الگوریتم تخمین فازور دینامیکی اصلاح شده برای سیگنال های گذرای ژنراتورهای توزیع شده

چکیده

اصطلاحات مربوط

مقدمه

مشخصه های جریان های اتصال کوتاه

جریان های اتصال کوتاه یک ژنراتور سنکرون

جریان های اتصال کوتاه یک DFIG

شکل 1.   نمونه ای از جریان اتصال کوتاه با دامنه متغیر با زمان، و اثر آن در الگوریتم های مبنی بر DFT. (a) جریان اتصال کوتاه. (b) دامنه تخمین زده شده.

الگوریتم تخمین فازور دینامیک اصلاح شده

 ارزیابی عملکرد

 استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده کامپیوتری

شکل 2.   نتایج مورد 1 با شرط .  (a) ،   (b) ، .

شکل 3.   نتایج مورد 1 با شرط .  (a)  .   (b) .

شکل 4.   نتایج مربوط به مورد 2، به شرط .  (a) ، .  (b) .

شکل 5.   نتایج مربوط به مورد 2 با شرط .  (a)  .  (b) .

شکل 6.   نتایج مربوط به مورد 3 با شرط  مانند سیگنال (11).  (a) .  (b) .

شکل 7.   نتایج مربوط به مورد 3 با فرض  همانند سیگنال (12).  (a) .  (b) .

 استفاده از سیگنال های جریان خطا که توسط مدل مزرعه بادی DFIG در MATLAB Simulink بدست آمده اند

شکل 8.   دیاگرام سیستم مدل.

شکل 9.   نتایج تخمین دامنه و جریان فاز A .  (a) جریان فاز A که در نقطه رله اندازه گیری شده است.  (b) دامنه تخمین زده شده.

شکل 10.   نتایج تخمین دامنه و جریان فاز A .  (a) جریان فاز A که در نقطه رله اندازه گیری شده است.  (b) دامنه تخمین زده شده.

 نتیجه گیری

در این مقاله، یک روش تخمین (پیشبینی) فازور دینامیک اصلاح شده برای رله های حفاظتی ارایه شده است، تا فازور دینامیکی مولفه اصلی فرکانس را با دامنه متغیر-با-زمان، محاسبه کند. فرض شده است که جریان خطا، ترکیبی از آفست میرا شونده dc، یک فرکانس مولفه اصلی میرا شونده، و هارمونیک های با دامنه های ثابت است. توابع نمایی آفست dc در حال محو و مولفه اصلی فرکانس، با سری های تیلور جایگزین شده اند. سپس، از روش LC (کوچکترین مربع یا مجذور) برای تخمین دامنه ها و ثابت های زمانی مولفه های میرا شونده، استفاده شده است. عملکرد این الگوریتم، با بکاربری از سیگنال هایی که بر مبنای معادلات ساده و سیگنال های خطای بدست آمده از مدل مزرعه بادی DFIG در MATLAB Simulink شبیه سازی شده اند، ارزیابی شدند. نتایج نشان می دهند که الگوریتم ارایه شده ما می تواند تخمینی دقیق از دامنه میراشونده و ثابت زمانی مولفه اصلی فرکانس، ارایه دهد.

این روزها، علایق زیادی برای اتصال منابع مختلف انرژی برق _که با عنوان منابع انرژی توزیع شده (DER) معروف هستند_ به سیستم های قدرت، وجود دارد. مقدار زیادی از این علاقه به دلیل تقاضای انرژی پاک، قابلیت اطمینان بالا، و کیفیت توان بهبود یافته، می باشد. DERها چندین امکان برای تبدیل انرژی و تولید برق، ارایه می دهند. منابع انرژی و مبدل های گوناگون، برای تولید برق با استفاده از آرایه های PV (پیل خورشیدی)، توربین های بادی، مزرعه های بادی، میکروتوربین ها، موتورهای متناوب دیزولی و گاز طبیعی مرسوم، توربیین های با سوخت گاز، توربین های با بویلرهای گازی، و تکنولوژی های ذخیره انرژی بکار می روند [1]. اگرچه، اتصال DERها در سیستم های قدرت، تداخلات عملیاتی را نیز موجب می شود. مشکلات پتانسیلی مبنی بر تاسیس DERها، مانند تغییرات در هماهنگی وسایل حفاظت کننده، مسایل تریپ (قطع بخش از شبکه)، کاهش امنیت و تغییر در دسترسی به رله های حفاظتی، در [2] و [3] مورد بحث قرار گرفتند. طرح های حفاظت تطبیقی برای سیستم های متصل به ژنراتورهای بادی، ارایه شده اند [4]، [5]. حفاظت خطوط انتقال متصل به مزرعه بادی در [6] مورد بحث قرار گرفته است. یک روش تنظیم تطبیقی نیز برای رله های فاصله ارایه شده است تا از یک خط انتقال متصل به مزرعه بادی، حفاظت بعمل آید [7]. همه انواع روش های حفاظت تطبیقی و همچنین الگوریتم های حفاظتی قدیمی، مبنی بر تخمین فازورهای سیگنال های ولتاژ و جریان می باشند. بیشتر رله های دیجیتالی، الگوریتم های مبنی بر تبدیل فوریه گسسته (DFT) را به منظور فازورهای یک سیگنال ولتاژ و یک سیگنال جریان، تطبیق می دهند. یک جریان خطا در سیستم مرسوم، بطور کلی به عنوان ترکیبی از مولفه dc در حال محو نمایی، و مولفه سینوسی با دامنه متغیر با زمان، در نظر گرفته می شود. دامنه متغیر با زمان مولفه سینوسی، تنها در تنظیمات انتخابی رله های حفاطتی ژنراتور برای خطاهای چند-فازه که مربوط به ژنراتورهای سنکرون می شود، لحاظ می شود. این بدین دلیل است که ثابت زمانی مولفه سینوسی در حال محو شدن، آنقدری طولانی است که خطای چشمگیری در نتایج DFT ایجاد کند. بدین منظور، فن آوری های گوناگونی برای کاهش یا حذف اثر مضر مولفه dc میرا شونده، بر روی نتایج تخمین فازور _با استفاده از روش مبنی بر DFT_ ارایه شده اند [8]- [12]. اگرچه، جریان خطایی که از ژنراتورهای توزیع شده ای _بویژه ژنراتورهای سنکرون کوچک و ژنراتورهای القایی با دوسر تغذیه (DFIG)_ که بصورت مستقیم به سیستم های قدرت متصل هستند، تحویل می شود، دارای مشخصه های متغیر با زمان مولفه های سینوسی با ثابت زمانی های کوچک، هستند. این ها تخمین فازور را چالش ساز تر می سازند، زیرا بیشتر الگوریتم های تخمین فازورهای ولتاژ و جریان با فرض متغیر با زمان بودن دامنه یک سیگنال سینوسی با یک فرکانس، توسعه داده می شوند. مفهومی جدید از روش تخمین فازور مربوط به فازور دینامیک، برای پیشبینی دامنه متغیر با زمان یک مولفه سینوسی هین نوسان سیستم قدرت، ارایه شده است [13]. اگرچه این روش این روش، برای اعمال به رله های حفاظتی مناسب نیست، زیرا مولفه dc میرا شوندهر در آن لحاظ نشده است. در این مقاله، یک روش تخمین فازور دینامیکی برای محاسبه فازور دینامیک یک مولفه اصلی فرکانس با دامنه متغیر با زمان، ارایه شده است. فرض شده است که جریان خطا ترکیبی از آفست dc در حال محو، مولفه اصلی فرکانس در حال محو، و هارمونیک های با دامنه های ثابت، می باشد. توابع نمایی آفست dc در حال محو و مولفه اصلی فرکانس، با سری های تیلور جایگزین شده اند. از روش LS (کوچکترین مجذور) نیز برای تخمین دامنه ها و ثابت های زمانی مولفه های در حال محو، استفاده شده است. عملکرد الگوریتم ارایه شده توسط سیگنال هایی که با استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده بر مبنای معادلات ساده و سیگنال های جریان خطای بدست آمده ار مدل مزرعه بادی DFIG در MATLAB Simulink، ارزیابی شده اند. به منظور نمایش عملکرد الگوریتم ارایه شده، نتایج بدست آمده، با نتایج مربوط به یک روش مبنی بر DFT که معروف به DFT مبنی بر PS (جمع جزیی) است، مقایسه شده اند [9]. نتایج آزمایش نشان می دهند که الگوریتم ارایه شده می تواند بصورت دقیق دامنه میرا شونده ثابت زمانی مولفه اصلی فرکانس را تخمین بزند.