کنفرانس منطقه ای سیرد

صفحه اصلی / یازدهمین کنفرانس منطقه ای سیرد

طرح هماهنگی حفاظتی تطبیقی برای ریزشبکه های حلقوی دارای منابع انرژی تجدید پذیر با در نظر گرفتن تغییر در توپولوژی شبکه

نویسندگان :

عبدالرضا قلی پور¹ مهدی اخباری² محمد زمان جلویان³

1- شرکت توزیع نیروی برق تهران بزرگ/ دانشگاه شاهد 2- دانشگاه شاهد 3- شرکت تولید و توسعه پویا انرژی نگین سبز خاورمیانه

کلمات کلیدی :

ریزشبکه حلقوی،حفاظت تطبیقی،منابع انرژی تجدید پذیر،هماهنگی حفاظتی،رله اضافه جریان

چکیده :

طرح هماهنگی حفاظتی تطبیقی برای ریزشبکه های حلقوی دارای منابع انرژی تجدید پذیر با در نظر گرفتن تغییر در توپولوژی شبکه 1- مقدمه: 1-1- ریز شبکه ها با استفاده از انواع مولدهای تولید پراکنده، بخصوص منابع انرژی تجدید پذیر، می توانند با قابلیت کارکرد در حالت جزیره ای و متصل به شبکه اصلی، تاثیر بسزایی در بهبود شاخص های قابلیت اطمینان داشته باشند. مولدهای انرژی تجدیدپذیر به دلیل داشتن اثرات مثبت در کاهش آلودگی های زیست محیطی در دو دهه اخیر با استقبال زیادی از طرف کشورهای جهان مواجه شده اند. با توجه به حضور انواع منابع تولید پراکنده در ریز شبکه، حفاظت این شبکه ها پیچیده تر از شبکه های توزیع دارای مولدهای سنکرون بوده بوده و می بایست اثرات این مولدها در موضوع حفاظت به دقت مورد بررسی قرار گیرد، چرا که مشارکت مولدهای غیر سنکرون در جریان اتصال کوتاه نقطه خطا بسیار کمتر بوده و تشخیص جریان خطا توسط رله ها در این صورت اهمیت ویژه ای پیدا می کند. برخلاف نیروگاه های بزرگ، احتمال ورود و خروج و یا تولید و یا عدم تولید مولدهای مقیاس کوچک، خصوصا مولدهای انرژی تجدید پذیر در سطح ریز شبکه ها بالاست و می بایست این موارد در ارائه طرح های حفاظتی مد نظر قرار گیرد. تغییر در توپولوژی شبکه، جریان های پخش بار و جریان های اتصال کوتاه، در سطح شبکه را دستخوش تغییر می کند و هماهنگی حفاظتی قبلی را بی اعتبار می کند. در این مقاله مساله هماهنگی حفاظتی تطبیقی با در نظر گرفتن ورود و خروج مولدها که خود به نوعی تغییر در توپولوژی شبکه است، در ریز شبکه واقعی حلقوی و استاندارد، مورد بحث قرار گرفته و روشی جدید جهت هماهنگی رله ها با تنظیمات گروهی رله ها پیشنهاد می گردد. نتایج شبیه سازی ها نشان داده شده است که هماهنگی حفاظتی مناسبی برای انواع خطاهای رخ داده در سطح شبکه بین رله های اصلی و پشتیبان، برای انواع آرایش شبکه وجود دارد. هماهنگی حفاظتی تطبیقی، با هر گونه تغییر در شبکه خود را سازگار نموده و حفاظت بهینه ای را در شبکه اعمال می کند. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزارهای DigSilent و GAMS انجام شده است. 2-1- در تحقیقات انجام شده در سال های گذشته بیشتر شبکه های شعاعی مد نظر قرار گرفته و هماهنگی حفاظتی روی شبکه های شعاعی انجام شده و کمتر به شبکه های حلقوی پرداخته شده است. همچنین مولدهای موجود در شبکه های مطالعه شده در ریزشبکه ها مولدهای سنکرون بوده و ضروری است اثر انرژی های تجدید موجود در ریزشبکه ها به دقت مورد مطالعه قرار گیرد، چرا که مشارکت مولدهای تجدید پذیر در جریان اتصال کوتاه کمتر از مولدهای سنکرون بوده و رله ها باید با دقت بیشتری تنظیم شوند تا بتوان با لحاظ شرایط واقعی در ریز شبکه های امروزی هماهنگی حفاظتی دقیقی پیاده سازی نمود[1-6] . در این مقاله سعی خواهد شد در حضور مولدهای تجدید پذیر، برای ریز شبکه های حلقوی طرح حفاظت تطبیقی مناسبی تدوین گردد. 3-1- مساله هماهنگی حفاظتی در ریزشبکه ها مساله ای غیر خطی بوده و برای حل مساله می بایست از الگوریتم های بهینه سازی استفاده نمود. برای پیاده سازی مساله می بایست رله های اصلی و پشتیبان در دو سر هر خط شناسایی شده و با انجام مطالعات پخش بار در سطح شبکه و انجام اتصال کوتاه های لازم در وسط خطوط، طی فرآیندی مشخص، مساله مربوطه فرموله شده و با الگوریتم بهینه سازی، پاسخ بهینه ای جهت تنظیمات رله های اضافه جریان، تعیین می گردد. تنظیم بهینه رله ها از ورود آسیب به خطوط و مولدها جلوگیری نموده و بهبود شاخص های قابلیت اطمینان را در سطح ریزشبکه موجب می گردد. مطالعه انجام شده نشان می دهد حفاظت تطبیقی بهترین روش برای بهبود شاخص های قابلیت اطمینان ریز شبکه می باشد. 4-1- همانطور که گفته شد اثرات مولدهای تجدید پذیر در هماهنگی حفاظتی در ریزشبکه های واقعی می بایست به دقت مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. در این مقاله سعی خواهد شد اثرات این گونه مولدها حین اتصال کوتاه به دقت مورد بررسی قرار گیرد و رله های اصلی و پشتیبان موجود در ریزشبکه به نحوی تنظیم گردند که با تشخیص سریع خطا، سریعا خطای اتصال کوتاه رفع گردد. به دلیل حضور مولدهای تجدید پذیر تشخیص خطا سخت تر حالتی است که مولدهای موجود در ریز شبکه از نوع سنکرون باشند. 2- روش پژوهش (تحقیق) یا روش پیشنهادی: فلوچارت دستیابی به مقادیر بهینه تنظیمات رله ها در شکل صفحه بعد نشان داده شده است. ابتدا رله های اصلی و پشتیبان در هر حالت خطا معین شده و به نرم افزار بهینه ساز داده می شود و پس از آن اطلاعات جریان های پخش بار شبکه در مد متصل به شبکه و مد جزیره ای محاسبه می گردد. پس از آن جریان های اتصال کوتاه بین خطوط در هر حالت خطا در همه مدهای کاری، دریافت شده و به رله های متناظر هر حالت خطا، نگاشت می گردد. سپس Ip و TMS های بهینه رله ها توسطNLP Solver در دو گروه تنظیمی، در نرم افزار GAMS، پس از تکرار حل های متوالی، به دست می آید. تکرار حل مساله تا رسیدن به مقدار مینیمم تابع هدف، که شامل جمع زمان عملکرد کلیه رله های اصلی و پشتیبان در هر حالت عملکردی است، ادامه می یابد. اطلاعات مربوط به جریان های پخش بار و جریان های اتصال کوتاه با استفاده از نرم افزار DigSilent به دست می آید. 3- پیاده سازی و نتایج حاصل یا انتظاری (مورد انتظار): پس از انجام پخش بار در حالت متصل به شبکه و جزیره ای ابتدا با انجام پخش بار جریان گذرنده از رله ها محاسبه شده و پس از آن با خروج مولدهای تولید پراکنده و خطوط موجود در سطح ریز شبکه (N-1 Contingency)، جریان های اتصال کوتاه در تمامی حالات برای رله های اصلی و پشتیبان مربوط به هر خط به دست آمده و در نهایت زمان بهیته عملکرد رله ها با توجه به فلوچارت ارائه شده، به دست خواهد آمد. ریزشبکه مورد مطالعه شبکه 30 باس IEEE بوده که با وارد نمودن مولدهای تولید پراکنده شبکه اصلاح شده با 45 باس می باشد. نوع ریز شبکه حلقوی می باشد. 4- بحث و نتیجه گیری: حفاظت ریز شبکه ها به دلیل تغذیه دو سویه مدارها در سطح شبکه، از حفاظت کلاسیک در شبکه های توزیع، که بصورت شعاعی تغذیه می شوند، پیچیده تر می باشد. با تغییر مد کاری ریز شبکه از حالت متصل به شبکه به حالت کارکردی جزیره ای سطح جریان های اتصال کوتاه تغییر می کنند. همچنین ورود و خروج مولدها در سطح ریز شبکه توپولوژی شبکه را تغییر می دهد. لذا ضروری است رله های اضافه جریان در شرایط جدید نیز عملکرد درستی داشته باشند. تدوین طرح حفاظتی تطبیقی با لحاظ نمودن اثرات تغییر در توپولوژی شبکه می تواند راهکاری مطمئن در جهت رسیدن به حفاظت موثر باشد و چنین سیستمی از شاخص های قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار خواهد بود. در این مقاله نشان داده خواهد شد که حفاظت تطبیقی روشی موثر جهت پاسخگویی دقیق به تمامی حالات شبکه می باشد و با رفع سریع خطاها می تواند از ورود آسیب به خطوط و مولدها جلوگیری نماید و شاخص های قابلیت اطمینان شبکه را بهبود بخشد. شکل: فلوچارت دستیابی به مقادیر بهینه Ip و TMSرله ها مراجع: [3] Ataee-Kachoee A.H., Hashemi-Dezaki H., Ketabi A., “Optimized adaptive protection coordination of microgrids by dual-setting directional overcurrent relays considering different topologies based on limited independent relays’ setting groups” Elsevier Electric Power Systems Research, Volume 214, Part A, 1 January 2023, 108879. [28] Ataee-Kachoee A.H., Hashemi-Dezaki H., Ketabi A., “Optimal adaptive protection of smart grids using high-set relays and smart selection of relay tripping characteristics considering different network configurations and operation modes” IET Generation, Transmission & Distribution, October 2022, PP. 5084-5116. [29] Entekhabi-Nooshabadi A.M., Hashemi-Dezaki H., Taher S.A.: Optimal microgrid’s protection coordination considering N−1 contingency and optimum relay characteristics. Appl. Soft Comput. 98, 106741 (2021). [30] S. Sadeghi, H. Hashemi-Dezaki, A.M. Entekhabi-Nooshabadi, Optimized protection coordination of smart grids considering N-1 contingency based on reliability oriented probability of various topologies, Electr. Power Syst. Res. 213 (2022), 108737. [31] Ataee-Kachoee A.H., Hashemi-Dezaki H., Ketabi A., “Optimal Protective Coordination of Microgrids Considering N-1 Contingency Using Dual Characteristics Directional Overcurrent Relays” 16th International Conference on Protection & Automation in Power System University of Sistan and Baluchestan, January 2022. [32] A. Saber, H.H. Zeineldin, Tarek H.M. El-Fouly, Ahmed Al-Durra, Overcurrent protection coordination with flexible partitioning of active distribution systems into multiple microgrids, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Volume 151, September 2023, 109205.