مقاله در مورد تاثیر کنترل کننده ی FACTS در ثبات سیستم انرژی یا نیروی مرتبط با تغذیه ی ژنراتورهای القایی

تاثیر کنترل کننده ی FACTS در ثبات سیستم انرژی یا نیروی مرتبط با تغذیه ی ژنراتورهای القایی:
چکیده مطلب :
افزایش نیاز به انرژی یا نیرو به رشد و پیشرفت تکنولوژی های جدیدی منجر می شودونقش بسیار مهمی رادر شکل گیری بازارهای انرژی آتی ایفا می کند.
بادر نظر گرفتن محدودیت های محیطی ، شبکه ی مرتبط توربین های بادی در افزایش اعتماد سیستم امید بخش می باشد. این مقاله تاثیر کنترل کننده ی FACTS را درثبات سیستم های انرَژی یا نیرو مرتبط با سیستم های تبدیل انرژی باد ارائه می کند.
مدل ژنراتور بادی ، مدل ژنراتور القائی تغذیه شده می باشد. ارزیابی ثبات برای مدار جریان کوتاه سه فاز بدون کنترل کننده در شبکه توزیعی ایجاد می شود نتایج شبیه سازی دینامیک ، اطلاعاتی را در I تاثیر نقص و خطا در عملکرد اجرایی ژنراتور القایی / توربین های بادی ، IIدرجه بندی گذرای کنترل کننده ی FACTS برای تقویت ثبات سرعت روتور ژنراتور القایی و ثبات زاویه ای مولد ها یا ژنراتور همزمان حاصل می کند.
FurosTAG برای اجرای شبیه سازی های دینامیک به کار می رود.
1-مقدمه
همان طوری که سیستم های انرژی یا نیرو به هم متصل است ،محدوده ی تولیدی در نوسانات الکترومکانیکی مشخص می شوداین نوسانات در سیستم های انرژی زیادی مشاهده میشود .سطح انتقال انرژی یا نیرو از طریق اتصالات موجود افزایش می یابدو به طور نسبی ضعیف شده و ویژگی های بار یا فشار به مشکلات ایجاد کننده نوسانات خود به خود اضافه می شود .نوسانات در ژنراتور منفرد به صورت موضعی است و آن با تعدادی از ژنراتورهای مجزا سروکار دارد .
اگر کنترل نشود، این نوسانات به قطع کلی یا جزئی انرژی یا نیرو منجر می شودگسترش انرژی بادی به زمان ساختاری کوتاه مدت و رقابت هزینه ها نیاز دارد ان یکی از مهمترین منبع رقابتی انرژی قابل تجدید می باشد .
به هر حال ، نیرو یا انرژی باد دارای معایبی می باشد ژنراتورهای تقویت کننده باد به صورت ژنراتورهای القایی است .
ژنراتورهای القایی ، توان واکنشی را در طول شرایط عملکردی نرمال جذب می کند این می تواند باعث ایجاد ولتاژ پایین و بی ثباتی دینامیکی درسیستم شود. دو نوع اصلی مدل های ژنراتور وجوددارد که به طور وسیعی مورد استفاده قرارمی گیرد. اولین نوع قفسه ی محافظ ژنراتور القائی است ودومین نوع تغذیه ی ژنراتور القایی میباشد مدل ژنراتور القایی برای اجرای شبیه سازی دینامیکی به عنوان مزیت های متعددی به کار می رود،
Iدستیابی به انرژی پیشرفته
Iiتقویت کیفیت توان برقی یا نیرو
Iiiکاهش فشار مکانیکی
ثبات دینامیک ژنراتور توربین بادی منفرد، گذرگاه محدودی را ز طریق خطوط انتقالی فراهم می آوردو با گسترش مدل خطی سیستم انرژی یا نیرو تحت شرایط بارگیری متفاوت موردمطالعه قرار گرفته است . تاثیر توربین بادی در عملکرد خطای زودگذر سیستم انرژی یا نیرو برای خطاهای متفاوت در 4 بررسی می شود .
این موارد نوشته شده عملکرد دینامیکی تغذیه ژنراتورهای القایی را در خط با [5] شرح می دهد تاثیر نفوذ بالایی از نیروی بادی در ثبات نوسان سیستم انرژی یا نیرو در [6]مورد بررسی قرارمی گیرد . تاثیر نیروی باد در نوسانات با جایگزین کردن تدریجی انرژی یا نیروی تولیدشده با ژنراتور همزمان درسیستم بررسی می شود .
