جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح
توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح در حین خطا، با توجه به قابلیت کنترلی GSC، جریان تزریقی به شبکه محدود خواهد شد و یا حداکثر کمی بالاتر از مقدار نامی خواهد بود. البته در حین افت ولتاژ شدید کلیدها قطع خواهد بود.
کد شبکه[۳۲]
در سال‌های اخیر انرژی تولیدشده از باد، به صورت فزاینده‌ای در حال افزایش است. بنابراین توربین‌های بادی امروزی، نقش بسیار مهمی در انرژی تولیدشده دارند. در همین راستا مزرعه‌های بادی توربین‌های بیشتری را در بر می‌گیرد. علاوه بر آن هر توربین بادی هم در اندازه و هم از لحاظ ساختاری و فناوری پیشرفت شگرفی برای گرفتن انرژی حداکثر از باد داشته است. افزایش ظرفیت و تعداد توربین بادی به معنای افزایش نفوذ نیروگاه‌های بادی در شبکه است.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
نیروگاه‌های سنتی مانند: نیروگاه آبی ،گازی و بخار معمولاً از ژنراتور سنکرون تشکیل‌شده‌اند. با توجه به مشخصات ژنراتور سنکرون و کنترل‌پذیری محرک اولیه آن، کنترل ولتاژ و فرکانس هم در حالت گذرا و هم در حالت مانا امکان‌پذیر است. با توجه به نقش نیروگاه‌های سنتی ، افزایش نفوذ نیروگاه‌های بادی در شبکه به معنای جایگزینی نیروگاه بادی به جای نیروگاه‌هایی که به صورت سنتی وظیفه‌ی کنترل و پایدار کردن شبکه را داشته‌اند، است.
بنابراین بهره‌برداران شبکه تصمیم گرفتند تغییراتی در الزامات اتصال نیروگاه‌هایی مانند نیروگاه بادی بدهند. در گذشته با توجه به اینکه توربین‌های بادی نبوده یا سطح نفوذ نیروگاه بادی نسبت به نیروگاه‌های سنتی کم بوده، اتصال و انفصال آن‌ها به شبکه تأثیر چندانی بر پایداری شبکه نداشت و نیروگاه بادی می‌توانست در شرایط غیرعادی از شبکه جدا شود. پس از دهه ۸۰ ، با توجه به بالا رفتن ظرفیت توربین بادی و نیز جایگزینی آن‌ها با نیروگاه‌های سنتی قوانین اتصال و انفصال به شبکه تغییر پیدا کرده است. در طول دهه ۹۰ هماهنگی بین قوانین اتصال بین کشورهای مختلف مانند: دانمارک و آلمان به وجود آمد.
مقررات شبکه، به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود]۱[. بعضی قسمت‌های مربوط به پایداری به صورت زیر خلاصه می‌شود.
معیار توان اکتیو و راکتیو
از دید بهره‌بردار شبکه قدرت، کنترل توان اکتیو تولیدی به دو دلیل مهم است. ۱- برای جلوگیری از انحراف فرکانس در شرایط نرمال ۲- حفظ پایداری گذرای ولتاژ در طول شرایط خطا
توان اکتیو بالاخص برای پایداری ولتاژ و پایداری گذرا در حین خطا، مفید است. اگر در شرایط خطا توان تولیدی توربین بادی کم شود، از افزایش سرعت توربین در شرایط خطا جلوگیری به عمل می‌آید.از نگاه دیگر وقتی توربین بادی توان اکتیو خود را در حین خطا کم می‌کند، ظرفیت تولید توان راکتیو بیشتری را ایجاد می‌کند که این باعث جلوگیری از افزایش افت ولتاژ می‌شود.
