چکیده
تکنولوژیهای تولید و انتقال برق در مقیاس بزرگ عموما حجم بزرگی از صرفهجوییها را در اختیار قرار میدهند. به دلیل وجـود این صرفهجوییها سیستمهای قدرت از دیدگاه تاریخی به سمت ساختارهای به هم پیوسته و بزرگ رشد و نمو پیدا کردهاند کـه در این ساختارها به طور معمول، برق توسط نیروگاههای متمرکز با محدوده توانی از چند صد تا چند هزار مگاوات تولید مـیشـود. در طرف مقابل، تغییرات آب و هوایی، کمبود منابع فسیلی، مشوقهای سیاسی و اقبال عمومی به انرژیهای تجدیدپذیر، بـهکـارگیری تکنولوژیهای تولید پراکنده کوچک و تجدیدپذیر را ترویج داده است که این تولیدات شامل تـوربین هـای بـادی، فتوولتائیـکهـا، میکروتوربینها، تولید همزمان برق و حرارت ( (CHP، واحدهای چوب و زباله سوز و غیره مـیباشـند. از طرفـی امـروزه بـا رونـد حرکت سیستمهای قدرت به سمت ایجاد رقابت و شکستن انحصار، اهمیت سرویسـهای جـانبی همچـون سـرویس تـوان راکتیـو و کنترل ولتاژ، رزرو چرخان، تنظیم کننده و … بیشتر نمایان شده است. یکی از مهمترین این سـرویس هـا، سـرویس تـوان راکتیـو می باشد که برای بهبود ایمنی سیستم بایستی به نحوی توسط بهره بردار سیستم قدرت بصورت بهینه تأمین گـردد. هـدف در ایـن گزارش بررسی روش های متداول برنامه ریزی و مسائل موجود در مدیریت توان راکتیو برای تأمین و تهیـه بهینـه تـوان راکتیـو در سیستم های قدرت در حضور مولدهای بادی میباشد.

واژههای کلیدی: سیستم های توزیع ، مولد های بادی، توان راکتیو ، DG

۱

-۱ مقدمه

در واقع بهره برداری مطلوب و بهینه از سیستم قدرت ، از مهمترین وظایف شرکت های برق می باشد. در سال های اخیر، توجه زیادی بر روی مطالعات بهره برداری بهینه از سیستم های قدرت شده است، که هم از نظر اقتصادی، کمترین هزینه ها به شرکت های تولید کننده و توزیع کننده برق تحمیل شود هم از نظر امنیت، انرژی برق با بهترین کیفیت به مصرف کننده ها رسانده شود . یکی از مسائلی که سیستم قدرت با آن روبرو است پایداری سیستم در برابر فروپاشی ولتاژ می باشد. مهمترین دلیل فرو پاشی ..×ولتاژ، ناتوانی سیستم قدرت در تامین توان راکتیو می باشد شبکه های توزیع موجود بر اساس نبود طرح ریزی شده اند. بنابراین نیاز به حل مسأله وجود دارد. انحراف از حدود مقـرر یکـی از

این مشکلات است. این مشکل ناشی از تغییرات خروجی توان است. در سالیان اخیر، مشارکت منابع پراکنـده در کنتـرل ولتـاژ و توان راکتیو سیستم های توزیع، بویژه منابع پراکنده مبتنی بر اینورتر که امکان کنترل توان در آنها میسر اسـت مـورد توجـه قـرار گرفته است. تخصیص توان راکیتو در سیستم های توزیع دارای سابقه طولانی بویژه در سیستم های بدون منابع تولید پراکنده است مساله برنامه ریزی بهینه توان راکتیو یکی ازموضوعات مهم در شبکه های قدرت می باشـد. هـدف از تـأمین منـابع تـوان راکتیـو برنامه ریزی توان راکتیو کافی در سیستم قدرت است طوری که قادر باشد در شرایط اقتصادی مورد بهره برداری قرار گیرد. مسـاله برنامه ریزی توان راکتیو به صورت تعیین بهینه مکان، نوع و اندازه منابع جدید توان راکتیو برای دستیابی به اهداف مورد نظر شامل کاهش تلفات و حداقل کردن هزینه سرمایه گذاری و کاهش انحراف ولتاژ و … در حالت کار عادی و پیشامدهای احتمالی شبکه، بـا در نظر گرفتن یک سری قیود می باشد. اقدامات متقابل در برابر ناپایداری ولتاژ میتواند به صورت مجـزا بـه اقـدامات پیشـگیرانه و اصلاحی طبقه بندی شود. لذا استفاده از سیستم های جبران توان راکتیو و برنامه ریزی توان راکتیو به عنوان یک روش کارآمـد و خوب با هدف کاهش مشکلات مربوط به پایداری ولتاژ و سایر مشکلات ناشی از اتصال مولدهای بادی به شبکه توزیع مطـرح شـده است. در این گزارش به روش های مدیریت توان راکتیو در شبکه های قدرت با مقدار زیـادی از تولیـد انـرژی بـاد مـیپـردازیم. از طرفی، در سال های اخیر، افزایش روزافزون استفاده از ژنراتورهای بادی، به عنوان یکی از منابع انرژی تجدید پذیر، در سیستمهای قدرت و ماهیت متغیر و غیر قابل پیش بینی بودن خروجی آن، نیاز به تغییر در روش های برنامهریزی توان راکتیو در سیستم های توزیع را اجتناب ناپذیر نموده است. اما از آنجا که سرعت باد بطور پیوسته تغییر می کند و بالطبع تغییرات توان خروجی توربین را به همراه دارد، نیاز است تا برای درک بهتر پاسخ کل سیستم و تاثیر مولدهای بادی در برنامه ریزی توان راکتیو سیسـتم، از مـدلی دینامیکی استفاده شود که نشان دهنده این تغییرات باشد تا با مدیریت و برنامه ریزی توان راکتیو مناسب این مشکل برطرف شود.