مدر کاهش یافته های کاراییی dfig برای روتور و مبدل شبکه برای همه ی چهار حالت عملکردی در [7] در نظر گرفتهمی شود مدل کنترل کننده جریان روتور در [7] بررسی شده و برای کنترل DFIG در این مقاله به کارمی رود کاربرد مبدل مبع ولتاژ VSC بر ساس کنترل کننده انتقالی برای سیستم های تبدیل انرژی باد در [8] مورد بحث قرارمی گیرد کاربرد STATCOM با ذخیره انرژی باتری برای ارائه کردن نیروی خطی باد حاصل شده از محجموعه های توربین ها شامل مجموعه ی توربین هایی با سرعت ثابت است که در [9] مورد بحث قرار گرفته است .
مدلسازی مجموعه های توربین های قسمت ساحلی دریا برای تجزیه و تحلیل ثبات ولتاژ و به کار گیری PSS/E وتقویت ثبات ولتاژ وsvc را در [10] بحث می کندعملکرد دینامیک DFIG و تاثیر خطا یا نقص در توربین های بادی DFIG در [11] مطالعه و بررسی میشودعملکرد دینامیک توربین های بادی DFIG درطول خطای شبکه شبیه سازی شده و با به کارگیری DIGSILENT مورد ارزیابی قرار می گیرد.
هدف مطالعه بررسی کردن تاثیر کنترل کننده FACT در عملکرد دینامیکی سستم های انرژی یا نیرو مرتبط با تغذیه ژنراتورهای القایی در مجموعه ی توربین های تولیدکننده الکتریسیته است ثبات دینامیکی سیستم با اجرای زمانی شبیه سازی با به
کارگیری نرم افزار EUROSTAG با کنترل کننده ی FACT وبدون آ«مطالعه و بررسی شده است کنترل کننده FACT برای تجزیه و تحلیل دینامیکی به کار رفته است
Iجبران کننده یا متعادل کننده متغیر ثابت
IIجبران کننده یا متعادل کننده ثبات STATCOM
IIIخازن مجموعه ی کنترل شده تریستور
IVکنترل کننده جریان توان برقی یانیروی یکنواخت
این مقاله باارائه ی بخش 2ومدلسازی سیستم انرژی یانیرو و توربین های بادی باکن ترل کننده FACTS ارائه میشودبخش 3 نتایج شبیه سازی دینامیک حاصل شده برای خطای گذرای سه فاز در سیستم با کنترل کننده FACT وبدون آ« را سازمان داده است.
بخش 4 نتایج وبحث را در موردنتایج شبیه سازی حاصل شده ارائه می دهند بخش 5 نیز شامل نتیجه گیری است .
2-مدل سازی سیستم نیرو یا انرژی و توربین بادی
به طور کلی هدف تجزیه و تحلیل دینامیک سیستم های انرژی یا توان برقی بوسیله ی مجموعه ی معادلات دیفرانسیلی و جبری DAE مدلسازی می شودو به شرح زیر است :
فرمول 1
طوری که X(Rn بردار متغیر های حالتی مرتبط با حالت های دینامیک ژنراتورها، بارها و کنترل کننده های سیستم های دیگر است y(Rm بردار متغیرهای جبری مرتبط با متغیرهای حالت پایای حاصل شده از دینامیک سریع جزئی می باشد .
X(Rl م جموعه ی پارامتر های کنترل نشده مثل تغییرات در توان فعال و توان واکنشی بارها است p(Rk مجموعه ی پارامترهای قابل کنترل مثل زمینه های AVR وولتاژهای مرجع کنترل کننده ی FACTS است .
2.1مفاهیم و مدلسازی توربین بادی :
به طور عادی توربین بادی ، گشتاور مکانیکی را در محورها یامیله های چرخشی ایجاد می کند، در حالیکه ژنراتور الکتریکی در محور چرخشی مشابه برای تولید گشتاور الکترومغناطیسی مخالف کنترل می شود.
معادلات توان یا انرژی ومعادلات گستاور برای توربین های بادی به شرحج زیر است :
فرمول 2
فرمول 3
طوری که P چگالی هواA محدوده ی پیچخورده ی پره در M2 است CP ضریب عملکرد اجرای می باشد و کارایی روتور توربین را ارائه می دهد، V سرعت باد(m/s) است، pتوان خروجی توربین بودهو w سرعت روتور توربین بادی می باشد ، (نسبت سرعت نوک vt/v نسبت بین سرعت نوک پره Vt وسرعت باد در قسمت پایین روتور v است (زاویه ی شیب در درجه می باشد .
پارامترهای سیستم مدلسازی شده در ضمیمه ارائه شده است .
توربین بادی وکنترل های مربوط به آن با به کارگیری نرم افزار EuRoSTAG مدلسازی می شودو واحدهای اصلی کنترل مدلسازی شده در شکل 1 نشان داده شدهاست کنترل کننده ی اصلی ، عملکرد کنترلی کلی را مدیریت کرده و کنترل کننده شییب و توان یا انرژی باعث هماهنگی واحدهای دیگر می شو.
