|
2.2. ویژگی های توزیع ولتاژ یک نیروگاه PV
یک مدل معادل یک نیروگاه PV در مقیاس بزرگ در شکل 2 نشان داده شده است، جایی که Pi + jQi توان خروجی i-امین PVGU است، jQC توان راکتیو خروجی از ادوات جبران کننده توان راکتیو است، Zi امپدانس مجموع خط بین i-امین و i-1 امین PVGU و ZTi امپدانس معادل ترانسفورماتور محلی i است، UiL و UiH به ترتیب ولتاژ سمت پایین و سمت بالا در ترانسفورماتور محلی i هستند، ، UPCC ولتاژ سمت پایین ترانسفورماتور اصلی و U ولتاژ شبکه است.
2.2.1. ولتاژ PCC یک نیروگاه PV
با در نظر گرفتن ولتاژ شبکه U به عنوان مبنا، ولتاژ PCC یک نیروگاه PV می تواند تقریب زده شود:
جایی که ΔP و ΔQ تلفات توان اکتیو و راکتیو ترانسفورماتور اصلی، ترانسفورماتور محلی و مجموع خطوط هستند.
Zg = Rg + jXg به عنوان امپدانس معادل تونن شبکه خارجی تعریف شده است که از ترمینال نیروگاه PV دیده می شود.
ولتاژ PCC مرتبط با ولتاژ شبکه، توان خروجی PVGU ها، توان خروجی ادوات جبران کننده توان راکتیو، امپدانس معادل تونن شبکه خارجی و انواع تلفات است. هنگامی که ولتاژ PCC نوسان می کند، توان راکتیو ΣQi و QC می تواند باشد برای حمایت از آن تنظیم شود.
2.2.2. ولتاژ ترمینال PVGU ها
با توجه به همان ساختار خطوط ، خط اول را به عنوان مثال انتخاب کنید. ولتاژ پورت i-ام PVGU UiL است: جایی که ZTi = RTi + jXTi و Zi = Ri + jXi است.
ولتاژ ترمینال PVGU مرتبط با ولتاژ PCC، محل PVGU ها در مجموعه خطوط، امپدانس خطوط و توان خروجی PVGU ها است.
به عنوان مثال در یک نیروگاه 10 × 10 PV، مدل شبیه سازی شامل 10 خط می باشد. هر مجموعه خط شامل 10 PVGU است و یکمین PVGU نزدیکترین به PCC است. ولتاژ PCC نیروگاه برق PV در شکل 3 نشان داده شده است. این نشان می دهد که ولتاژ PCC با توان اکتیو و راکتیو رابطه ای مثبت دارد، جایی که توان راکتیو غالب است.
توزیع ولتاژ ترمینال PVGU ها در شکل 4 نشان داده شده است. با افزایش توان اکتیو، ولتاژ ترمینال PVGU افزایش می یابد. برای یکی از خطوط ، ولتاژ پورت PVGU اول حداقل و نزدیک به ولتاژ PCC است. ولتاژ پورت به تدریج در امتداد خطوط افزایش می یابد. وقتی خروجی توان اکتیو نیروگاه PV بزرگ باشد، ممکن است در انتهای مجموعه خطوط اضافه ولتاژ رخ دهد.
2.3. ظرفیت توان راکتیو اینورتر PV
ظرفیت توان راکتیو یک اینورتر PV با توان ظاهری آن محدود شده است. اگر توان اکتیو خروجی اینورتر افزایش یابد، ظرفیت توان راکتیو متعاقبا کاهش خواهد یافت. از آنجا که اینورتر می تواند در یک زمان کوتاه 1.1 برابر توان ظاهری کار کند، رابطه بین توان اکتیو خروجی و توان راکتیو خروجی اینورتر i-ام به صورت زیر است:
محدوده توان راکتیو خروجی اینورتر i است: وقتی Pi = 1 p.u و اینورتر PV نیاز به توان خروجی راکتیو در یک زمان کوتاه دارد، با توجه به فرمول (4)، Qimax = 0.458 p.u. می توان دید که Qi هنوز حاشیه اطمینان توان راکتیو را حفظ می کند.
