پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه

word
124
8 MB
32236
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۲,۴۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناس ارشد در رشته برق قدرت

    گرایش سیستم

    چکیده

    کاهش منابع سوخت­های فسیلی، اثرات نامطلوب زیست محیطی و پایین بودن بازدهی شبکه های برق سنتی، تمایل به تولید برق در نزدیکی بار و سطح شبکه توزیع را با استفاده از منابع تجدید پذیر افزایش داده است. یکی از راهکارهای اساسی به منظور حل مشکلات مطرح شده استفاده از ریزشبکه ها می­باشد. به مجموعه ای از منابع کوچک تولید انرژی در سطح ولتاژ توزیع، ریزشبکه گفته می­شود. ریزشبکه در دوحالت متصل به شبکه و جدا ازشبکه بهره برداری می­شود. در این پژوهش یک طرح حفاظت دیفرانسیلی را برای حفاظت ریزشبکه با استفاده از تبدیل حوزه زمان-فرکانس مانند تبدیل S بیان می­کند. در ابتدا جریان باس­های متوالی اندازه گرفته شده و با استفاده از تبدیل S پردازش شده و کانتورهای زمان-فرکانس آنها بدست می­آید. محتوای طیف انرژی کانتورهای زمان-فرکانس سیگنال­های جریان خطا محاسبه شده، سپس انرژی تفاضلی برای ثبت الگوهای خطا در ریزشبکه در حالت متصل به شبکه یا جزیره­ای حساب می­گردد. کارایی روش پیشنهادی در انواع مختلف خطا (متقارن یا نامتقارن) و خطای امپدانس بالا در ریزشبکه در ساختارهای شعاعی یا حلقوی ارزیابی شده است. که یک مقدار حد آستانه مشخص برای انرژی تفاضلی می­تواند برای ارسال سیگنال تحریک در زمان مناسب در حدود 2 تا 3 سیکل از زمان رخداد خطا بسیار مناسب باشد. نتایج بدست آمده نشان داده است که طرح حفاظتی مبنی بر انرژی دیفرانسیلی می­تواند از ریزشبکه در مقابل شرایط خطاهای مختلف به صورت موثر حفاظت کند. بنابراین روش پیشنهادی یک انتخاب مناسب برای حفاظت ناحیه گسترده می­باشد.

    برای شبیه سازی ریزشبکه از نرم افزار pscad و به منظور تحلیل نتایج شبیه سازی، از نرم افزار MATLAB استفاده شده است.

     

     

     

    واژه‌های کلیدی:

    ریزشبکه، تبدیل S ، حفاظت، انرژی تفاضلی

     

    فصل 1:مقدمه

    1-1- پیشگفتار

    سیستم­ های قدرت در سرتاسر جهان با مشکل کاهش تدریجی منابع فسیلی روبرو هستند. از طرفی استفاده از منابع فسیلی موجب آلودگی محیط زیست خواهد شد. این مشکلات منجر به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع توسط منابع تجدید پذیر انرژی مانند: سلول های فتوولتاییک، مزارع بادی، پیلهای سوختی، سیستم های تولید همزمان توان و حرارت وغیره شده است.

        توسعه ریزشبکه به منظور تامین انرژی در صنعت، آینده روشنی را ترسیم نموده است که برخی از این فواید عبارتند از : تاثیرات محیطی کمتر ریزشبکه نسبت به نیروگاه­های حرارتی بزرگ به دلیل کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای، اصلاح پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات به دلیل نزدیک­تر شدن فاصله الکتریکی و فیزیکی بین تولید و مصرف، افزایش کیفیت توان به دلیل تمرکز زدایی از تولید و حداقل نمودن زمان­های قطعی و بروز خاموشی در شبکه، همچنین به دلیل بهره برداری از تلفات گرمایی در سیستم­های CHP[1] و کاهش هزینه­های تولید، ریزشبکه در مسائل اقتصادی نیز منافع زیادی را به دنبال خواهد داشت.

    1-2- طرح موضوع

    شبکه­ های توزیع سنتی به­صورت شعاعی بهره برداری می­شوند، بنابراین طراحی سیسم حفاظت برای این شبکه­ها چندان پیچیده نیست. اما باتوجه به شتاب توسعه تکنولوژی ریزشبکه در شبکه­های توزیع و به واسطه تغییر در مقدار و جهت پخش توان و همچنین تغییر در سطوح اتصال کوتاه در نقاط مختلف شبکه به هنگام بروز خطا، مشکلاتی در هماهنگی بین ادوات حفاظتی موجود در شبکه­های سنتی به وجود آمده است. ریزشبکه یک شبکه محلی است که شامل واحدهای تولید پراکنده، سیستم­های ذخیره انرژی و بارهای پراکنده بوده که به صورت متصل و یا مستقل از شبکه درحال کار است [[i]].

