25628

حفاظت توربين هاي بادي در برابر صاعقه با استفاده از برقگير به روش جذب و انتقال موج صاعقه به زمين

كارشناسي ارشد

مهندسي برق - سيستم هاي قدرت

1397

1400/7/11

دكتر احمد غلامي

مهندسي برق

منابع انرژي تجديدپذير به طور گسترده به عنوان ابزاري براي كاهش آلودگي هوا به‌كار گرفته مي‌شوند. توسعه انرژي‌هاي تجديدپذير منافع اقتصادي و اجتماعي مختلفي را به همراه دارد كه از جمله مهم‌‌ترين آن‌‌ها مي‌‌توان به كافي نبودن سوخت‌هاي فسيلي و محدوديت آن‌ها در تامين انرژي در آينده نزديك بر اساس پيش‌بيني تمام سناريوها اشاره كرد. لذا انتظار مي‌رود استفاده از اين منابع انرژي مخصوصا انرژي بادي به عنوان بخش مهمي از انرژي‌هاي تجديدپذير به ميزان قابل توجهي افزايش يابد كه همين موضوع اهميت حفاظت مزارع بادي را نشان مي‌دهد. يكي از پديده‌هاي طبيعي كه با توجه به ارتفاع بلند توربين‌هاي بادي مي‌تواند به آن‌ها آسيب‌هاي جبران ناپذيري وارد كند برخورد صاعقه مي‌باشد. برخورد مستقيم صاعقه به پره‌ها و همچنين برخورد غيرمستقيم به خاك مجاور برج توربين بادي، علاوه بر خطر آتش‌سوزي پره و محفظه توربين، باعث ايجاد اضافه‌ولتاژ و اضافه‌جريان مي‌شود كه منجر به آسيب ديدگي تجهيزات و ادوات كنترلي توربين بادي مي‌شود كه در نهايت باعث خاموشي و كاهش قابليت اطمينان در شبكه مي‌گردد. در اين پايان‌نامه مطالعه موردي بر روي يك توربين بادي متصل به دو ترانسفورماتور اصلي جهت انتقال توان به شبكه و ترانسفورماتور كمكي جهت تغذيه مدار كنترلي انجام شده است. مدل‌سازي توربين بادي در كنار ديگر ادوات با استفاده از مدل‌هاي اصلاح شده دقيق مربوط به مطالعات فركانس بالا در محيط نرم‌افزار EMTP-RV نسخه 4.1 انجام شده و نحوه مدل‌سازي قسمت‌هاي مختلف شرح داده شده است. سه موج صاعقه مختلف با حداكثر اندازه‌هاي جريان 10، 50، و 100 كيلوآمپر، هم به صورت برخورد مستقيم به پره توربين بادي، و هم به صورت برخورد غيرمستقيم به پاي برج توربين به مدل اعمال گشته‌اند تا مشاهده گردد در صورت عدم وجود تجهيز حفاظتي مناسب در توربين بادي در برابر اصابت صاعقه، چه ميزان اضافه‌ولتاژهايي در قسمت‌هاي مختلف و مهم به وجود مي‌آيد. تجهيز اصلي به كار گرفته شده در اين پايان‌نامه جهت حفاظت توربين بادي در برابر صاعقه و به حداقل رساندن صدمات ناشي از آن، برق‌گير ZnO (اكسيد روي) مي‌باشد كه انتخاب و محاسبات پارامترهاي مدل مناسب آن با توجه به پارامترهاي شبكه و صاعقه‌هاي اعمالي به طور كامل شرح داده شده است. سه محل پيشنهادي براي قرارگيري برق‌گير پيشنهاد شده است كه اثر حضور برق‌گير پيشنهادي به صورت تكي در هر كدام از اين محل‌ها و همچنين اثر حضور همزمان سه برق‌گير در سه محل در كاهش اضافه‌ولتاژ ناشي از اصابت صاعقه در قسمت‌هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. مشاهده شده است كه با حضور برق‌گيرهاي پيشنهادي در محل‌ها مشخص شده، اضافه‌ولتاژ در قسمت‌هاي مختلف براي هركدام از صاعقه‌هاي اعمال شده تا مقدار قابل توجهي كاهش مي‌يابد و انتقال ايمن موج صاعقه به زمين توسط برق‌گيرها حاصل شده است.

1400/09/09

Protection of wind turbines against lightning strike using surge arrester by absorbing and conducting the lightning wave to the ground

10/3/2022 12:00:00 AM

Renewable energy resources are widely used as a tool to reduce air pollution. Development of these clean energies has brought various economic and social benefits with itself, the most important of which is being the substitute of the fossil fuels that are estimated to be limited and inadequate for energy supply in the near future based on the prediction of most scenarios. Therefore, it is expected that the use of these energy sources, especially wind energy as an important part of renewable energies, will increase significantly which shows the importance of protecting wind farms. One of the natural phenomena that due to the relatively high height of Wind Turbines (WTs) can cause irreparable damages to them is lightning strike. Both direct lightning strike to the blades and indirect lightning strike to the ground near the tower, as well as causing fire hazard to the blades and the nacelle, can create overvoltage in different parts which can cause serious damages to the WT’s equipment and control devices. Eventually, all these incidents will lead to the blackout and reliability reduction in the network. In this thesis a case study is carried out on a WT connected to two transformers, main transformer which transfer the power to the main grid, and auxiliary transformer which supply the control and electronic devices of the WT. Modeling of the WT along with other devices using accurate modified models related to high frequency studies is carried out in the 4.1 version of EMTP-RV software environment and the simulation process of different parts is described in details. Both direct strike to the WT’s blade and indirect strike to the ground near the tower, of three different lightning waves with maximum current magnitudes of 10, 50, and 100 kA, were applied to the model to observe and measure the overvoltages caused by these strikes in different important parts in the absence of a proper protection device. The main device used in this study for the protection of the WT against lightning and to minimize the damages caused by it, is the ZnO (also known as meatal oxide) Surge Arresters (SAs). the selection and parameter calculates of the appropriate SA model according to the network parameters and applied lightning is completely described. Three locations for the installation of SAs have been proposed. The effect of the presence of the proposed SA individually in each of these locations and also the effect of the simultaneous presence of three SAs in the all considered locations in reducing overvoltage caused by lightning in different parts has been investigated. It is observed that when all the proposed SAs are installed in the considered locations, the overvoltage magnitudes in different parts will decrease significantly which indicates the effectiveness of the selected ZnO SAs.

توربين‌هاي بادي , مزارع بادي , برخورد صاعقه , اضافه‌ولتاژ , برق‌گير اكسيد روي

Wind Turbines , Wind Farms , Lightning Strike , ZnO Surge Arrester , Overvoltage