تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

 

جایابی بهینه محدود کننده‌های جریان خطا در میکروگریدها به منظور بهبود تداوم سرویس

 

به کوشش

سید صادق موسوی شوشتری

 

با توجه به افزایش تقاضای مصرف و نفوذ روزافزون منابع تولید پراکنده به شبکه قدرت، سیستم‌های تولید و توزیع روز‌به‌روز گسترده‌تر و پیچیده‌تر می‌شود. اتصال این منابع به سیستم باعث افزایش سطح جریان اتصال کوتاه و بروز مشکلاتی از جمله بر هم خوردن هماهنگی سیستم حفاظتی موجود در شبکه می‌شود برای حل این مشکل روش‌هایی از جمله قطع کردن منبع تولید پراکنده از شبکه توزیع به هنگام رخ دادن خطا ، تنظیم مجدد پارامترهای رله‌ها و استفاده از طرح تطبیقی پیشنهاد شده است یک روش مناسب برای برطرف کردن مشکلات ناشی از اضافه جریان خطا، استفاده از محدود کننده‌های جریان خطا است در حقیقت محدودکننده‌های جریان خطا نه تنها مشکلات ناشی از اضافه جریان خطا به دلیل اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه را رفع می‌کند بلکه سختی و پیچیدگی که در روش‌های فوق اشاره شده است را ندارد.

در این پایان‌نامه، برای برطرف کردن مشکلات ناشی از اتصال منبع تولیدپراکنده در میکروگرید و بهبود کیفیت ولتاژ در باس‌های میکروگرید، استفاده از محدودکننده جریان خطای تک جهته در فیدرهای وصل‌کننده شبکه میکروگرید به شبکه اصلی به منظور بهبود تداوم سرویس پیشنهاد شده‌است. به همین منظور این ایده در دو شبکه 8 باس و شبکه توزیع IEEE30 باس که به صورت حلقوی است بررسی شده است. دراین تحقیق برای پیدا کردن مقادیر مناسب امپدانس محدود کننده‌های جریان خطا تک جهته به منظور حفظ هماهنگی حفاظتی و بهبود کیفیت ولتاژ در شبکه توزیع IEEE30 باس از الگوریتم بهینه‌سازی استاد و دانشجو استفاده شده است.

کلمات کلیدی: منبع تولید پراکنده، محدود کننده جریان خطا، حفاظت، کیفیت توان

 

 

 

فهرست مطالب

   عنوان                                       صفحه

 

فصل اول: مقدمه.. 1

1-1مقدمه.. 2

1-2اهمیت موضوع.. 3

1-3مروری بر مطالعات صورت گرفته جهت کاهش تاثیرات منبع تولید پراکنده   5

1-4اهداف پایان‌نامه.. 7

1-5ساختار پایان‌نامه.. 9

فصل دوم: مروری بر پیشینه تحقیق.. 10

2-1مقدمه.. 11

2-2منبع تولید پراکنده.. 11

2-3میکروگرید.. 13

2-4محدودکننده جریان خطا.. 16

2-4-1راکتورهای محدود کننده جریان.. 17

2-4-2Is-limiter 18

2-4-3محدودکننده جریان خطای حالت جامد.. 20

2-4-4محدودکننده جریان خطای ابر رسانا.. 23

2-4-5 محدودکننده جریان خطای تک جهته .. 27

2-5مروری بر کارهای انجام شده.. 27

فصل سوم: تشریح روش .. 31

3-1مقدمه.. 31

3-2الگوریتم بهینه سازی استاد و دانشجو[43].. 33

3-2-1مقدمه   33

3-2-2بهینه‌سازی بر اساس تدریس – یادگیری.. 34

3-2-3پیاده‌سازی TLBO برای بهینه‌سازی.. 38

3-2-4تصحیح الگوریتم استاد و دانشجو.. 40

3-3سیستم حفاظتی.. 40

3-4شبکه توزیع حلقوی 20 کیلوولت.. 42

3-5شبکه IEEE 30 باس.. 47

3-5-1تابع هزینه.. 52

3-5-2 تاثیرمحدودکننده جریان خطا در ولتاژ میکروگرید…………………………………………54

فصل چهارم: نتایج شبیه‌سازی.. 56

4-1مقدمه.. 56

4-2شبکه توزیع حلقوی 20 کیلوولت.. 56

4-2-1هماهنگی سیستم حفاظت.. 59

4-2-2بهبود کیفیت توان با به کار بردن محدودکننده جریان خطا تک جهته   64

4-3شبکه IEEE 30 باس.. 66

4-3-1هماهنگی حفاظتی.. 67

4-3-2تاثیر محدودکننده جریان خطا تک جهته بر کیفیت ولتاژ در میکروگرید    74

فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات.. 76

5-1 نتیجه‌گیری……………………………………………………………………………………………………………77

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………….78

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………….80

 