وقتی Pi = 1 p.u و اینورتر PV نیاز به توان خروجی راکتیو در یک زمان طولانی دارد، محدوده توان راکتیو خروجی اینورتر i-ام است: برای اطمینان از اینکه Qi حاشیه امن توان راکتیو را حفظ می کند، لازم است اندازه Pi را محدود کنید. Pi به طور معمول بر اساس فرمول (5) به 0.9 پریونیت کاهش می یابد و Qimax = 0.436 p.u.
2.4. مشخصه های خروجی SVG و بانک های خازنی
اصل اساسی SVG این است که دامنه و فاز ولتاژ سمت AC مدار را تنظیم کند تا خروجی جریان راکتیو مورد نیاز را تولید کند، به این ترتیب اثر جبران کنندگی توان راکتیو به دست می آید. هنگامی که مولفه اساسی ولتاژ خروجی اینورتر کمتر از ولتاژ سیستم است، SVG توان راکتیو را از سیستم جذب می کند. هنگامی که مولفه اساسی ولتاژ خروجی اینورتر بیشتر از ولتاژ سیستم باشد، SVG توان راکتیو را به سیستم منتقل می کند. هنگامی که مولفه اساسی ولتاژ خروجی اینورتر برابر ولتاژ سیستم است، SVG در حالت توان راکتیو صفر کار می کند. بنابراین، توان راکتیو تولیدشده توسط SVG می تواند به طور مداوم از مثبت به منفی تنظیم شود. SVG مزایای پاسخ سریع ، جبران توان راکتیو مناسب، محدوده عملکرد گسترده، مقدار هارمونیک کمتر و اشغال فضای کمتر است، اما هزینه های سرمایه گذاری و عملیات آن نسبتا بالا است.
بانک های خازنی می توانند گام به گام توان راکتیو القایی را فراهم کنند. هنگامی که سیستم دارای توان راکتیو اضافی است، می توان آن را تنها با جدا کردن بانک های خازنی تنظیم کرد. قدرت راکتیو ارائه شده توسط بانک های خازنی متناسب با مربع ولتاژ گره است. هنگامی که ولتاژ گره کاهش می یابد، توان راکتیو کاهش می یابد و بانک های خازنی نمی توانند مکرراً وصل و قطع شوند تا به سرعت به تغییرات دینامیکی تقاضای توان راکتیو پاسخ دهند. بنابراین، تشخیص جبران دینامیکی توان راکتیو دشوار است. با این حال، بانک های خازنی هنوز هم ابزار اصلی برای جبران استاتیک توان راکتیو به دلیل کم هزینه بودن، تعمیر و نگهداری راحت و نصب انعطاف پذیر، هستند.
3. پیشگیری از ولتاژ و استراتژی کنترل هماهنگ اضطراری
3.1. چارچوب کلی
هدف از استراتژی كنترلی، تشخیص كنترل هماهنگ توان راكتيو در بين SVG، مبدل ها و بانك هاي خازني در نيروگاه PV با مقياس بزرگ است. استراتژی تضمین می دهد که ولتاژ در شرایط نرمال در سطح مطلوب عمل می-کند. هنگامی که یک اغتشاش در PCC اتفاق می افتد، ادوات جبران کننده توان راکتیو دینامیک به ترتیب برای پشتیبانی از ولتاژ PCC هماهنگ می شود. هنگامی که اغتشاش برطرف شود، با جایگزینی منظم توان راکتیو دینامیکی (یا سریع) و استاتیکی (یا آهسته)، SVG می تواند یک حاشیه توان راکتیو بزرگ را برای مقابله با اغتشاش احتمالی بعدی نگه دارد.
پس از محاسبه پاسخ توان راکتیو اینورترها، با توجه به اطلاعات حساسیت و ولتاژ پایانه PVGU، حداقل واریانس ولتاژ پایانه PVGU در ایستگاه بهینه می شود. در نتیجه، توان خروجی راکتیو هر اینورتر تعیین می شود و توزیع ولتاژ درون ایستگاه بهینه می شود.
در این مقاله یک استراتژی پیشگیري ولتاژ و کنترل هماهنگ اضطراری ارائه شده است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. این استراتژی شامل اندازه گیری و محاسبات حالت، وضع اضطراری ولتاژ و کنترل هماهنگ پیشگیرانه و فرآیند های توزیع تخصیص بهینه توان راکتیو در ایستگاه است.
3.2. اندازه گیری و محاسبه حالت
در مقیاس زمانی کوتاه، شدت نور دریافت شده توسط یک نیروگاه PV بزرگ تغییر نمی کند، حالت عملکرد خارجی شبکه تغییر زیادی نمی کند و پارامترهای خط (از جمله پارامترهای ترانسفورماتور) ثابت می شوند. بنابراین، تقاضای توان راکتیو نیروگاه PV را می توان با اندازه گیری ولتاژ موجود تخمین زد. Qreq توان راکتیو مورد تقاضا در نیروگاه PV برابر است با که UPCCref مقدار مرجع کنترل ولتاژ PCC است. UPCCmeas مقدار اندازه گیری شده ولتاژ PCC در حال حاضر است. همچنین (Q, P , U)δ ضریب مشخصه رگولاسیون با توجه به تاثیر Q، P و U در UPCC است که توسط شبیه سازی آفلاین به دست می آید. (Q, P , U)δ تقریبا یک ضریب ثابت در شرایط مطمئن Q، P و U است. واحد δ نیز (توان راکتیو) × 1-(ولتاژ) است.
دستگاه جبران کننده توان راکتیو بوسیله ظرفیت خودش محدود می شود. با کسب اطلاع از وضعیت عملکرد خروجی در زمان واقعی، محدوده تنظیم توان راکتیو QSmax , SVG ، QImax اینورتر و QCmax بانک خازنی می تواند محاسبه شود. سیستم کنترل توان راکتیو و ولتاژ، از طریق اطلاعات فوق، منابع توان راکتیو را هماهنگ می کند.
3.3. کنترل هماهنگ ولتاژ اضطراری
کنترل هماهنگ اضطراری ولتاژ به مشخصه های منابع توان راکتیو برمیگردد و به منظور دستیابی به کنترل اضطراری در پایداری ولتاژ گذرا استراتژی برای هر وسیله توان راکتیو را تنظیم میکند.
1) هنگامی که حاشیه(ذخیره) توان راکتیو SVG کافی باشد و تنها SVG تقاضای توان راکتیو را به عهده بگیرد، پاسخ توان راکتیو SVG است:
2) هنگامی که حاشیه توان راکتیو SVG کافی نیست، اما مجموع SVG و توان راکتیو اینورتر می توانند تقاضای انرژی راکتیو نیروگاه PV را برآورده سازند، SVG و اینورترها به طور مشترک تقاضای توان راکتیو را به عهده می گیرند. SVG حداکثر توان راکتیو را تولید می کند.
باقیمانده تقاضای توان راکتیو توسط مبدل ها به عهده گرفته میشود. پاسخ کل توان راکتیو اینورتر ها است:
3) هنگامی که مجموع توان راکتیو SVG و اینورتر کافی نباشد، SVG، مبدل ها و بانک های خازن به طور مشترک تقاضای توان راکتیو را به عهده می گیرند. با تعیین تعداد بانک های خازنی استفاده شده، توان راکتیو آنها می تواند محاسبه شود.
که در آن [(QREF-QSMAX-QIMAX) /QC0] تعداد بانک های خازنی استفاده شده است. از آنجا که بانک های خازنی تنها می توانند بصورت گروهی استفاده شوند، تعداد محاسبه شده باید گرد شود. قدرت راکتیو باقی مانده توسط اینورترها تنظیم می شود. QC0 ظرفیت یک بانک خازنی است.
|