حفاظت ولتاژ و جریان در توربین­های بادی

انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدیدپذیر، بطور گسترده ولی پراکنده در دسترس می­باشد. از انرژی­های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاه­ها و رودخانه­ها، گرمایش خانه و نظیر اینها می­توان استفاده کرد. با افزایش روزافزون هزینه­ی تولید انرژی و همجنین کمبود و به پایان رسیدن منابع تولید انرژی، نیاز به بهره­گیری از انرژی­های طبیعی و منابع تجدیدپذیر برای تولید انرژی، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. انرژی حاصل از باد یکی از منابع طبیعی تولید انرژی می­باشد که با توجه به مهیا بودن بستر لازم، در بسیاری از کشورهای جهان نظیر آلمان و تا حدودی کشور ما مورد توجه قرار گرفته است.

حفاظت از توربین­های بادی و سیستم­های جمع­کننده یا کلکتور مزارع بادی موضوع چندین نشریه­ی فنی در سال­های اخیر را به خود اختصاص داده است. دو نوع مزارع بادی وجود دارد: مزارع بادی بزرگ که در خشکی یا ساحل دریا نصب شده و شامل تعداد زیادی توربین بادی متصل به هم می­باشند و یک توربین بادی تنها که از طریق خطوط توزیع به سیستم قدرت متصل می­گردد.

یک وحد توربین-ژنراتور بادی شامل بدنه­ی توربین بادی، یک ژنراتور القایی، کنترل توربین-ژنراتور، بریکر، ژنراتور و ترانسفورماتور افزاینده می‌باشد. ولتاژ تولید شده ژنراتور معمولا 690 ولت بوده و برای انتقال، به سطح 20 یا 5/34 کیلوولت تبدیل می­شوند. تعدادی از خروجی­های این ترانسفورماتورهای قدرت توربین­هااز طریق بریکر خود به یک باس متصل می­شوند. این باس کلکتور یا جمع­کننده نام دارد. چندین کلکتور با یکدیگر ترکیب شده و ترانسفورماتور اصلی را تغذیه می­کنند. توان الکتریکی تولید شده از انرژی بادی، از طریف این ترانسفورماتور با خطوط انتقال به شبکه­ی قدرت متصل خواهد شد. اگر نیاز به جبران­سازی توان رآکتیو باشد، خازن­ها یا سایر ادوات FACTS به باس اصلی متصل خواهند شد.

باید توجه شود که با افزایش توان و کارآیی توربین­های بادی، طرح­های حفاظتی ساده که شامل فیوزها می­باشند، دیگر به اندازه­ی کافی از توربین و ادوات دیگر آن حفاظت نخواهند کرد و باید از طرح­های کامل و جامع­تری برای حفاظت رله­ای جامع برای حفاظت از تجهیزات گران­قیمت توربین مورد استفاده قرار گیرد. مقایسه انواع توربین­-ژنراتورهای بادی رایج و ژنراتور القایی دو تحریکه بدون جاروبک

در این قسمت جنبه­های مختلف فنی و به خصوص قابلیت گذار از ولتاژ کم انواع توربین­های بادی رایج شامل توربین­ بادی سرعت ثابت، توربین بادی دارای ژنراتور القایی دو تحریکه و توربین بادی دارای مبدل الکترونیک قدرت با ظرفیت کامل با یکدیگر مقایسه می­شود. سپس این توربین­-ژنراتورها با ژنراتور القایی دو تحریکه بدون جاروبک که اخیرا جهت کاربرد در توربین­های بادی مطرح شده­اند، مقایسه می­شوند. قابلیت گذار این نوع ژنراتورها با کمک شبیه­سازی در حوزه زمان بررسی می­شود.

فهرست مطالب

مقدمه:6

مقایسه انواع توربین-ژنراتورهای بادی رایج و ژنراتور القایی دو تحریکه بدون جاروبک... 7

مقایسه کلی BDFIG و سایر توربین ژنراتورهای بادی:7

مقایسه قابلیت گذار از ولتاژِ کم BDFIG و انواع توربینهای بادی:11

رله و حفاظت در توربینهای بادی:13

دیاگرام تک خطی برای توربین بادی 2 مگاواتی.. 13

الزامات حفاظتی و کنترلی یک توربین بادی:14

آموزش شبکه ی عصبی:16

الگوریتم آموزش... 16

شبیه سازی حالت کار عادی:18

شبیه سازی حالت کار ترکیبی.. 18

پیش پردازش الگوی آموزشی:18

ساختار شبکه ی عصبی-فازی:18

بررسی عملکرد رله ی دیفرانسیل.. 19

طراحی حفاظت رله ای توربین 2 مگاواتی:21

سیستم حفاظت روتور:23

مقایسه ساختارهای گوناگون مزارع بادی با اتصال ACیا DCبه شبكه از دیدگاه اضافه ولتاژهای ناشی از برخورد صاعقه :24

اتصالات و ساختارهای مزارع بادی:25

بررسی اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه:30

شبیه سازی ساختارها و نتایج:31

بررسی اضافه ولتاژهای تولیدی بر روی دریچه های سیستم انتقال DCمبتنیبر VSC:36

مدلسازی، شبیه سازی و کنترل نیروگاه بادی ایزوله از شبکه:41

مدلسازی توربین بادی:41

مدل توربین ایدهآل:41

توربین بادی محور افقی با جریان حلقوی پره ها:43

مدل پره ها درت وربینهای چند پره ای:45

روابط کامل مدل توربین (باجریانهای گردشی باد):46

اثر تعداد پره ها بر عملکرد بهینه توربین بادی:47

شبیه سازی نیروگاه بادی:48

استفاده از ادوات FACTS به منظور بهبود پایداری ولتاژ گذرای توربینهای بادی مجهز به ژنراتور القای یازدو سوتغذیه (DFIG)52

سیستم نمونۀ موردمطالعه:53

پاسخ مزرعۀ باد قبلو بعد از جبرانسازی:54

مقایسۀ ژنراتورهای القایی و سنکرون:55

تأثیر سرعت باد بر پایداری ولتاژ:57

اهمیت پشتیبانی راکتیو شبکه:59

مقایسۀ STATCOM و کندانسور سنکرون:60

تأثیر الحاقباتریبه STATCOM:62

توربینهای سرعت ثابت و DFIG درکنار هم:63

مدلسازی توربین بادی دارای DFIG:64

بلوك ژنراتور القایی و کانورترسمتروتور:65

بلوك کانورتر سمت شبکه:66

پاسخ  یک مزرعۀ بادباد و نوع توربین:67

نتیجه گیری:70

مراجع:72