 

 

 

 

فهرست جداول

   عنوان                                           صفحه

 

جدول ‏3‑1: پارامترهای مشخصه عملکرد رله بر اساس استاندارد    41

جدول ‏3‑2:اطلاعات شبکه.. 43

جدول ‏3‑3: اطلاعات خطوط شبکه توزیع IEEE 30 باس.. 48

جدول ‏3‑4 اطلاعات خطوط میکروگرید.. 49

جدول ‏3‑5 اطلاعات منبع تولید پراکنده.. 49

جدول ‏3‑6: اطلاعات ترانسفورماتورهای میکروگرید.. 49

جدول ‏3‑7: ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید قبل از نصب DG   55

جدول ‏3‑8: ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید قبل از نصب DG و FCL   55

جدول ‏3‑9: ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید قبل از نصب DG و UFCL   55

جدول ‏4‑1: تنظمیات رله‌های اضافه جریان قبل از اتصال منبع تولید پراکنده.. 57

جدول ‏4‑2: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه‌جریان قبل از اتصال DG3. 61

جدول ‏4‑3: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه‌جریان بعد از اتصال DG3. 61

جدول ‏4‑4: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3و دو‌FCL.. 62

جدول ‏4‑5: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3و یکFCL و یک UFCL.. 62

جدول ‏4‑6: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3 و یک UFCL و یکFCL.. 63

جدول ‏4‑7: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3 و دو UFCL.. 63

جدول ‏4‑8: دامنه افت ولتاژ باس شماره3 وباس شماره6   64

جدول ‏4‑9: تنظمیات رله‌های اضافه جریان قبل از اتصال منبع تولید پراکنده.. 66

جدول ‏4‑10: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه‌جریان قبل از اتصالDG3. 70

جدول ‏4‑11: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3. 71

جدول ‏4‑12::نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3و دوFCL.. 72

 

جدول ‏4‑13: نتایج محاسبه شده برای هماهنگی بین رله‌ها اضافه جریان بعد از اتصال DG3و دوUFCL.. 73

جدول ‏4‑14: ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید بعد از نصب DG   75

جدول ‏4‑15: ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید بعد از نصب DG و UFCL   75

جدول ‏4‑16:ولتاژ باس‌های حساس میکروگرید بعد از نصب DG و FCL   75

 

 

 

 

 

فهرست شکل‌ها

   عنوان                                           صفحه

شکل ‏2‑1: برخی از اتصالات متداول CLR.. 18

شکل ‏2‑2: یک Is-limiter نمونه و عملکرد آن.. 19

شکل ‏2‑3: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد.   20

شکل ‏2‑4: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد   21

شکل ‏2‑5: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد   22

شکل ‏2‑6: مدار معادل محدود كننده رزونانسی سری-موازی در زمان اتصال کوتاه.. 22

شکل ‏2‑7: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد   23

شکل ‏2‑8: مدل یک سیم ابررسانا در دماها و جریانهای مختلف   24

شکل ‏2‑9: تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات دما.. 24

شکل ‏2‑10: تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان   24

شکل ‏2‑11: یک نمونه ساخته شده از محدودکننده جریان خطای ابررسانای نوع مقاومتی.. 25

شکل ‏2‑12: مدل مداری یک محدودکننده جریان خطای ابررسانای نوع سلفی.. 25

شکل ‏2‑13: تغییرات امپدانس محدودکننده با تغییرات چگالی جریان   26

شکل ‏2‑14: یک نمونه ساخته شده از محدودکننده جریان خطای ابر رسانای نوع سلفی.. 26

شکل ‏2‑15: محدودکننده جریان خطا تک جهته.. 27

شکل ‏3‑1: توزیع نمرات دانش‌آموزان با دو روش تدریس.. 34

شکل ‏3‑2: مدل توزیع نمرات بدست توسط گروه دانش‌آموزان   35

شکل ‏3‑3: شبکه توزیع 20 کیلو ولت.. 43

شکل ‏3‑4: مشخصه عملکرد رله‌های پشتیبان و اولیه.. 45

شکل ‏3‑5: فلوچارت تعیین مقدار مناسب برای محدودکننده جریان خطا   46

شکل ‏3‑6: شبکه توزیع IEEE 30 باس.. 47

شکل ‏3‑7: شبکه میکروگرید.. 48

شکل ‏3‑8: فلوچارت ارتباط دو نرم‌افزار در تولید دانش‌آموزان کلاس   51

شکل ‏4‑1: افت ولتاژ در باس شماره3 در صورت رخ دادن خطا در L6  65

شکل ‏4‑2: دامنه ولتاژ باس شماره3 درحالت حضور و عدم حضور محدودکننده.. 65

شکل ‏4‑3: مقادیرتابع هزینه.. 69

شکل ‏4‑4: مجموع امپدانس‌های محدودکننده جریان خطا تک جهته   69

 

 

فصل اول
 

 

 

 
 

 

 

 

مقدمه

1-1     مقدمه
نگرانی‌های ناشی از کاهش سوخت‌های فسیلی، افزایش دمای کره زمین و مشکلات زیست محیطی، استفاده از منابع تولید پراکنده[1] مبتنی بر انرژی‌های تجدید پذیر[2] را زمینه تحقیق بسیاری از محققان قرارداده است. با توجه به افزایش تقاضای مصرف و نفوذ روزافزون منابع تولید پراکنده و اتصال میکروگریدها[3] به شبکه قدرت، شبکه‌های قدرت روز‌به‌روز بزرگتر و پیچیده‌تر می‌شود. منابع تولید پراکنده و یا نیروگاه‌‌های مستقل برای بالا بردن ظرفیت سیستم به عنوان پشتیبان برای تامین بدون وقفه بارهای حساس محلی، به شبکه توزیع متصل می‌شوند[1]. از نگاه مصرف کننده تولید و انتقال انرژی الکتریکی به صورت دائم و بدون وقفه بسیار با اهمیت است شبکه توزیع و میکروگرید شامل عناصری از جمله ترانسفورماتور، خطوط انتقال، منابع تولید پراکنده و… هستند که در معرض خطا قرار می‌گیرند و باعث اختلال در شبکه و پایین آمدن کیفیت ولتاژ و توان سیستم می‌شود. به همین منظور وجود یک سیستم حفاظتی که به خوبی هماهنگ شده است، لازم است. این سیستم با عملکرد خودکار جهت جداسازی خطاها از شبکه در کمترین زمان جهت زمان برای حداقل کردن خسارت تنظیم می‌شود. در شبکه توزیع به طور معمول از رله اضافه جریان برای جداسازی محل خطا از شبکه استفاده می‌شود. با افزوده شدن منابع تولید پراکنده به شبکه توزیع سطح اندازه و جهت جریان اتصال کوتاه در خطوط شبکه تغییر می‌کند و در نتیجه، سیستم حفاظت در صورت رخ دادن خطا بدرستی عمل نمی‌کند. بعلاوه، حضور این نیروگاه‌ها منجر به افزایش سطح جریان اتصال کوتاه شبکه می‌شود که از ماکزیمم جریان قابل تحمل بریکرهای موجود در شبکه بیشتر است. تعویض کامل بریکرهای موجود با بریکرهای با ظرفیت بالاتر عملی نیست زیرا علاوه بر قیمت بالای بریکرها، جایگزینی قطعات یدکی مشکل است و هزینه نسبتاً بالایی دارد و همچنین ممکن است سطح جریان اتصال کوتاه شبکه از ماکزیمم جریان قابل تحمل بریکرهای موجود در بازار بیشتر باشد.[2, 3]

با توجه به مشکلات ایجاد شده توسط منابع تولید پراکنده، برای نگهداری عملکرد سیستم قدرت در بالاترین درجه امنیت و قابلیت اطمینان[4] شبکه روش‌های متعددی ارائه شده است که بهترین و ارزانترین روش، استفاده از محدود کننده جریان خطا[5]است که توانایی محدودکردن اولین پیک جریان اتصال کوتاه را دارد. این تجهیز دارای این پتانسیل می‌باشد که در صورتی که در مکان‌های مناسب مورد استفاده قرار گیرد لزوم اضافه و یا تعوض کردن و یا تنظیم مجدد تجهیزات را به حداقل می‌رساند.