        در یک ریزشبکه، واحدهای تولیدی کوچکی همراه با یک واسط الکترونیک قدرت (اینورتر) وجود دارند که ریزمنبع نامیده می­شوند. این منابع در مناطق محلی قرار می­­گیرند و مزایایی از قبیل داشتن هزینه پایین برای مصرف کننده و تولیدکننده، ولتاژ کم، قابلیت اطمینان بالا، افزایش افزونگی و قوت سیستم و انعطاف پذیری بالایی دارند [[ii]].

        دو دسته اصلی ریزمنبع وجود دارند. یکی منابع DC  همانند سلولهای سوختی و خورشیدی و دیگری منابع فرکانس بالای AC همانند میکروتوربین­ها هستند که نیاز به یکسوسازی دارند. در هر دو مورد بایستی ولتاژ DC  بدست آمده به ولتاژAC  قابل قبول تبدیل شوند.

        ریز شبکه دو مد کاری دارد. در حالت اتصال به شبکه جهت ارایه سرویس­های جانبی، کاهش پیک شبکه و تبادل اقتصادی توان به شبکه سود می­رساند و در زمان بروز اغتشاش و خاموشی در شبکه اصلی می­تواند از شبکه جدا شود و بصورت مستقل به تامین توان بارهای خود بپردازد.

        با وجود همه مزایای ریزشبکه حفاظت یکی از مهمترین چالشهای آن محسوب می­شود. فلسفه حفاظت ریزشبکه­ها با شبکه­های توزیع سنتی که بصورت شعاعی هستند کاملا متفاوت است. دلایل این تفاوت عبارتند از :

    از آنجا که ریزشبکه­ها برخلاف شبکه­های سنتی علاوه بر بارها شامل منابع نیز می­باشند، شارش دو طرفه توان در فیدرهای ریزشبکه برعملکرد تجهیزات حفاظتی ریزشبکه تاثیرگذار است. حضور ریزشبکه­ها باعث تبدیل شبکه­های پسیو به شبکه­های اکتیو می­شود.

     با تغییر ریزشبکه از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره­ای، ظرفیت اتصال کوتاه شبکه نیز تغییر می­یابد. این امر سبب می­شود که استفاده از رله­های اضافه جریان سنتی که تنها به یک ظرفیت اتصال کوتاه تنظیمی حساس­اند در ریزشبکه­ها امکان پذیر نباشد.

        در شبکه­های توزیع پسیو جهت جریان خطا تنها در یک جهت و از سمت منبع به نقطه خطا می­باشد. در این شرایط تشخیص خطا تنها از طریق دامنه جریان عبوری از فیدر خطا دیده صورت می­پذیرد. اما در فیدرهای ریزشبکه شامل منابع تولید پراکنده جهت جریان های خطا دو طرفه بوده به نحوی که جریان­های خطا از هر دوطرفه وارد نقطه خطا دیده می­شوند درصورت برطرف نشدن چنین خطایی، منابع تولیده پراکنده توسط کنترلرهای مربوطه از فیدر جداشده که این منجر به افت چشمگیری در تولید ریزشبکه می­گردد [[iii]].

        بنابراین ارائه راه حلی جهت حفاظت یک ریزشبکه که توانایی تشخیص محل خطا و جداسازی آن را داشته امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین تشخیص خطا در یک ریزشبکه می­بایست در حالت مستقل و متصل به شبکه و برای ساختارهای حلقوی و شعاعی، کارایی داشته باشد و باید تمامی بارها، خطوط ومنابع آن در حالت مستقل از شبکه هم محافظت شود.

    امروزه شبکه­های قدرت از شبکه های توزیع پسیو (غیرفعال) پایدار با انتقال یک طرفه توان الکتریکی، به شبکه­های توزیع فعال با انتقال دوطرفه الکتریسیته تبدیل گشته­اند. از آنجا که انرژی الکتریکی توسط شبکه اصلی برای مصرف کننده ها تولید می­شود، شبکه­های توزیع بدون واحدهای DG[2] پسیو هستند. هنگامی که واحدهای DG در مدار قرار می­گیرند منجر به فلوی دو سویه توان گشته و شبکه­های توزیع پسیو را به شبکه­های توزیع فعال تبدیل می­کنند.

        ریزشبکه­ها برای تضمین امنیت شبکه، عملکرد بهینه، کاهش انتشار مواد آلاینده و همچنین تغییر ریزشبکه از یک حالت به حالت دیگر نیازمند یک کنترل گسترده می­باشند. این کنترل توسط کنترل کننده مرکزی [3]((CC و همچنین کنترل کننده منابع کوچک تولید انرژی ((MCs که به تجهیزات ذخیره­ساز انرژی و منابع تولید پراکنده متصل شده­اند انجام می­گیرد. همان­طور که از نام­های این دو کنترل کننده مشخص است، MC ها وظیفه کنترل منابع تولید پراکنده را برعهده دارند. CC ها نیز عملکرد و حفاظت کلی ریزشبکه را از طریق  MCها تحت نظر دارد. وظیفه اصلی CCحفظ کیفیت توان و قابلیت اطمینان از طریق کنترل توان- فرکانس ((P-F کنترل ولتاژ و هماهنگی حفاظتی است.CC  همچنین برای تولید اقتصادی منابع تولید پراکنده برنامه­ریزی می­کند و به مبادله توان بین ریزشبکه و شبکه اصلی نیز کمک می­نماید. بنابراین CC نه تنها باعث ایجاد هماهنگی حفاظتی در کل ریزشبکه می­شود بلکه وظیفه کنترل تمام  MCها را برای برآورده نمودن تقاضای بار مشترکین برعهده دارد. بدین ترتیب CC بهینه سازی انرژی را برای ریزشبکه فراهم نموده وفرکانس و ولتاژ بارهای مشترکین را در سطح مطلوبی نگاه می­دارد. این کنترل کننده همچنین قابلیت بهره برداری به صورت خودکار را نیز دارا می­باشد این کنترل کننده دائما عملکرد MC ها را ازطریق دو ماژول اصلی مدیریت انرژی (EMM) و هماهنگی حفاظتی ( PCM) تحت نظر دارد [[iv]].

    1-3- ماژول هماهنگی حفاظتی[4](PCM)

    Abstract:

    Reduction of fossil fuel resources, undesirable effects of Ecological and low efficiency of traditional electricity networks, has increased tendency to produce electricity near load and distribution network by using renewable sources.

    Microgrid is a strategy for solving the mentioned problems. Microgrids are some small energy sources at the distribution voltage level. Microgrid is used in the form of

    connected network and isolated network. The research introduces a differential scheme for Microgrid protection by using time-frequency transform such as S-transform.

    Initially, the current of consecutive buses are measured and then processed through S-transform to generate time-frequency contours. The content of time-frequency contours energy spectral are computed for fault current signals.

    Then, differential energy is calculated to register the fault patterns in the microgrid at e tconnected and isolated status. The efficiency of the proposed method is evaluated in different kinds of faults (concurrent and non concurrent) and high-impedance faults in microgrid network at radial or annular structures.

    A specified threshold amount for differential energy can be suitable for sending stimulus signal at the proper time within two or three cycles from the fault occurrence time. The results indicate that protection based on differential energy can protect microgrid from different faults conditions effectively. Therefore the proposed system is a suitable choice for extensive protection zone. Pascad software is used for simulation of microgrid and Matlab software is used for simulation results analysis.

     

    Keywords: Microgrid, Conservation, Energy Difference, S-Transform

  • فهرست و منابع پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه

    فهرست:

    چکیده 1

    فصل 1: مقدمه 

    1-1- پیشگفتار. 2

    1-2- طرح موضوع.. 3

    1-3- ماژول هماهنگی حفاظتی(PCM). 5

    1-4- طرح حفاظتی در حالت متصل به شبکه.. 6

    1-4-2- شرایط عادی ریزشبکه.. 7

    1-4-3- وقوع خطا در فیدر ریزشبکه.. 7

    1-4-4- وقوع خطا در شبکه اصلی... 8

    1-4-5- وقوع خطا در باس ریزشبکه.. 8

    1-4-6- سنکرونیزاسیون مجدد. 8

    1-4-7- طرح حفاظتی در حالت جزیرهای... 9

    1-4-8- جداسازی سریع از فیدرهای خطا دیده. 10

    1-4-9- جداسازی در چه زمانی لازم نیست.... 10

    1-5- معرفی پدیده جزیره­ای... 11

    1-6- اثرات جزیره­ای شدن... 11

    1-7- روشهای تشخیص جزیرهای شدن... 12

    1-7-1- روش کنترل از راه دور. 14

    1-7-2- روشهای پسیو.. 15

    1-7-3- روشهای اکتیو.. 16

    فصل 2: ریزشبکه و مدل سازی آن 

    2-1- ساختار ریزشبکه.. 17

    2-2- توربین بادی... 18

    2-2-1- ژنراتور القایی دوسوتغذیه.. 19

    2-3- میکروتوربین... 21

    2-3-1- مدلسازی میکروتوربین دو محوره. 21

    2-3-2- سیستم کنترل توان... 22

    2-4- موتور دیزل.. 23

    2-5- صفحات فتوولتائیک..... 24

    2-5-2- مدلسازی ادوات واسط... 25

    2-5-3- مدلسازی ژنراتور سنکرون و سیستم تحریک آن... 26

    فصل 3: چالشها و روشهای حفاظت از ریزشبکه 

    3-1- مقدمه.. 28

    3-2- ویژگیهای ریزشبکه.. 28

    3-3- چالشهای حفاظتی ریزشبکه.. 30

    3-3-1- حفاظت اضافه جریان فیدر در حضور  DG... 31

    3-3-2- خطای F1 و F2 در حالت متصل به شبکه.. 32

    3-3-3- خطای F3 و F4 در حالات متصل و منفصل از شبکه.. 34

    3-4- روش حفاظت تطبیقی برای ریزشبکه.. 34

    3-4-1- سیستم حفاظت تطبیقی مرکزی... 35

    3-4-2- تحلیل آفلاین... 37

    3-4-3- عملیات آنلاین... 39

    3-4-4- عملیات قفل جهتی... 40

    3-5- روشهای حفاظتی برای حل مشکل افزایش جریان خطا در حضور DG... 41

    3-6- مروری بر روشهای دیگر حفاظت از ریزشبکه.. 43

    فصل 4: حفاظت ریزشبکه درحالت متصل و منفصل از شبکه 

    4-1- سیستم مورد مطالعه.. 45

    4-2- حفاظت ریزشبکه در حالت متصل به شبکه اصلی... 47

    4-3- حفاظت ریزشبکه در حالت جزیره­ای... 54

    4-4- تشخیص خطای امپدانس بالا در ریزشبکه.. 58

    4-4-2- مدل امپدانس بالا.. 59

    4-5- بررسی روش پیشنهادی در ریزشبکه دوم.. 61

    فصل 5: تحلیل نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی 

    5-1- شبیه­سازی و تحلیل نتایج... 64

    5-2- تحلیل نتایج... 102

    5-3- پیوست الف.... 106

    5-4- پیوست ب... 109

     

    منبع:

     

    [3] بهرامی. احسان ، یزدیان .علی، طبقه بندی خطاها در شبکه توزیع با استفاده از تبدیلS  و شبکه عصبی، شانزدهمین کنفرانس شبکه های توزیع برق، بندرعباس،1390.

    [4] چاودوری­ اس، پی کراسلی پ.1391. ریزشبکه ها و شبکه های توزیع فعال.ترجمه م گندمکار،جلداول،تهران :قدیس، 230 صفحه.

     

    [1] IEEE Standard 1547.4-2011, IEEE Guide for Design,Operation, and Integration of Distributed Resource Island Systems with Electric Power Systems, 2011.

     

    [2] Papathanassiou S., Hatziargyriou N., Strunz K. A Benchmark Low Voltage microgrid network, Power Systems with Dispersed Generation, CIGRE Symposium, 2005

     

    [5] Jun Y., Liuchen C., Diduch C., Recent development in islanding detection for

    distrutibuted power generation, IEEE Large Engineering System Conference, pp.

    124 – 128, July, 2004.

     

    [6] Funabashi T., Koyaniagi K., Yokoyama R., A review of islanding detection

    methods for distributed resources, IEEE, Power Tech. Conference Proceedings.

    Page(s) 6, Vol.2, June, 2003.

     

    [7] John, V., Zhihong Y., Kolwalkar A., Investigation of anti-islanding protection ofpower converter based distributed generators using frequency domain analysis,

    Power Electronics IEEE, pp. 1177 – 1183, Sep., 2004.

     

    [8] T.S.Ustun, C.Ozansoy,. A.Zayegh, Modeling of a Centralized Microgrid Protection System and Distributed Energy Resources According to IEC 61850-7-420,IEEE

    Transactions on Power Systems,Vol: 27 , Issue: 3 2012 , Page(s): 1560 – 1567.

     

    [9] Sung-Il J., Kwang-Ho K., Development of a logical rule-based islanding detection method for distributed resources, IEEE Winter meeting Power Engineering Society, pp. 800 – 806, Jan, 2002

     

    [10] Michael C. Wrinch. Negative Sequence Impedance Measurement for Distributed.PhD thesis, University Of British Columbia, December, 2008.

     

    [11] Zhu Y., Tomsovic K.; Development of models for analysing the load-following performance of microturbines and fuel cells, Electrical Power System Res., pp.1–11, May 2002.

     

    [12] Yeager K., Willis J.; Modeling of emergency diesel generators in an 800

    megawatt nuclear power plant, IEEE Transaction Power System, vol.8, pp.

    433–441, Sep. 1993.

     

    [13] Moreira, C.L.; Identification and development of microgrids emergency control procedures. PhD Dissertation, University of Porto, 2008.

     

    [4] Kundur P., Power System Stability and Control. New York: McGraw-Hill, 1994.

     

    [15] C.Buque,.; O.Ipinnimo,.; S.Chowdhury,.; S.P.Chowdhury,. Modeling and simulation of an Adaptive Relaying Scheme for a Microgrid, Power and Energy Society General Meeting, 2012 IEEE , Pages: 1 - 8.

     

    [6] T.Ghanbari,.; E.Farjah,. Unidirectional Fault Current Limiter: An Efficient Interface Between the Microgrid and Main Network IEEE Transactions on Power Systems , Vol.28, Issue:2 2013 , Pages: 1591 –1598.

     

    [7]A.Prasai,.; Yi Du ; A.Paquette, E.Buck, R.G.Harley, D. Divan,. Protection of meshed microgrids with communication overlay” Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2010 , Pages 64 –71.

     

    [8] Han Yi ; Hu Xuehao ; Zhang Dongxia, Study on applying wavelet transform to the protection algorithm of microgrid dominated by inverter –interfaced

    DGs,International Conference on Power SystemTechnology (POWERCON), 2010 , Pages 1– 6.

     

    [9] Oudalov, A., and et al.; Adaptive Network protection in Microgrids. ABB

    Switzerland Ltd, Conference Research, 2009.

     

    [20] X.Li. A.Dysko, G.Burt,. Enhanced protection for inverter dominated microgrid using transient fault information 11th International Conference on Developments in Power Systems Protection, 2012. DPSP 2012 , Pages: 1 – 5.

     

    [21] T.Ghanbari,.; E.Farjah,. Unidirectional Fault Current Limiter: An Efficient Interface Between the Microgrid and Main Network IEEE Transactions on Power Systems , Vol.28,Issue:2 2013 , Pages: 1591 –1598.

     

    [22] Eric Sortomme, S. S. Venkata, and JoydeepMitra, Microgrid Protection Using Communication-Assisted Digital Relays, IEEE Trans. Power Syst., vol. 25, no.4, pp. 323–331, Oct. 2010.

     

    [23] N. Perera, A. D. Rajapakse, and T. E. Buchholzer Isolation of Faults in Distribution Networks With Distributed Generators, IEEE Trans. Power Del., vol.23, no. 4, pp. 684–690, Oct. 2008.

     

     

    [24] Nukkhajoei, H., Lasseter, R.H.; Microgrid Protection . Power Engineering

    Society General Meeting, Tampa, pp. 1-6, 2007.

     

    [25] Redfern, M.A., and Al-Nasseri, H.; Protection of micro-grids dominated by

    distributed generation using solid state converters . Conference Develope Power

    System Protection, pp. 670–674, 2008.

     

    [26] Zeineldin, H.H., El-Saadany, E.F., Salama, M.M.A.; Distributed generation microgrid operation: Control and protection”. Proceedings of the Power Systems

    Conference: Advanced Metering, Protection, Control, pp. 105–111, 2006.

     

    [27] Horowitz, S.H., Phadke, A.G.; Power System Relaying, Hertfordshire, U.K.Baldock, pp. 259, 2008.

     

    [28] Sortomme, E., Venkata, S.S., Mitra, J.; Microgrid protection using communication-assisted digital relays . IEEE Transactions on Power System,

    vol. 25, pp. 323–331, October, 2010.

     

    [29] SNEHA.DEEKALA,ENHANCEMENT OF ROCPAD RELAY FOR ISLANDING DETECTION IN DISTRIBUTED GENERATION USING PV/FC SOURCE, International Journal of Power System Operation and Energy Management ISSN (PRINT): 2231 – 4407, Volume-4, Issue-2, 2013.

     

    [30] Stockwell, R.G., Mansinha, L. and Lowe, R.P., Localization of complex Spectrum: The S-transform, Jour. Assoc. Expl. Geophysics,vol-XVII, No-3, pp. 99-114, July-1996.



تحقیق در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, مقاله در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, پروپوزال در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, تز دکترا در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, پروژه درباره پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, گزارش سمینار در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه, رساله دکترا در مورد پایان نامه حفاظت یک ریز شبکه درحالت متصل و مستقل از شبکه

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس