توضیحات

حفاظت ولتاژ و جریان در توربین های بادی

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 واحد توربین-ژنراتور بادی شامل بدنه­ی توربین بادی، یک ژنراتور القایی،

کنترل توربین-ژنراتور، بریکر، ژنراتور و ترانسفورماتور افزاینده می‌باشد. ولتاژ

حفاظت ولتاژ و جریان در توربین های بادی

تولید شده ژنراتور معمولا ۶۹۰ ولت بوده و برای انتقال، به سطح ۲۰ یا ۵/۳۴ 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 جبران­

سازی توان رآکتیو باشد، خازن­ها یا سایر ادوات FACTS به باس اصلی متصل خواهند شد.

۷۲صفحه فایل ورد 

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید

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.

مقایسه کلی BDFIG و سایر توربین ژنراتورهای بادی:

توربین­های بادی سرعت ثابت مزایایی از قبیل سادگی، قابلیت اطمینان بالا و هزینه ساخت و بهره­برداری پایین دارند. عیب عمده آنها پایین بودن بازدهی به علت کارکرد در سرعت تقریبا ثابت در سرعت­های مختلف باد است.

جهت رفع نقیصه فوق، توربین­های بادی سرعت متغیر طراحی شده­اند

که با تنظیم سرعت چرخش رتور در سرعت­های مختلف باد، بیشترین توان ممکن را در یک محدوده مشخص از باد جذب می­کنند. دو نوع پرکاربرد این توربین­ها، توربین­های بادی دارای مبدل با ظرفیت کامل و توربین­های بادی دارای ژنراتور القایی دو تحریکه (DFIG) هستند.

رایج ترین نوع توربین نصب شده در سال­های اخیر، نوع سرعت متغیر دارای DFIG است. این ژنراتور به دلیل کارکرد سرعت متغیر بازدهی خوبی دارد و در ضمن، توان مبدل الکترونیک قدرت به کار رفته در آن حدود ۳۰ درصد توان ژنراتور است.

اما این نوع ژنراتور نیز مشکلاتی از قبیل استفاده از جاروبک و حلقه­های لغزان دارد که باعث کاهش قابلیت اطمینان آن و نیاز بیشتر به تعمیر و نگهداری می­شود. این مساله به خصوص در مورد توربین های بادی نصب شده در دریا و مناطق دور از دسترس بسیار مهم است.

حفاظت ولتاژ و جریان در توربین های بادی

برای رفع مشکلات مذکور، اخیرا ژنراتور القایی دوتحریکه بدون جاروبک (BDFIG) مورد توجه قرار گرفته است. همان­گونه که در شکل زیر نشان داده شده است، استاتور BDFIG  دارای دو سیم­پیچی سه فاز مستقل است. یکی از این  سیم­پیچی­ها به صورت مستقیم به شبکه متصل می­شود و در نتیجه دارای فرکانس ثابت شبکه است. بخش عمده تبادل توان توسط آن انجام می­شود و از این رو سیم­پیچی توان (PW) نامیده می­شود. سیم­پیچی دیگر از طریق یک مبدل فرکانسی دوسویه با ظرفیت کسری به شبکه متصل می­شود. کنترل گشتاور یا سرعت و همچنین کنترل ولتاژ یا توان راکتیو PW، از طریق تنظیم جریان این سیم­پیچی صورت می­پذیرد و به همین علت، به سیم­پیچی کنترل (CW) موسوم است. فرکانس جریان این سیم­پیچی به گونه­ای تنظیم می­شود که سرعت رتور مورد نظر به دست آید.

سیم­پیچی رتور (RW) BDFM ساختار خاصی دارد و تا کنون طرح­های متنوعی برای آن پیشنهاد و آزمایش شده است که شناخته شده ترین آنها “رتور حلقه­ تودرتو” یا “رتور حلقه آشیانه­ای” است. در شکل زیر نمونه ای از آن نشان داده شده است.

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

مسئله بسیار مهم دیگر، قابلیت گذار از ولتاژ کم (LVRT) توربین­های بادی است. LVRT بدین معنی است که توربین­-ژنراتورهای بادی باید بتوانند در هنگام بروز افت ولتاژ در سیستم قدرت متصل به شبکه باقی بمانند. علاوه بر این، توربین­های بادی باید قادر به تولید توان راکتیو در حین افت ولتاژ در شبکه باشند.

توربین­های بادی سرعت ثابت دارای ژنراتور القایی هستند که توان راکتیو مصرف می­کنند، مگر اینکه با بانک خازنی مجهز شوند. در توربین بادی دارای مبدل با ظرفیت کامل، گرچه شبکه و ژنراتور توسط مبدل تقریبا از هم ایزوله شده­اند، اما به علت از دست رفتن توازن بین توان اکتیو تولیدی ژنراتور و توان اکتیو قابل تزریق به شبکه در هنگام افت ولتاژ، ولتاژ لینک DC ممکن است به اندازه­ای افزایش یابد که به مبدل آسیب بزند.

مقایسۀ STATCOM و کندانسور سنکرون:

کندانسور سنکرون (SC) سطح اتصال کوتاه را در نقطۀ اتصال کاهش میدهد. این تجهیز در جریان اتصال کوتاه سهم دارد، و میتواند در حین خطا توان راکتیو تزریق کند. هزینۀ بهره برداری و نگهداری SC به خاطر اجزای گردان، زیاد است. در حالی که STATCOM نیز گران است اما هزینه بهرهبرداری کمی دارد. تجهیزات جبران توان راکتیو میتوانند با کنترل پیوسته، گسسته، یا ترکیبی از هر دو به کار روند. لذا در این قسمت تنظیم اولیۀ کندانسور به گونه­ای انجام

حفاظت ولتاژ و جریان در توربین های بادی

گرفته که تبادل توان راکتیو با شبکه نداشته باشد. به این ترتیب واحد کنترل پیوسته فقط برای نیاز جبران سریع استفاده میشود. هر چند نصب کندانسور سنکرون پر هزینهتر از اداوت FACTS است، اما با توجه به مزیت آنها یعنی توانایی اضافه بار گذرایشان، و اینکه در مسئلۀ حفظ پایداری ولتاژ نیروگاه بادی

نیاز مبرمی به سرعت بسیار بالا نیست، و با توجه به امکان جایگزینی نیروگاههای معمولی با نیروگاههای باد، میتوان استفاده از ژنراتورهای سنکرون موجود در این مود کاری را به عنوان یک راه حل مناسب و مقرون به صرفه بررسی کرد.

برای این مقایسه، از یک ژنراتور سنکرون با ظرفیت ۲۰MVAR در باس WF2 استفاده میشود تا شرایط مقایسۀ آن با یک STATCOM که در همان باس قرار

گرفته و حد جریانش ۱/۱ است فراهم آید. به منظور مطالعه روی تأثیر ظرفیت کندانسور سنکرون، مقدار آن را به ۲۸MVAR افزایش دادهایم و منحنی­ها را

دوباره رسم کردهایم. پاسخ مربوط به STATCOM با ظرفیت ۶۷/۲ برابر نیز به عنوان معیار مقایسه در شکل زیر گنجانده شده است. مقدار ظرفیت مورد نیاز

برای حفظ پایداری ولتاژ با انجام مطالعات استاتیک و دینامیک روی همین سیستم نمونه در ۲۰ مگاوار تعیین شده است. مدلسازی STATCOM به طور دقیق شامل کنترل مستقل مولفه­های دستگاه مرجع دو محوری انجام گرفته و محدودیت جریان ادوات الکترونیک قدرت در نظر گرفته شده است.