طراحی تبدیل انرژی باد برای شبیه سازی تغذیه ی ژنراتور القایی به کار می رودمبدل ، فرکانس روتور تغذیه کننده ی جریان را در ایجاد عملکرد سرعت های متفاوت تنظیم می کند .(شکل 2-2)
2-2مدل تغذیه ی ژنراتور القایی :
تغذیه ژنراتور القایی به طور متداول در دستگاه هایی برای تولید انرژی باد به کارمی رودترمینال یا پایانه های روتور باولتاژ سه فاز متقارن فرکانس متغیر تغذیه می شود به کارگیری قراردادهای ژنراتور ، بامجموعه ی معادلات دینامیک به صورت نتایج زیر ارائه می شود:
فرمول4 و 5و6و7
جاییکه V ولتاژ درR,V مقاومت ظاهری در I,(جریان در A وWs فرکانس الکتریکی استاتور در ((rad/s) مدار فلوی مغناطیسی Vs و s خطای روتور میباشد.
از مجموعه ی معادلات بالا q,dاجزای مستقیم و تربیع را نشان میدهد و r,sاستاتورو تربیع روتور را مشخص می کند.
چارچوب مرجع d-q در سرعت همزمان با محور 90درجه ی q در حال چرخش میباشد مدارفلوی مغناطیسی در معادله v با اسفاده از مجموعه ی معادله ی زیر در هر واحد محاسبه میشود: فرمول 8
شکل 1:طرح تبدیل انرژی باد و کنترل مرتبط با آن
Lm القاگری متقابل و lr,ls القاگری استاتوروالقاگری نشت در(8)است تغییراد در سرعت ژنراتور از تفاوت در گشتاور الکتریکی و مکانیکی حاصل می شود و با به کارگیری معادله حرکت ژنراتور محاسبه می شود:
فرمول 10
مبدل ها به عنوان منبع جریان ارائه شده و مجموعه ی جریان، جریان مساوی از روتور را نشان می دهد . مجموعه ای جریان از مجموعه توان واکنشی و توان فعال حاصل می شود نقاط مجموعه ای توان فعال باکنترل کننده ی سرعت روتوربر اساس مقدار سرعت واقعی روتور ایجاد می شود ومجموعه ی توان واکنشی با کنترل کننده ولتاژ قطبی یا پایانه یا کنترل کننده ی فاکتور توان یا نیرو بر اساس مقدار واقعی ولتاژ قطبی یا فاکتور توان یا نیرو حاصل می شود.
3-2ژنراتورهای همزمان
مدل ژنراتورهای همزمان برای تجزیه و تحلیل دینامیکی به کار می رود ودارای دو مدل محوری به 4متغیر حالتی است :
فرمول 11
طوری که متغیرهای حالت Ed بود واجزای محوری مستقیم ولتاژ پشتی مقاومت گذرا است و Eq اجزای تربیع محویرولتاژ پشتی مقاومت گذرا و w سرعت زاویه ای روتور، ( زاویه ی روتور می باشد.
2.4جبران کننده یا متعاد کننده ی متغیر ثابت (sVC):
SVC به طور اساس شنت مرتبط با ژنراتور متغیر ثابت جذب کننده است ، در حالیکه بازده یا خروجی برای مبادله ی جریان خازنی یا القایی برای حفظ کردن یا کنترل کردن متغیرهای سیستم انرژی یا توان خاصی تنظیم می شود:
شکل 2 ساختار تغذیه ی ژنراتور القایی بر اساس سیستم توربین بادی
شکل 3 ساختار تغذیه ی ژنراتور القایی بر اسسا سیستم توربین بادی
شکل 3 ساختار کنترل کننده SVC با حلقه ی تثبیت کننده
متغیرهای کنترل کننده ، ولتاژ گذرگاه SVC است یکی از دلایل اصلی برای نصب کردن SVC تقویت کردن کنترل ولتاژ دینامیک است ودر نتیجه ظرفیت با ر سیستم افزایش می یابد.
علائم تثبیت شده و کنترل تکمیلی در حلقه ی کنترل ولتاژ SVC اضافه می شودو میرایی نوسانات سیستم را در طول خطاها واختلالات گذرا فراهم می آورد معادله ی حالت برای SVC به صورت زیر نوشته می شود:
طوری که Bsvc پذیرندگی u,SVC بازده حلقه ی تثبیت کننده است جایی که Vref بعنوان 1.0 در هر واحد انتخاب می شودVmeas ولتاژ pcc می باشد.
2.5 STATCOM
در جنبه های زیادی ، STATCOM مشابه جبران کننده یا متعادل کننده ی همزمان است اما بدون اینرسی می باشد توده ی الکترونیکی STATCOM به صورت مبدل منبع ولتاژ است و به طور کلی ولتاژ ورودی dc را درولتاژ خروجی سه فاز در فرکانس اصلی تغییر می دهد و فاز ( تغیر فاز بین ولتاژ VSC AC کنترل کننده وولتاژ گذرگاه V آن می باشد، Vref تنظیم ولتاژ منبع است .
معادلات دینامیک شامل معادلات دیفرانسیلی برای کنترل کننده مقدار ولتاژ کنترل کننده زاویه فاز و تعادل توان STATCOM است . معادلات دیفرانسیلی زیر از نمودار بلوکی نوشته شده و در شکل 4b,4a ارائه می شود:
فرمول 13 و14 و15 و16
شکل 4a کنترل کننده مقدار ولتاژ PWM در STATCOM
شکل 4b کنترل کننده زاویه فاز PI برای STATCOM
طوری که Vx بازده یا خروجی ولتاژ اندازه گیری مدار جریان ، Vdcx خروجی یا بازده ولتاژ DC اندازه گیری مدار جریان است و (aبازده توده کنترل کننده زاویه فاز می باشد وmsh از آن حاصل می شودو Tmac,Kmac موارد حاصل شدهو ثابت زمانی ولتاژ ac اندازه گیری مدار جریان است Vdcy ورودی در کنترل کننده pi در ولتاژ DC اندازه گیری مدار جریان می باشد.
فرمول 17
طوری که K ثابت تناسب بازده خروجی STATCOM PWM VSC است فرمول 18
2.6خازن های مجموعه ی کنترل شده ی تریستور :
طرح خازن مجموعه ی کنترل شده تریستور ، واکنشگر کنترل تریستور را به طور موازی با خازن برای تغییر مقاومت القایی جبرانی موثر به کار می گیرد برای هدف تجزیه و تحلیلTCSC صرف نظر از عملکرد اجرای آن، به عنوان خازن متغیر و ساده در نظر گرفته می شود ومقاومت القایی در دامنه ی 0(XC(Xcmx قابل کنترل می باشد.
نمودار خط منفرد TCSC درشکل 5 نشان داده شده است . مدل مقاومت القایی متغیر TCSC درشکل 6 مشاهده می شودمقدار مرجع مقاومت القایی TCSC بر اساس درجه ی متعادل کننده ی مورد نیاز ثابت می شود برای بررسی های ارائه شده ، مقدار Xref به عنوان نصف مقاومت القایی خطی انتخاب می شودXc مقاومت متغیر واردشده بوسیله ی واحد TCSC در خط می باشد
فرمول 19
Xref مقدار مرجع مقاومت TCSC وارد شده در خط است Xmeas مقاومت اندازه گیری شده است وu علائم تثبیت کننده ، T ثابت زمانی کنترل کننده Xmin,Xmax حداکثر و حداقل حد مقاومت القایی می باشد.
2.7کنترل کننده جریان توان یکنواخت upfc
Upfc متداولترین کنترل کننده متحرک FACTS است که با توانایی های تنظیم ولتاژ ، مجموعه های متعادل کننده و تغییر فاز گسترش یافته است آن شامل دو مبدل منبع ولتاژ است که از طریق ارتباط DC به هم مرتبط می شود نمودار خطوط منفرد در شکل 7 نشان داده شده است .
حلقه های کنترل جریان توان فعال و توان غیر فعال یا واکنشی UPFC در شکل 8 و9 نشان داده شده است علائم تثبیت شده برای کنترل کننده جریان توان یکنواخت از توده ی میرایی نوسان توان یا انرژی حاصل می شود و جریان توان فعال Pflow به عنوان علائم ورودی به کار می رود.
Pflow Ref مقدارمرجع جریان توان فعال در خطی استکه Upfc مرتبط می باشد این مقدار بعداز عملکرد جریان توان در خطی حاصل می شود که upfc متصل است Vseq اجزای مجموعه ی ولتاژ تزریقی در تربیع با جریان خطی می باشد.
Qflow جریان توان واکنشی واقعی در خط و Vsep اجزای ولتاژ AC تزریق شده درفاز با جریان خطی می باشد
2.7.1متعادل کردن پارامتر کنترل کننده FACTS:
متعادل کردن پارامترهای کنترل کننده FACTS مشکل اصلی تاثیر تثبیت کننده است که به دسترسی به کنترل کننده بستگی خواهدداشت متعادل سازی به عنوان مشکل یهینه سازی با هدف کاهش نوسانات ولتاژ PCC از مقدار مطلوب ارائه می شود و به صورت زیر محاسبه می شود:

فایل : 20 صفحه

فرمت : Word