1-2     اهمیت موضوع
بنا به دلایل اقتصادی، سیاسی درخواست توان الکتریکی روز به روز رو به افزایش است. اتصال تولیدات پراکنده به سیستم توزیع به سرعت رو به گسترش است. این منابع تولید پراکنده در کنار مزیت‌هایشان ممکن است، تاثیرات منفی بر روی سیستم توزیع داشته باشند. [4] یکی از این آثار منفی، اتصال منابع تولید پراکنده، بر سیستم حفاظتی شبکه‌های توزیع می‌باشد. [5] بطورکلی مدارشکن‌ها[6]، رله‌های حفاظتی، بازبست‌ها[7] و فیوزهایی[8] که برای یک سیستم توزیع بدون حضور منابع تولید پراکنده طراحی شده‌اند، در هنگام حضور منابع تولید پراکنده بدلیل تغییر سطح جریان اتصال کوتاه بدرستی عمل نخواهند کرد[6, 7] و این موضوع باعث کاهش درجه ایمنی سیستم می‌شود. از طرف دیگر سیستم حفاظتی شامل اجزای زیادی است، که برای برطرف کردن خطا می‌بایستی بین آن‌ها هماهنگی برقرار باشد. هماهنگ‌سازی این اجزا در طول فرایند طراحی سیستم براساس محاسبات اتصال کوتاه انجام می‌گیرد. هنگام نصب منابع تولید پراکنده جریان خطا در سیستم افزایش می‌یابد، بنابراین پس از نصب منابع تولید پراکنده می بایستی بعضی از اجزای سیستم حفاظتی مجدداً تعویض و هماهنگ شوند. [3]

تحقیقات و مطالعات زیادی برای بر طرف کردن مشکلات ناشی از اتصال تولیدات پراکنده در شبکه صورت گرفته است. یکی از موثرترین روش‌ها جهت بر طرف کردن مشکلات، استفاده از محدود کننده جریان خطا در شبکه می‌باشد. محققین تحقیقات زیادی در مورد انواع محدودکننده جریان خطا، اندازه، مکان این تجهیز در شبکه، تاثیرات محدود کننده جریان خطا بر روی ژنراتورها موجود در شبکه و … انجام داده‌اند. بنابراین قرار گرفتن محدود کننده جریان خطا در شبکه به منظور نیل به اهداف زیر می‌باشد.

افزایش ظرفیت منابع تولید پراکنده
افزایش ظرفیت انتقال انرژی به مسافت‌های بلندتر
کاهش افت ولتاژ[9] به دلیل خطا
بهبود پایداری سیستم
بهبود امنیت و قابلیت اطمینان شبکه
حفظ سیستم حفاظتی
1-3     مروری بر مطالعات صورت گرفته جهت کاهش تاثیرات منبع تولید پراکنده
تاکنون روش‌های مختلفی برای کاهش اثر منفی تولید پراکنده ارائه شده است، که در اینجا برخی از این روش‌ها مرور می‌شود.

در روش ارائه شده در مرجع [8] اثرات منفی ایجاد شده پس از اتصال تولید پراکنده با جعبه ابزار محاسباتی SiGDist[10] بررسی شده است. براساس نتایج بدست‌آمده محدودیت‌های حاصل شده از اتصال تولید پراکنده مشخص می‌شود. با توجه به محدودیت‌های حاصل شده میزان تغییرات لازم در تجهیزات سیستم حفاظت و هماهنگی‌های حفاظتی براساس مکان نصب تولید پراکنده و ماکزیمم توان تولیدی این منابع برآورد می‌شود.

در [9] ظرفیت یک توربین بادی با در نظر گرفتن تنظیم ولتاژ و هماهنگی رله‌های اضافه جریان به کمک فرمول‌های پیشنهادی طی یک الگوریتم تکرار شونده تعیین شده است. در [10] حداکثر ظرفیت مجاز منبع تولید پراکنده با سه قید حداکثر و حداقل اندازه مجاز شین‌های[11] شبکه پس از نصب منبع تولید پراکنده، بیشتر نشدن تلفات شبکه پس از نصب منبع تولید پراکنده نسبت به حالت مبنا و هماهنگی حفاظتی فیوز و ریکلوزر[12] با روشی شبیه به [9] بدست می­آید.

در مرجع [11-13] پیشنهاد می‌شود، که اندازه منابع تولید پراکنده برای کاهش اثر منفی این منابع بر سیستم حفاظت کاهش داده شود. با کاهش توان تحویلی این منابع، جریان تولیدی این منابع در حالت اتصال کوتاه کاهش داده شده و اثر منفی این منابع بر سیستم حفاظت حداقل می‌شود. در صورتیکه منابع تولید پراکنده بسرعت و قبل از عملکرد تجهیزات حفاظتی از سیستم جدا شده و پس از یک تاخیر زمانی دوباره وارد مدار شوند، اثر منابع تولید پراکنده بر سیستم حفاظت حداقل می‌شود [14].

با توجه به تغییر سطح جریان اتصال کوتاه در اثر اضافه شدن منبع تولید پراکنده و بر هم خوردن حفاظت سیستم توزیع، استفاده از سیستم حفاظت تطبیقی [5] و استفاده از رله‌های میکروپروسسوری [15] از روش‌های پیشنهاد شده برای حل این مشکل می‌باشد. در مرجع [16] روشی مبتنی بر عملکرد تولید پراکنده در زمان خطا ارائه می‌شود. ضمن اینکه در این الگوریتم فرض می‌شود، که تولید پراکنده در حالت جزیره‌ای نمی‌باشد. برای پیاده‌سازی این طرح پیشنهادی منبع تولید پراکنده می‌بایستی به دو فیدر متصل باشد و در حالت عملکردی حلقه عمل نماید. هنگامی که خطایی در سیستم اتفاق می‌افتد، منبع تولید پراکنده از شاخه آسیب دیده جدا شده و از طریق شاخه دیگرش سیستم را تغذیه می کند.

در مرجع [17] روشی جدید بر پایه تکنولوژی عامل[13] ارائه می‌گردد. در این روش سیستم‌های مخابراتی نقش مهمی را در جهت فراهم کردن اطلاعات لازم برای هماهنگی حفاظتی رله‌ها و تنظیمات آن‌ها برعهده دارند.

همانگونه که مشخص است، روش های ارائه شده در مراجع [15-17] روش‌هایی پیچیده و مستلزم تنظیمات جدید برای رله‌ها و استفاده از مدارشکن‌های جدید و رله‌های میکروپروسسوری و تجهیزات پیچیده مخابراتی می‌باشند. بنابراین کاملاً مشخص است که هزینه پیاده‌سازی و اجرای این روش‌ها گران می‌باشد. با اجرای روش‌های [8-14] امکان استفاده از تمام توان منبع تولید پراکنده وجود ندارد و بنابراین این روش‌ها نیز مفید نمی باشند. می‌بایستی به این نکته توجه کرد، که با قطع منابع تولید پراکنده از سیستم توزیع، مشکلاتی نظیر ناپایداری ولتاژ و فلیکر پدیدار می‌شوند. بنابراین روش‌های ارائه شده دارای مشکلات عمده‌ای می‌باشد و نیازمند مطالعات بیشتری است.

یکی از روش‌های ارائه شده در سال‌های اخیر، بکارگیری محدود کننده جریان خطا ([14]FCL) برای کاهش اثر منفی منابع تولید پراکنده بر حفاظت سیستم توزیع می‌باشد [18-20] با اجرای این روش تعداد تجهیزات حفاظتی که پس از نصب منابع تولید پراکنده نیاز به تعویض دارند، حداقل می‌شود. بنابراین پیاده‌سازی این روش مستلزم هزینه بالا و الگوریتم‌های حفاظتی پیچیده نمی‌باشد.

[1] Dispersed generation (DG)

[2] Renewable energy

[3] Microgrid

[4] Reliability

[5] Fault current limiter

[6] Breaker

[7] Recloser