نوشته‌ها

مقاومت ترمز در نیروگاه های بادی

امروزه در مدار نگهداشتن نیروگاههای بادی در هنگام وقوع اغتشاشات شبکه از اهمیت خاصی برخوردار گشته است. حتی در برخی از کشورها اداره کنندگان شبکه قوانینی را وضع کردهاند که به موجب آن میبایست مزرعه بادی در هنگام مواجه شدن با اغتشاشات یا افت ولتاژهای ناگهانی، پایداری خود را حفظ نموده و در مدار باقی بماند. در این مقاله استفاده از مقاومت ترمزی موازی برای رسیدن به این مقصود پیشنهاد و  مورد بررسی قرار میگیرد. بدین ترتیب که ابتدا یک مزرعه بادی متصل به شبکه که خود از چندین ژنراتور القایی تشکیل شده است همراه با سیستمهای آیرودینامیکی، مکانیکی و الکتریکی آن بطور کامل مدلسازی شده و سپس رفتار آن در  هنگام ورود و خروج مقاومت ترمزی با در نظر گرفتن تاثیر میزان جبرانسازی توان راکتیو نیروگاه و همچنین زمان عملکرد کلیدها مورد بررسی قرار میگیرد. در انتها نیز مقایسهای بین بین دو روش استفاده از سیگنال سرعت ژنراتور و سیگنال ولتاژ باس نیروگاه در پردازش عملیات کلیدزنی مقاومت ترمزی صورت میگیرد.

مقدمه

یکی از مهمترین مسائل مطرح در نیروگاههای بادی پایداری آنها در هنگام وقوع خطا و اغتشاشات شبکه میباشد.نیروگاههای بادی در برابر نوسانات دینامیکی ولتاژ بخصوص اتصال کوتاه و افت ولتاژهای شدید و ناگهانی بسیار ناپایدار هستند که از مهمترین علل آن استفاده از ژنراتور القایی در این  نیروگاهها و در نتیجه نیاز به توان راکتیو و بالا بودن جریان مغناطیس کنندگی میباشد.

واکنش در برابر خطا ها

در هنگام وقوع خطا و کاهش ولتاژ، از توان تحویلی ژنراتور به شبکه کاسته شده و ژنراتور شروع به شتاب گرفتن میکند. چنانچه شتاب گرفتن ژنراتور سریعتر از بازیابی ولتاژ باشد سرعت ژنراتور همچنان افزایش یافته تا آنجا که سرعت به حدی میرسد که ژنراتور وارد ناحیه ناپایدار خود میشود و کل واحد از مدار خارج میگردد.

ورود و خروج مکرر واحد علاوه بر کاهش کیفیت برق تولیدی باعث کاهش عمر مفید آن نیز میگردد و همچنین در شبکه های ایزوله و یا کوچک باعث بر هم خوردن توازن میان تولید و مصرف میشود. در سالهای اخیر مطالعات پایداری نیروگاههای بادی از اهمیت خاصی برخوردار گردیده و در این زمینه تحقیقات متعددی صورت گرفته است. به عنوان مثال در مرجع  پایداری گذرا و دینامیکی مزارع بادی به همراه حضور ژنراتورهای سنکرون مورد بررسی قرارگرفته است.نتایج بدست آمده حاکی از آن است که عموما نیروگاههای بادی در مقایسه با نیروگاههای معمولی حساستر و ناپایدارتر میباشند.

تاثیر بر روی نوسانات

در مرجع تاثیر نیروگاههای بادی بر روی نوسانات توان در هنگام وقوع اغتشاش مورد بررسی قرار گرفته و بیان میکند که وجود این نیروگاهها در شبکه به افزایش میرایی سیستم کمک میکند. در راستای بهبود پایداری نیز روشهای متعددی ارائه و مورد بررسی قرار گرفتهاند. به عنوان مثال روش کاهش توان مکانیکی ورودی در هنگام وقوع خطا که با تغییر زاویه پرههای توربین امکانپذیر است.  البته این روش فقط در توربینهایی که قابلیت تغییر زاویه پره در آنها وجود دارد امکانپذیر میباشد.

