22505

بهبود پايداري ژنراتور سنكرون مبتني بر پيش‌بيني لغزش قطب

دكتري

قدرت

1394

1399/6/25

دكتر ابوالفضل واحدي

برق

يكي از اقسام پايداري در سيستم‌هاي قدرت، پايداري گذرا است. درصورتي‌كه يك واحد توليدي نتواند پايداري گذراي خود را حفظ نمايد، از همگامي با شبكه خارج‌شده و اصطلاحاً دچار لغزش قطب يا ناپايداري مي‌شود. خروج از همگامي از يك‌سو منجر به صدمات شديد به ژنراتور مي‌شود و از سوي ديگر با خارج شدن ژنراتور از شبكه، تأمين بار را در شبكه مختل مي‌كند؛ بنابراين تا حد ممكن بايد از خروج واحدها جلوگيري كرد و درنهايت، در صورت ناپايدار شدن ژنراتور مي‌بايست در كوتاه‌ترين زمان ممكن وضعيت خروج از همگامي شناسايي‌شده و ژنراتور از شبكه جدا شود. اقدامي پيش¬دستانه آن است كه اين وقوع پديده را به نحوي مطمئن حدس زد و تا قبل از رسيدن ژنراتور به وضعيت بحراني، شرايط خروج از همگامي پيش‌بيني‌شده و ژنراتور زودهنگام از شبكه خارج گردد و يا حتي آن را به شبكه بازگرداند. در اين رساله در گام نخست، نحوه مواجهه صنعت با پديده ناپايداري به‌وسيله رله خروج از همگامي مورد بررسي قرار گرفته و نحوه تنظيم آن شرح داده شده است. در ادامه عملكرد در آن شبكه‌هاي آزمون‌هاي متفاوت شبيه‌سازي‌شده، نقاط ضعف اساسي در آن مشاهده گرديد. سپس، براي جبران مشكل مذكور، راهكار تشخيص و پيش‌بيني ناپايداري ژنراتور با استفاده از سه روش جديد ارائه شده است. اين معيارها عبارت‌اند از «سطوح برابر در حوزه زمان»، «انحراف سرعت-توان شتاب‌دهنده» و «انحراف سرعت-مشتق سرعت». نحوه تشخيص ناپايداري اين روش‌ها در ابتدا اثبات رياضي و مفهومي شده‌ است و جهت راستي-آزمايي در شبكه‌هاي متعددي (سيستم‌هاي قدرت استاندارد IEEE و شبكه برق ايران) نيز مورد آزمون قرار گرفته‌اند. سپس با توسعه معيار تشخيص، الگوريتم‌هايي براي پيش‌بيني ناپايداري پيشنهاد شده است. اين روش‌ها نيز توسط شبيه‌سازي در سيستم‌هاي قدرت آزمون مورد ارزيابي قرار گرفته‌اند. الگوريتم‌هاي معرفي‌شده، مبتني بر داده‌هاي محلي ژنراتور هستند، لذا نيازي به انتقال اطلاعات سراسر شبكه به يك نقطه و ارسال فرمان لازم به ژنراتور ندارند و درنتيجه تأخير انتقال اطلاعات به حداقل مي‌رسد. كليه اين روش‌ها بر اساس مفهوم پايداري ژنراتور سنكرون بوده و به‌صورت عمل مي‌كنند. برخط بودن روش ناشي از حجم كم محاسبات و سرعت بالاي الگوريتم در پردازش است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد معيارهاي پيشنهادي قابليت اطمينان نسبتاً خوبي براي پيش‌بيني ناپايداري دارند. زمان پيش‌بيني روش‌ها نيز نسبتاً زودهنگام بوده و فرصت مناسبي را براي بازگرداندن ژنراتور به شبكه فراهم مي‌سازد. سپس، از نتيجه روش پيش‌بيني و زمان باقيمانده تا وقوع ناپايداري استفاده شده تا توسط دو روش منتخب، ژنراتور به شبكه بازگردانده شود. ساختار مفهومي تركيب بهبود پايداري گذرا با نتايج يك يا چند الگوريتم پيش‌بيني لغزش قطب، يكي ديگر از نوآوري‌هاي اين رساله محسوب مي‌شود. لازم به ذكر است تمركز اصلي رساله بر پيش¬بيني ناپايداري گذرا استوار شده است.

1399/07/07

Stability Improvement of Synchronous Generator Based on Pole Slipping Prediction

9/16/2021 12:00:00 AM

One type of power system stability is the rotor angle stability. This issue can be divided into two parts: transient stability and small signal stability. Transient instability as a security threat to power systems is studied following a severe disruption, like a short-circuit. Network. If a generation unit fails to maintain its stability, it will be out-of-step and will be entitled a pole slip. Pole slipping leads to severe mechanical and thermal damage to the generator, and on the other hand, by tripping the generator, load supply disrupts. So, it is necessary to prevent the units instability as much as possible, and the unstable generator must be identified as soon as possible. In the subsequent step, this phenomenon can be safely predicted, so before the generator reaches to the critical state, this conditions can be predicted and by early tripping, the generator removed from the network. In this thesis, in the first step, the industry deals with the instability phenomenon (out-of-step relay) is examined and its main weaknesses are listed. Then, to compensate for this problem, instability prediction of the generator by employing three methods is presented. These methods have initially been mathematically and conceptually proven and have also been tested in several networks (IEEE standard power systems and the Iranian power grid) for validation. The introduced algorithms are based on the local data of the generator and predict the out-of-step online with minimum calculation time and data transfer delay. All of these criteria are based on the concept of synchronous generator stability and provide relatively superior reliability. The prediction time is also relatively early and provides a golden opportunity to return the generator to the grid. These criteria are: • Time domain equal area, • Speed deviation – acceleration power, • Speed deviation – derivative of speed. Next, the result of the prediction method and the time remaining until the occurrence of instability is used to return the generator to the grid by two selected methods. The conceptual structure of combining transient stability improvement with the results of one or more out-of-step prediction algorithms is another innovation of this thesis. It should be noted that the core focus of the thesis is on transient instability prediction.

بهبود پايداري , پايداري گذرا , پيش‌بيني ناپايداري , رله خروج از همگامي , ژنراتور سنكرون

Instability prediction , Out-of-step relay , Stability improvement , Synchronous generator , Transient stability