20884

۲۰۸۸۴

شبيه سازي و تحليل عملكرد مدارشكن هاي HVDC تركيبي در شبكه هاي چندپايانه HVDC مبتني بر VSC

كارشناسي ارشد

مهندسي برق قدرت - سيستم هاي قدرت

۱۳۹۸

۱۳۹۸/۳/۲۸

دكتر صادق جمالي

برق

افزايش بهره¬برداري از منابع انرژي تجديدپذير نظير مزارع بادي فراساحلي منجر به افزايش علاقه به توسعه سيستم¬هاي ولتاژ بالاي جريان مستقيم چند پايانه (MTDC) شده است. با توجه به تحقيقات، شبكه¬هاي ولتاژ بالاي جريان مستقيم (HVDC) مبتني بر مبدل منبع ولتاژ (VSC) مناسب¬ترين گزينه براي تحقق شبكه¬هاي HVDC هستند. يك از موانع اصلي در پياده¬سازي اين شبكه¬ها، آسيب¬پذيري بالاي آن¬ها در برابر خطاي اتصال كوتاه طرف DC و كنترل¬ناپذيري VSC¬ها در شرايط خطاي DC است. كارايي، قابليت اطمينان و كنترل¬پذيري شبكه¬هاي HVDC به شدت نيازمند يك سيستم حفاظت مطمئن مبتني بر مدارشكن¬هاي HVDC است تا بخش معيوب به طور دقيق، سريع و با قابليت اطمينان بالا از ساير سيستم جدا گردد. به طور كلي مدارشكن¬هاي HVDC در سه گروه اصلي به شرح مدارشكن الكترومكانيكي، مدارشكن حالت جامد خالص، و مدارشكن تركيبي قرار مي¬گيرند. با توجه به چالش¬هاي فني موجود در طراحي مدارشكن¬ها از قبيل سرعت عملكرد، تلفات انتقال توان و ولتاژ بازيابي گذرا، مدارشكن¬هاي HVDC تركيبي به عنوان بهترين گزينه براي تحقق شبكه¬هاي HVDC مورد توجه قرار گرفته¬اند. از اينرو در اين پايان¬نامه به شبيه¬سازي، بررسي عملكرد، و مقايسه فني واقتصادي سه طرح از مدارشكن HVDC تركيبي پرداخته شده است تا مناسبترين طرح با توجه به عملكرد فني و ملاحظات اقتصادي انتخاب گردد. در شبيه¬سازي منطق كنترلي هر يك از مدارشكن¬ها، مدل حفاظت داخلي شامل حفاظت سطح خودي و حفاظت سطح محرك نيز در نظر گرفته شده است تا امكان عملكرد خود¬مختار مدارشكن در صورت عدم عملكرد سيستم حفاظت شبكه وجود داشته باشد. منطق كنترلي ارائه شده براي هر مدارشكن، قابليت عملكرد در همه شرايط شبكه نظير كليدزني تحت ولتاژ نامي، باز بست، پاك¬سازي خطاي DC تحت عملكرد صحيح و عدم عملكرد حفاظت شبكه، و وقوع خطاهاي چندگانه را داراست. صحت نتايج مطالعات توسط نرم¬افزار PSCAD/EMTDC مورد بررسي قرار گرفته است. واژه‌هاي كليدي: شبكه¬هاي چندپايانه HVDC (MTDC)، مبدل منبع ولتاژ (VSC)، خطاي اتصال كوتاه DC، مدارشكن HVDC، مدارشكن HVDC تركيبي

1398/05/01

Simulation and Analysis of Hybrid HVDC Circuit Breakers Operation in VSC-Based Multi-terminal HVDC Systems

2/20/2020 12:00:00 AM

The increasing demand for renewable energy resources such as offshore wind farms has necessitated the development of multi-terminal high voltage direct current (MTDC) systems. According to literatures, voltage source converter (VSC) based high voltage direct current (HVDC) systems are the best solution for realization of meshed HVDC grids. One of the most important challenges for implementation of HVDC grids is their high vulnerability against DC-side short circuit fault and uncontrollability of VSCs in DC fault conditions. Performance, reliability and controllability of HVDC systems strongly depend on a reliable protection system relying on HVDC circuit breaker (CB) to isolate the faulty part accurately, quickly and with high reliability. There are three main groups of HVDC CBs including electromechanical HVDC CB, pure solid-state HVDC CB and Hybrid HVDC CB. In order to deal with technical challenges such as operation speed, power transmission losses and transient recovery voltage, hybrid HVCD CBs are considered as the best option for HVDC grids. In order to address the above challenges, this thesis presents simulation, operation analysis and comparison of three types of hybrid HVDC CBs to select the most appropriate design according to technical operation and economical considerations. In the simulation of control system of each CB, the internal protection model including self-level protection and driver level protection is considered to provide the possibility of autonomous operation of the CBs. The presented control logic for each CB is able to operate in every system situatoins such as switching under nominal system voltage, reclosing, DC fault clearing under correct performance either failure of system protection, and occurrence of multiple faults. The presented control logic has been validated by simulation study using PSCAD/EMTDC. Keywords: Multi-terminal HVDC systems (MTDC), voltage source converter (VSC), DC short circuit fault, HVDC circuit breaker, hybrid HVDC circuit breaker