تأمین و جذب توان راکتیو برای کنترل ولتاژ امری ضروری است. در نظر نگرفتن جذب و تولید توان راکتیو به معنای فراموش کردن اثر توربین بادی در کنترل ولتاژ است. اما کنترل ضریب توان نقش بسزایی را در تعیین توان تولیدی و یا جذبی دارد. همچنین توربین‌های بادی معمولاً حداکثر انرژی را از باد جذب می‌کنند. با توجه به اینکه اینرسی بالایی دارند به صورت ملایم قادر به کاهش توان اکتیو خود هستند. از طرفی دیگر توربین‌های بادی به منظور جذب حداکثر انرژی از باد بایستی قدرت کنترل توان اکتیو در مدت زمان کم را داشته باشند.با توجه به مطلب فوق ، توربین بادی می‌تواند توان راکتیو مناسبی را در حداقل زمان ممکن به شبکه بدهد. جدول (۳-۲) زیرمجموعه داده‌هایی است به منظور نشان دادن ضریب توان برای توربین بادی بر اساس کدهای مختلف شبکه است.
مقایسه ضریب توان توربین بادی در کدهای شبکه
| کشور | توان اکتیو راکتیو |
| اسکاتلند | ۰.۸۵ پس فاز تا ۰.۹۵پیش فاز |
| دانمارک | P%10+1 یا %۱۰-۱ |
| ایرلند | ۰.۸۵ پس فاز تا ۰.۹۳ پیش فاز برای %۱۰۰ توان ۰.۴ پس فاز تا ۰.۷ پیش فاز برای %۳۵ توان |
| آلمان | ۰.۹۵ پس فاز تا ۰.۹۵ پیش فاز برای توانهای زیر ۱۰۰ مگاوات |
ضریب توان برای توانهای بالاتر از ۱۰۰ مگاوات در کد شبکه آلمان
با توجه به اینکه توربین بادی با ظرفیت کم قدرت بالایی در تأمین توان راکتیو دارد ولی تعداد بالای این توربین‌های بادی هزینه‌ی قابل‌ملاحظه‌ای را بجا می‌گذارد.
در کد شبکه آلمان برای توانهای توربین بادی با ظرفیت بالاتر از ۱۰۰ مگاوات، ضریب توان به ولتاژ وابسته است که این وابستگی در شکل (۳-۵) نشان داده شده است. در شکل (۳-۵) ولتاژ نامی برای توربین‌های بادی ساحلی[۳۳] ۳۸۰، ۲۲۰ و ۱۱۰ کیلو است. حال آنکه ولتاژ نامی برای توربین‌های بادی دور از ساحلی[۳۴] ۱۵۵ کیلوولت است.
معیار فرکانس
به طور سنتی نیروگاه‌های برق از ژنراتورهای بزرگ سنکرون استفاده می‌کنند. این ماشینهای سنکرون در مقابل تغییرات بار و تغییرات فرکانس با مسائل پایداری روبرو هستند. در حالت اضافه‌بار ماشین سنکرون با کاهش سرعت مواجه است. این کاهش سرعت باعث کاهش فرکانس می‌شود که نتیجه آن می‌تواند به ناپایداری منجر شود. نوسانات فرکانس می‌تواند از عامل‌هایی مانند: از دست رفتن خط انتقال ، نوسانات در بار و خارج‌شده نیروگاه است. تغییرات فرکانس تأثیر روی ماشینهای مجاور دارد.
نیروگاه بادی باید نوسانات فرکانس را در شرایط بهره‌برداری عادی تحمل کند. شکل(۳-۶) نشان‌دهنده چگونگی عملکرد توربین بادی در شرایط مختلف فرکانسی در کدهای مختلف شبکه است.
چون در طول خطا نوسانات فرکانس به وجود می‌آید. مطلوب این است که در حین خطا توربین بادی در مقابل محدوده‌ی وسیع فرکانس مقاوم باشد، زیرا ممکن است در شرایط بعد از خطا شرایط بدتر شود و باعث انفصال توربین بادی از شبکه شود. به هر صورت تغییرات گسترده فرکانس تأثیر زیادی بر توربین بادی سرعت ثابت دارند. با توجه به اینکه سرعت چرخش توربین به نسبت سرعت نوک (TSR)[35] بستگی دارد در نتیجه سرعت حرکت توربین به فرکانس بستگی دارد . اما در توربین‌های بادی دو سویه ژنراتور القایی سرعت حرکت مستقل از تغییرات فرکانس است.
شرایط کاری توربین بادی با توجه به اندازه فرکانس در کدهای مختلف شبکه [۱]
معیار ولتاژ