-۲ جایگاه مسئله تاثیر دینامیک مولدهای بادی در برنامه ریزی توان راکتیو

۲

جهت تجاری کردن سیستم های توزیع با منابع تولید انرژی پراکنده، از جمله مولدهای بادی، بایستی عملکرد، قابلیت اطمینان، ماندگاری، هزینه وپذیرش عمومی درنظر گرفته شوند. بدین منظور استفاده از یک الگوی مدیریت توان راکتیو مناسب جهـت غلبـه برمشکلات اتصال مولدهای بادی به شبکه توزیع و برآورده کردن نیازهای مصرف کننده امری ضروری می باشد. اما نمـی تـوان در الگوی مدیریت توان راکتیو دینامیک منبع تولید پراکنده بادی را در نظر نگرفت. به عنوان مثال پاسخ توربین بـاد بـه تغییـرات بـار بسیار سریعتر از پاسخ آن به تغییرات سرعت باد است، از طرفی جزئیات توربین باد بسیار زیاد است که باعث کندی شبیه سـازی و بررسی تاثیر آن در مدریت توان راکتیو می شوند. بنابراین بایستی از مدلی برای توربین باد استفاده کرد که بر پاسخ آن به سـرعت باد تاکید بیشتری داشته باشد. از طرفی انتقال، توزیع و تامین بارهای الکترکی بصورت AC رخ می دهد. بنابراین سیستم توزیع بـا مولدهای بادی، برای کارکرد اجزاء مختلف در کنار یکدیگر و ارتباط آنها با بار یا شبکه، به میانجی های الکترونیک قدرت تکیه مـی کنند. اما مدل های دقیق ادوات الکترونیک قدرت زمان لازم برای شبیه سازی را بسیار طولانی کرده و برای مطالعات طولانی مدت مناسب نیستند. جهت برطرف کردن این مشکل به مدل های میانگینی نیاز است که علاوه بر در نظر گرفتن دینامیک آنها، باعـث طولانی شدن زمان شبیه سازی نشوند. در ادامه دینامیک مولدهای بادی به منظور بررسی تاثیر آن در برنامـه ریـزی تـوان راکتیـو سیستم توزیع تشریح می شود.

-۳ مدل دینامیکی مولد های بادی و سیستم تبدیل انرژی باد

بطور کلی سیستم تبدیل انرژی باد شامل دو زیر سیستم است، یکی قسمت توربین باد و دیگری ژنراتور الکتریکی. توصـیف بـا جزئیات مفاهیم این زیر سیستم ها را می توان در کتب مرجع توربین باد]لآ[و]لأ[مشاهده کرد.

-۱-۳ انرژی موجود در باد
سیستم های تبدیل انرژی باد، انرژی جنبشی موجود در باد را به انرژی الکتریکی تبدیل، و یا آن را بـرای اسـتفاده در سـایر کارهـا مانند پمپ آب، آسیاب بادی و … آماده می کنند. انرژی جنبشی هوا، با جـرم m و سـرعت V را مـی تـوان بصـورت رابطـه (۱-۳) نوشت :[۳]

(۱) mV 2 1 Ek 
۲

در طول دوره زمانی t، جرم (m) هوای عبوری از سطح A در سرعت V عبارت است از:
m  Avt (2)

که چگالی هواست بر حسب می باشد. براساس دو معادله فوق توان باد به صورت زیر بدست می آید:

(۳) AV۳ ۱ P 
۲
توان مخصوص یا چگالی توان محل باد بصورت زیر داده می شود: