ارزيابي ناپايداري اغتشاش بزرگ زاويه روتور در شبكه هاي قدرت مدرن، با درجه نفوذ بالا از توليد توان بادي

دكتري

تضمين بهره¬برداري امن و پايدار يك سيستم قدرت بزرگ، كه در معرض تنش¬هاي مختلف قرار دارد، يكي از مهم¬ترين چالش¬هايي است كه مهندسان قدرت امروزه با آن رو به رو هستند. بر اين اساس، تشخيص هر چه سريع¬تر پايداري در شبكه¬هاي قدرت در شرايط اضطراري و بروز اغتشاش¬هاي مختلف، امري حياتي براي جلوگيري از فروپاشي و ايجاد خاموشي¬هاي سراسري مي¬باشد و مي¬تواند اقدامات پيشگيرانه و اصلاحي مورد نياز و موثر را در جهت كاركرد مطمئن و كارآمد شبكه¬هاي قدرت سبب شود. در اين راستا، مطالعات فراواني روي پايداري گذراي نيروگاه¬هاي معمولي انجام شده و تحت شرايط مختلف با حضور مولدهاي سنكرون مورد ارزيابي و تجزيه و تحليل قرار گرفته¬ است. علاوه بر اين، رشد و توسعه روزافزون منابع انرژي تجديدپذير، به ويژه افزايش نفوذ مزارع بادي مبتني بر DFIG در سيستم-هاي قدرت بهم¬پيوسته، موجب ايجاد چالش¬هاي جديدي در سيستم¬هاي قدرت مدرن شده است. از اينرو، مطالعه رفتار توربين¬هاي بادي در يك سيستم قدرت و تعامل آنها با ساير تجهيزات توليد و بارها بسيار اهميت پيدا كرده است. بر اين اساس، در سيستم¬هاي قدرتي كه مقدار قابل توجهي از كل توان توليدي شبكه توسط توان بادي تامين مي¬شود، بايستي مزارع بادي به نحو مناسبي در آناليز پايداري گذراي شبكه ارائه شوند و نمي¬توان اثر آنها را ناديده گرفت. به اين ترتيب، اهميت و پيچيدگي آناليز وضعيت پايداري گذراي شبكه دو چندان مي¬شود. بر اين اساس و با توجه به اهميت فوق¬العاده موضوع، آناليز وضعيت پايداري گذراي شبكه با افزايش نفوذ مزارع بادي مبتني بر DFIG به عنوان هدف اصلي اين رساله مد نظر بوده و تمركز روي آن قرار گرفته است. به اين منظور، ابتدا مدل¬سازي مولد سنكرون و اجزاي مختلف DFIG جهت انجام مطالعات ديناميكي مد نظر قرار گرفته و سپس، نحوه ارتباط ماشين و شبكه بيان شده و براي DFIG همانند مولد سنكرون يك مدار معادل در حالت اتصال به شبكه توسعه داده مي¬شود. همچنين، مدل معادلات شبكه نيز در فرم تعادل جريان براي DFIG و مولد سنكرون استخراج شده است. با مدل¬سازي ديناميكي انجام شده براي اجزاي سيستم قدرت، آناليز پايداري گذرا با استفاده از روش شبيه¬سازي زماني مبتني بر انتگرال¬گيري ذوزنقه¬اي انجام شده و بنابراين، براي شبيه¬سازي¬ در اين رساله از نرم¬افزار MATLAB استفاده مي¬شود. به اين ترتيب در اين رساله، آناليز جامعي از وضعيت پايداري گذراي شبكه با افزايش ميزان نفوذ توان بادي انجام شده است. نتايج شبيه¬سازي¬ها نشان دهنده كارايي مدار معادل ارائه شده براي DFIG جهت آناليز ديناميكي ماشين در حالت اتصال به شبكه مي¬باشد. با توجه به اينكه اثر افزايش ميزان نفوذ توان بادي بر روي پايداري گذرا در سيستم¬هاي قدرت تك ماشين متصل به شين بي¬نهايت، بسيار زياد مورد توجه محققان بوده است، جهت آناليز پايداري گذرا ابتدا شبكه تك ماشين متصل به شين بي¬نهايت مد نظر قرار گرفته و از يك سيستم استاندارد و جديد جهت مطالعه استفاده شده است. همچنين، يك تحليل جامع از عملكرد سيستم كنترل حلقه بسته DFIG انجام شده و مقايسه تاثير نحوه مدل¬سازي DFIG بر روي پايداري گذرا مد نظر قرار مي¬گيرد. در ادامه، اثر عواملي چون جبران¬سازي توان راكتيو توسط DFIG، تغيير شرايط عملكردي شبكه، تغيير محل وقوع خطا در سيستم، تغيير سرعت نامي DFIG، استحكام شبكه قدرت و پارامترهاي مختلف DFIG روي پايداري گذرا با افزايش نفوذ توان بادي تجزيه تحليل مي¬شود. همچنين، جهت انجام آناليز بيشتر، مطالعات و تجزيه و تحليل پايداري گذرا با افزايش نفوذ توان بادي روي سيستم¬هاي 9 و 39 شينه نيز انجام شده است. سرانجام در اين رساله، يك رويكرد جديد جهت تشخيص ناپايداري گذراي نوسان اول ارائه شده است كه داراي بار محاسباتي به نسبت كم و دقت و سرعت نسبتا بالا بوده و همچنين جهت كاربردهاي زمان حقيقي در تشخيص ناپايداري گذرا مناسب مي¬باشد. درواقع، با استفاده از مفهوم سطح مرزي انرژي پتانسيل به همراه انرژي جنبشي يك رويكرد نواورانه جهت تشخيص ناپايداري گذرا ارائه شده است. ايده اصلي روش در اين رويكرد، تشخيص ناپايداري گذرا بدون محاسبه مستقيم نقطه تعادل ناپايدار يا مقدار انرژي بحراني است، علي¬رغم اينكه از مفاهيم انرژي پتانسيل استفاده شده است.

209595

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق قدرت

دكتر محسن كلانتر