حفاظت ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه :پایان نامه ارشد برق قدرت

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوانحفاظت ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه در  125صفحه 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 حفاظت ریزشبکه درحالت 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 2 تا 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 و به منظور تحلیل نتایج شبیه سازی، از نرم افزار MATLAB استفاده شده است.

واژه‌هاي كليدي:

ریزشبکه، تبدیلS ، حفاظت، انرژی تفاضلی

طرح موضوع

شبکه­ های توزیع سنتی به­صورت شعاعی بهره برداری می­شوند، بنابراین طراحی سیسم حفاظت برای این شبکه­ ها چندان پیچیده نیست. اما باتوجه به شتاب توسعه تکنولوژی ریزشبکه در شبکه ­های 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 شبکه ­های 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]].

در يک ريزشبکه، واحدهاي توليدي کوچکي همراه با يک واسط الکترونيک قدرت (اينورتر) وجود دارند که ريزمنبع ناميده مي­شوند. اين منابع در مناطق محلي قرار مي­­گيرند و مزايايي از قبيل داشتن هزينه پايين براي مصرف کننده و توليدکننده، ولتاژ کم، قابليت اطمينان بالا، افزايش افزونگي و قوت سيستم و انعطاف پذيري بالایی دارند [[ii]].

دو دسته اصلي ريزمنبع وجود دارند. يکي منابع DC  همانند سلولهاي سوختي و خورشيدي و ديگري منابع فرکانس بالاي AC همانند ميکروتوربين­ها هستند که نياز به يکسوسازي دارند. در هر دو مورد بايستي ولتاژ DC  بدست آمده به ولتاژAC  قابل قبول تبديل 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 ریزشبکه ­ها با شبکه ­های توزیع سنتی که بصورت شعاعی هستند کاملا متفاوت است. دلایل این تفاوت عبارتند از :

از آنجا که ریزشبکه ­ها برخلاف شبکه­ های 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 شبکه ­های پسیو به شبکه­ های 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 رله ­های اضافه جریان سنتی که تنها به یک ظرفیت اتصال کوتاه تنظیمی حساس­اند در ریزشبکه ­ها امکان پذیر نباشد.

در شبکه­ های 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 شبکه ­های قدرت از شبکه های توزیع پسیو (غیرفعال) پایدار با انتقال یک طرفه توان الکتریکی، به شبکه ­های توزیع فعال با انتقال دوطرفه الکتریسیته تبدیل گشته­اند. از آنجا که انرژی الکتریکی توسط شبکه اصلی برای مصرف کننده ها تولید می­شود، شبکه­ های توزیع بدون واحدهای DG[1] پسیو هستند. هنگامی که واحدهای DG در مدار قرار می­گیرند منجر به فلوی دو سویه توان گشته و شبکه­ های توزیع پسیو را به شبکه ­های توزیع فعال تبدیل می­کنند.

ریزشبکه­ ها برای تضمین امنیت شبکه، عملکرد بهینه، کاهش انتشار مواد آلاینده و همچنین تغییر ریزشبکه از یک حالت به حالت دیگر نیازمند یک کنترل گسترده می­باشند. این کنترل توسط کنترل کننده مرکزی [2]((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

[1] Distributed Generation

[2] Central Controller

  فهرست مطالب تحقیق حفاظت ریزشبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه :

چکیده 1

فصل 1: مقدمه

1-1- پیشگفتار 2

1-2- طرح موضوع  3

1-3- ماژول هماهنگی حفاظتی(PCM) 5

1-4- طرح حفاظتی در حالت متصل به شبکه  6

1-4-2- شرایط عادی ریزشبکه  7

1-4-3- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه  7

1-4-4- وقوع خطا در شبکه اصلی   8

1-4-5- وقوع خطا در باس ریزشبکه  8

1-4-6- سنکرونیزاسیون مجدد  8

1-4-7- طرح حفاظتی در حالت جزیرهای   9

1-4-8- جداسازی سریع از فیدرهای خطا دیده 10

1-4-9- جداسازی در چه زمانی لازم نیست   10

1-5- معرفی پدیده جزیره­اي   11

1-6- اثرات جزیره­اي شدن  11

1-7- روشهاي تشخیص جزیرهاي شدن  12

1-7-1- روش کنترل از راه دور 14

1-7-2- روشهاي پسیو  15

1-7-3- روشهاي اکتیو  16

فصل 2: ریزشبکه و مدل سازی آن

2-1- ساختار ریزشبکه  17

2-2- توربین بادی   18

2-2-1- ژنراتور القایی دوسوتغذیه  19

2-3- میکروتوربین   21

2-3-1- مدلسازی میکروتوربین دو محوره 21

2-3-2- سیستم کنترل توان  22

2-4- موتور دیزل  23

2-5- صفحات فتوولتائیک    24

2-5-2- مدلسازی ادوات واسط   25

2-5-3- مدلسازی ژنراتور سنکرون و سیستم تحریک آن  26

فصل 3: چالشها و روشهای حفاظت از ریزشبکه

3-1- مقدمه  28

3-2- ویژگیهای ریزشبکه  28

3-3- چالشهای حفاظتی ریزشبکه  30

3-3-1- حفاظت اضافه جریان فیدر در حضور  DG   31

3-3-2- خطای F₁ و F₂ در حالت متصل به شبکه  32

3-3-3- خطای F₃ و F₄ در حالات متصل و منفصل از شبکه  34

3-4- روش حفاظت تطبیقی برای ریزشبکه  34

3-4-1- سیستم حفاظت تطبیقی مرکزی   35

3-4-2- تحلیل آفلاین   37

3-4-3- عملیات آنلاین   39

3-4-4- عملیات قفل جهتی   40

3-5- روشهای حفاظتی برای حل مشکل افزایش جریان خطا در حضور DG   41

3-6- مروری بر روشهای دیگر حفاظت از ریزشبکه  43

فصل 4: حفاظت ریزشبکه درحالت متصل و منفصل از شبکه

4-1- سیستم مورد مطالعه  45

4-2- حفاظت ریزشبکه در حالت متصل به شبکه اصلی   47

4-3- حفاظت ریزشبکه در حالت جزیره­ای   54

4-4- تشخیص خطای امپدانس بالا در ریزشبکه  58

4-4-2- مدل امپدانس بالا  59

4-5- بررسی روش پیشنهادی در ریزشبکه دوم  61

فصل 5: تحلیل نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی

5-1- شبیه­ سازی و تحلیل نتایج   64

5-2- تحلیل نتایج   102

5-3- پیوست الف   106

5-4- پیوست ب   109

فهرست اشکال

شکل (1-1) سیستم حفاظتی ریزشبکه [4]. 6

شکل (2-1) ریزشبکه نمونه  17

شکل (2-2) ریزشبکه منطبق بر IEC 61850-7-420  18

شکل(2-3) ژنراتور القایی دو سو تغذیه  19

شکل(2-4) مدل کامل در pscad  20

شکل (2-5) مدل توربی بادی   20

شکل (2-6) دیاگرام میکروتوربین دو محوره 21

شکل (2-7) بلوک دیاگرام میکروتوربین   22

شکل(2-8) مدل میکروتوربین   22

شکل (2-9) مدل سیستم کنترل توان  23

شکل (2-10) مدل توربین   23

شکل (2-11) مدل موتور دیزل  24

شکل(2-12) مدل دیزل ژنراتور 24

شکل (2-13) مدار معادل فتوولتائی   25

شکل(2-14) مدل سیستم تحریک IEEE type AC4A  26

شکل (2-15) مدل ژنراتور سنکرون  26

شکل (2-16) کنترل فرکانس و ولتاژ اینورتر  27

شکل (2-17) مدل کنترل کننده PI 27

شکل (3-1) دیاگرام تک خطی یک ریزشبکه نمونه  29

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 B2  48

شکل (4-3) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B2  48

شکل (4-4) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B2  49

شکل (4-5) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B1  49

شکل (4-6) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی  برای حفاظت اولیه یا اصلی در باس B3 50

شکل (4-7) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی  برای حفاظت پشتیبان در باس B1 50

شکل (4-8) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B5  51

شکل (4-9) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی درB2  52

شکل (4-10) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B5  53

شکل (4-11) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B1  54

شکل (4-12) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B3  54

شکل (4-13) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B1  55

شکل (4-14) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B5  55

شکل (4-15) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B2  56

شکل (4-16) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B3  57

شکل (4-17) مدل خطای امپدانس بالا  58

شکل (4-18) شکل موج های جریان خطا در باس های B1 و B2  59

شکل (4-19) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B2  59

شکل (4-20) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B1  60

شکل (4-21) ریزشبکه دوم  61

شکل (4-22) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 25 تا 2/25 ثانیه در باسهای B3 و B4  62

شکل (4-23) انرژی تفاضلی (دیفرانسیلی) و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B3  62

شکل (5-1) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 1 تا 2/1 ثانیه در باسهای B1 و B2  64

شکل (5-2) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B2  64

شکل (5-3) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B2  64

شکل (5-4) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B1  65

شکل (5-5) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و  B4  66

شکل (5-6) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B3 و B4  67

شکل (5-7) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B3 و B4  67

شکل (5-8) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اولیه یا اصلی در باس B3  68

شکل (5-9) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B3  69

شکل (5-10) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B3  70

شکل (5-11) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B3  70

شکل (5-12) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B1  71

شکل (5-13) شکل موج­های جریان خطا در باس های B5 و B7  72

شکل (5-14) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B5 و B7  73

شکل (5-15) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B5 و B7  73

شکل (5-16) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B5  74

شکل (5-17) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و B4  75

شکل (5-18) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B3  76

شکل (5-19) شکل موج­های جریان خطا در باس های B5 و B6  77

شکل (5-20) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B5  77

شکل (5-21) ریزشبکه در حالت جزیرهای   78

شکل (5-22) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B2  79

شکل (5-23) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B2  80

شکل (5-24) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B2  80

شکل (5-25) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B1  81

شکل (5-26) شکل موج های جریان خطا در باس های B3 و B4  82

شکل (5-27) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B3 و B4  83

شکل (5-28) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B3 و B4  83

شکل (5-29) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B3  84

شکل (5-30) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B3  85

شکل (5-31) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B3  86

شکل (5-32) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B3  86

شکل (5-33) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B1  87

شکل (5-34) شکل موج های جریان خطا در باس های B5 و B7  88

شکل (5-35) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B5 و B7  88

شکل (5-36) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B5 و B7  89

شکل (5-37) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در B5  89

شکل (5-38) شکل موج­های جریان خطا در باس های B2 و B3  90

شکل (5-39) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B2  90

شکل (5-40) شکل موج­های جریان خطا در باس های B3 و B4  91

شکل (5-41) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B3  92

شکل (5-42) شکل موج­های جریان خطا در باس های B1 و B2  93

شکل (5-43) کانتورهای زمان- فرکانس جریان خطا در باس های B1 و B2  93

شکل (5-44) محتوای انرژی کانتورهای فرکانسی جریان خطا در باس های B1 و B2  94

شکل (5-45) انرژی تفاضلی فازها و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در B1  94

شکل (5-46) شکل موج مقاومت خطای امپدانس بالا  95

شکل (5-47) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 25 تا 2/25 ثانیه در باسهای B3 و B4  95

شکل (5-48) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت اصلی در باس B3  96

شکل (5-49) شکل موج­های جریان خطا در بازه زمانی 35 تا 2/35 ثانیه در باسهای B5 و B6  97

شکل (5-50) انرژی تفاضلی و حد آستانه انتخابی برای حفاظت پشتیبان در باس B5  97

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

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 مشکل شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.