این سیستم به علت مکانیکی بودن و تاخیر در عملکرد آن از کارایی چندانی برخوردار نبوده و بیشتر در جلوگیری از شتابگیری ژنراتور بعد از جدا شدن واحد از شبکه مورد استفاده قرار میگیرد بانک خازنی و SVC   علاوه بر بهبود پایداری قادر به کاهش نوسانات دینامیکی ولتاژ و در نتیجه افزایش کیفیت برق میباشد. همچنین در مقاله ای نشان داده شده است که برای حفظ پایداری گذرا به کمک SVC احتیاج به مقدار قابل توجهی توان راکتیو میباشد.روش افزایش مقاومت روتور با قرار دادن یک مقاومت خارجی در مدار روتور امکانپذیر میگردد. این مقاومت در شرایط عادی توسط یک کلید اتصال کوتاه میباشد و در لحظه وقوع خطا با باز شدن کلید وارد مدار میگردد.

قابلیت پیاده سازی

این روش تنها در مورد ژنراتورهای  روتور سیم پیچی شده که ترمینالهای آن در دسترس میباشد قابل پیاده سازی خواهد بود. استفاده از مقاومت ترمزی برای حفظ پایداری یک ژنراتور القایی متصل به شبکه بررسی شده است. در مرجع مذکور علاوه بر بررسی تاثیر سرعت قطع کلید در حفظ پایداری، بکارگیری دو سیگنال سرعت و ولتاژ شبکه برای فرمان دادن به کلیدها را نیز مورد مقایسه قرار میدهد و عنوان میکند که از نظر عملکرد تفاوت خاصی بین این دو روش وجود ندارد. در مقاله حاضر استفاده از مقاومت ترمزی برای یک مزرعه بادی که شامل چندین ژنراتور القایی میباشد بررسی میشود.جهت بررسی لازم است نقش مابقی المانهای الکتریکی شبکه، توربین و همچنین نوسانات مد مکانیکی ناشی از غیر صلب بودن شفت را نیز در مطالعات وارد کنیم.

با این مدلسازی دقیق نشان میدهیم که سرعت کلیدزنی و همچنین میزان جبرانسازی توان راکتیو نیروگاه توسط بانکهای خازنی تاثیر مهمی در چگونگی رفتار ژنراتورها در هنگام استفاده از مقاومت ترمزی خواهد داشت. در انتها نیز نشان داده میشود که استفاده از سیگنال سرعت ژنراتور به منظور پردازش و تعیین زمان کلیدزنی مقاومت ترمزی روش مناسبی نبوده و بکارگیری آن همواره موفقیت آمیز نخواهد بود.

مدلسازی نیروگاه بادی

ظرفیت نیروگاه مزبور ۶/۶ مگاوات میباشد که از ده عدد توربین ۶۶۰ کیلوواتی از نوع پره ثابت تشکیل شده است. در هر واحد ولتاژ ۶۹۰ ولت خروجی ژنراتور توسط یک ترانس افزاینده به سطح ولتاژ ۲۰ کیلوولت افزایش داده شده و از آنجا توان تولیدی توسط یک خط دو مداره ۲۰ کیلوولت به پست فشارقوی متصل به شبکه تحویل داده میشود. بانکهای خازنی در نظر گرفته شده حدود %۷۰ از توان راکتیو مورد نیاز نیروگاه را تامین خواهند کرد. مابقی توان راکتیو مورد نیاز نیز از طریق شبکه اخذ میگردد. مشخصات و پارامترهای الکتریکی المانهای شبکه در ضمیمه مقاله آورده شدهاند. مدلسازیها به صورت سه فاز در محیط نرم افزار DIgSILENT صورت گرفته و در شبیهسازی از مد EMT نرمافزار استفاده شده است. استفاده از این مد باعث میشود تا تاثیر گذرای الکترومغناطیسی بوجود آمده در ژنراتور و شبکه نیز در شبیه سازی ها وارد گردد.