگنال ورودی [t]x ب: مؤلفه فرکانسی بین 750 و1500هرتز، ج: مؤلفه فرکانسی بین 375 و750 هرتز 75
شکل5-5 مقادیر مؤثر مؤلفههای فرکانسی سیگنال(t) x 76
شکل 5-6 روند تغییرات شاخصهای و به ازای رخداد خطا 78
شکل 5-7 روند تغییرات شاخصهای و به ازای رخداد وصل خازن 78
شکل 5-8 روند تغییرات شاخصهای و به ازای رخداد جزیرهای شدن 79
شکل 5-9 روند تغییرات شاخصهای و به ازای رخداد قطع بار 79
شکل 5-10 درخت تصمیمگیری نمونه 80
شکل 5-11 درخت تصمیمگیری آموزش داده شده به وسیلهی الگوهای آموزشی 84
شکل 5-12 الگوریتم روش پیشنهادی 85
شکل 6-1 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد قطع بار در MV3 در لحظهی 05/0 ثانیه 88
شکل 6-2 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد قطع بار در MV3 در لحظهی 05/0 ثانیه 89
شکل 6-3 پیاده سازی تبدیل موجک روی شکل موج جریان به ازای رخداد قطع بار در MV3 در لحظهی 05/0 ثانیه 90
شکل 6-4 پیاده سازی تبدیل موجک روی شکل موج ولتاژ به ازای رخداد قطع بار در MV3 در لحظهی 05/0 ثانیه 91
شکل 6-5 خروجی برنامه به ازای رخداد قطع بار در MV3 در لحظهی 05/0 ثانیه 91
شکل 6-6 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد وصل بار در شین MV2 در زمان 05/0 ثانیه 92
شکل 6-7 شکل موج در PCC به ازای رخداد وصل بار در شین MV2 در زمان 05/0 ثانیه 92
شکل 6-8 خروجی برنامه به ازای رخداد وصل بار در شین MV2 در زمان 05/0 ثانیه 92
شکل 6-9 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد وصل خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 93
شکل 6-10 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد وصل خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 93
شکل 6-11 خروجی برنامه به ازای رخداد وصل خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 94
شکل 6-12 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد وصل خازن خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 94
شکل 6-13 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد وصل خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 95
شکل 6-14 خروجی برنامه به ازای رخداد قطع خازن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 95
شکل 6-15 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد خطای تکفاز در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 96
شکل 6-16 شکل موج ولتاژ و جریان در PCC به ازای رخداد خطای تکفاز در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 96
شکل 6-17 خروجی برنامه به ازای رخداد خطای تکفاز در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 96
شکل 6-18 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد خطای دوفاز به زمین در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 97
شکل 6-19 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد خطای دوفاز به زمین در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 97
شکل 6-20 خروجی برنامه به ازای رخداد خطای دوفاز به زمین در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 97
شکل 6-21 شکل موج ولتاژ و جریان در PCC به ازای رخداد خطای دوفاز با هم در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 98
شکل 6-22 شکل موج ولتاژ و جریان در PCC به ازای رخداد خطای دوفاز با هم در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 98
شکل 6-23 خروجی برنامه به ازای رخداد خطای دوفاز با هم در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 98
شکل 6-24 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد خطای سهفاز متقارن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 99
شکل 6-25 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد خطای سهفاز متقارن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 99
شکل 6-26 خروجی برنامه به ازای رخداد خطای سهفاز متقارن در MV3 در زمان 05/0 ثانیه 99
شکل 6-27 شکل موج جریان در PCC به ازای رخداد جزیرهای 100
شکل 6-28 شکل موج ولتاژ در PCC به ازای رخداد جزیرهای 100
شکل 6-29 خروجی برنامه به ازای رخداد جزیرهای 101
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.
برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها