چکیده:

در این مقاله تاثیر محدود کننده جریان خطا ابررسانا بر عملکرد شبکه مجهز به نیروگاه بادی به عنوان واحدهای تولید پراکنده، مورد مطالعه قرار گرفته

است.

استفاده از انرژی باد برای تولید انرژی الکتریکی طی سالهای اخیر از رشد چشمگیری برخوردار بوده است. با افزایش نفوذ توربینهای های بادی در سیستم الکتریکی، باعث افزایش جریان اتصال کوتاه می گردد. جریان اتصال کوتاه باعث وارد آمدن استرس های مکانیکی و حرارتی متناسب با مجذور دامنه جریان اتصال کوتاه به تجهیزات و آسیب آنها می گردد. یکی از روشهای ساده و رایج برای کاهش دامنه جریان خطا و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات استفاده از محدود ) می باشد، که استفاده از آنها در توزیع را امری اجتناب ناپذیر می نماید.FCLکننده های جریان خطا ۱)
با افزایش از آنجائیکه که مناطق با پتانسیل انرژی باد لزوما در نزدیکی مراکز مصرف نمی باشند، بررسی، مدل سازی و تحلیل مزارع بادی از نظر حفظ پایداری سیستم و کیفیت توان و قابلیت اطمینان مطلوب از جنبه های مختلف حائز اهمیت است. در این مقاله کارایی محدودکننده جریان خطا ابر رسانا در سیستم قدرت حاوی توربین های بادی توسط نرم افزار PSCAD/EMTDC مورد شبیه سازی و مطالعه قرار گرفته است.

واژههای کلیدی: منابع تولید پراکنده، بهبود پایداری دینامیکی، جریان اتصال کوتاه،، محدود کننده جریان خطا ابررسانا، توربین بادی.

۱ Fault Current Limiter

۱

.۱ مقدمه

امروزه استفاده از انرژی باد به علت مزایای فراوان رو به افزایش است ، به گونهای که سعی شده از طریق نصب نیروگاههای بادی و تولید برق ارزان و پاک تا حدودی از مشکلات زیست محیطی کرهی زمین کاسته شود . با رشد این نوع نیروگاهها بررسی رفتار آنها در اتصال به شبکه ضروری مینماید.[۲-۱]

اضافه شدن واحدهای تولید پراکنده به سیستم توزیع دارای مزیت ها و معایبی در طراحی و بهره برداری از سیستم توزیع می باشد. یکی از این معایب، تاثیر آن بر افزایش سطح اتصال کوتاه شبکه و تجهیزات سیستم می باشد. جریان اتصال کوتاه باعث وارد آمدن استرس های مکانیکی و حرارتی متناسب با مجذور دامنه جریان اتصال کوتاه به تجهیزات و آسیب آنها می گردد. یکی از روشهای ساده برای کاهش دامنه جریان خطا و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات استفاده از محدود کننده های جریان خطا (FCL2) می باشد.[۳]

توربینهای بادی سرعت ثابت از ژنراتور القائی قفس سنجابی کنند. برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می های قفس سنجابی برای ایجاد پیوند مغناطیسی لازم مقدار ژنراتور کنند این نوع ژنراتورها برای تولید زیادی توان راکتیو مصرف می کنند و بر عکس. توان اکتیو بیشتر توان راکتیو بیشتری مصرف می

در هنگام وقوع خطا و کاهش ولتاژ، ژنراتور فقط قادر به تزریق مقدار کمی توان اکتیو به شبکه خواهد بود. چون که توان تولید شده توسط ژنراتور با ولتاژ ترمینال ارتباط مستقیم دارد. در حالیکه توان مکانیکی تولید شده به وسیله توربین ثابت است. در نتیجه عدم توازن بین توان مکانیکی و توان الکتریکی تولید شده سرعت روتور ژنراتور شروع به افزایش مینماید. بعد از برطرف شدن خطا ژنراتور القائی قفس سنجابی با سرعت بالاتری در حال کار است و در نتیجه توان راکتیو بیشتری از شبکه خواهد کشید که این مسئله باعث شود بازیابی ولتاژ ترمینال به آرامی انجام پذیرد. افزایش سرعت می شود. در نتیجه ژنراتور باعث افزایش توان راکتیو مصرفی ژنراتور می ولتاژ ترمینال بیشتر افت کرده و باعث کاهش بیشتر توان تولیدی شود. این مسئله به عدم توازن بیشتر توان مکانیکی و ژنراتور می شود و الکتریکی تبدیل می شود و باعث ناپایدار شدن ژنراتور می باشد سرعت ولتاژ بازیابی از ژنراتور سریعتر گرفتن شتاب چنانچه که میرسد حدی به سرعت که آنجا تا افزایش یافته همچنان ژنراتور خارج مدار از واحد کل و می شود خود ناحیه ناپایدار وارد ژنراتور

.میگردد[۵-۴] ورود و خروج مکرر واحد علاوه بر کاهش کیفیت برق تولیدی

باعث کاهش عمر مفید آن نیز میگردد و همچنین در شبکه های

۲ Fault Current Limiter

ایزوله و یا کوچک باعث بر هم خوردن توازن میان تولید و مصرف می شود. در سالهای اخیر مطالعات پایداری نیروگاههای بادی از اهمیت خاصی برخوردار گردیده و در این زمینه تحقیقات متعددی صورت گرفته است. در در راستای بهبود پایداری نیز روشهای متعددی ارائه و مورد بررسی قرار گرفته است، که از جمله میتوان به مقالات [۷-۶]، که در آنها استفاده از SVC و STATCOM به منظور بهبود پایداری ولتاژ و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. هر یک از محدود کننده های جریان خطا علاوه بر محدود سازی جریان خطا، که هر کدام دارای مشخصه خاص خود میباشد، با تاثیر بر پارامترهای سیستم در شرایط خطا بر رفتار سیستم و تجهیزات اثر می گذارد. در این مقاله رفتار محدود کننده جریان خطا ابر رسانا نوع مقاومتی بر رفتار دینامیکی و پایداری نیروگاه بادی در شرایط اتصال کوتاه مورد بررسی قرار گرفته است.

.۲ مشخصه محدودکننده ابررسانا نوع مقاومتی

از میان همه محدودکنندهها، محدودکننده ابررسانایی دما بالای نوع مقاومتی در صورتی که به خوبی طراحی شود موثرتر، کم حجمتر وارزانتر از دیگر محدودسازها است. محدودساز ابررسانایی نوع مقاومتی، محدود کنندهای خود تحریک است که اگر جریان خطا از جریان بحرانی ابررسانا تخطی کند با گذر از حالت ابررسانائی به حالت نرمال، جریان خطا را محدود می کند. درطول شرایط نرمال شبکه از آنجائیکه مقاومت ابررسانا صفراست جریان عبوری بدون هیچ گونه تلفات انرژی از ابررسانا می گذرد . اما، وقتی که جریان خطا از جریان بحرانی تخطی (S-N) کند، ابرسانا از حالت ابررسانائی به حالت نرمال گذر تغییر می کند. به واسطه این پدیده، که فرونشانی((Quench ابررسانا نامیده می شود، مقاومت محدود کننده افزایش می یابد و جریان خطا محدود می شود. بعد از اینکه جریان خطا کاهش یافت وقطع شد، ابررسانا از حالت نرمال به حالت ابررسانائی برمی گردد.

محدودساز ابررسانایی نوع مقاومتی با استفاده از رابطه زیر

مدل شده است.

RFCL=Rm(1-exp(t/-Tsc) (1)

که در آن Rm حداکثر مقاومت ابررسانا می باشد و Tsc ثابت زمانی گذر از حالت ابررسانائی به حالت نرمال می باشد.[۸]