25980

ارزيابي ناپايداري اغتشاش بزرگ زاويه روتور در شبكه هاي قدرت مدرن، با درجه نفوذ بالا از توليد توان بادي

دكتري

مهندسي برق قدرت

1400-1401

15 آذر 1400

دكتر محسن كلانتر

مهندسي برق

تضمين بهره¬برداري امن و پايدار يك سيستم قدرت بزرگ، كه در معرض تنش¬هاي مختلف قرار دارد، يكي از مهم¬ترين چالش¬هايي است كه مهندسان قدرت امروزه با آن رو به رو هستند. بر اين اساس، تشخيص هر چه سريع¬تر پايداري در شبكه¬هاي قدرت در شرايط اضطراري و بروز اغتشاش¬هاي مختلف، امري حياتي براي جلوگيري از فروپاشي و ايجاد خاموشي¬هاي سراسري مي¬باشد و مي¬تواند اقدامات پيشگيرانه و اصلاحي مورد نياز و موثر را در جهت كاركرد مطمئن و كارآمد شبكه¬هاي قدرت سبب شود. در اين راستا، مطالعات فراواني روي پايداري گذراي نيروگاه¬هاي معمولي انجام شده و تحت شرايط مختلف با حضور مولدهاي سنكرون مورد ارزيابي و تجزيه و تحليل قرار گرفته¬ است. علاوه بر اين، رشد و توسعه روزافزون منابع انرژي تجديدپذير، به ويژه افزايش نفوذ مزارع بادي مبتني بر DFIG در سيستم-هاي قدرت بهم¬پيوسته، موجب ايجاد چالش¬هاي جديدي در سيستم¬هاي قدرت مدرن شده است. از اينرو، مطالعه رفتار توربين¬هاي بادي در يك سيستم قدرت و تعامل آنها با ساير تجهيزات توليد و بارها بسيار اهميت پيدا كرده است. بر اين اساس، در سيستم¬هاي قدرتي كه مقدار قابل توجهي از كل توان توليدي شبكه توسط توان بادي تامين مي¬شود، بايستي مزارع بادي به نحو مناسبي در آناليز پايداري گذراي شبكه ارائه شوند و نمي¬توان اثر آنها را ناديده گرفت. به اين ترتيب، اهميت و پيچيدگي آناليز وضعيت پايداري گذراي شبكه دو چندان مي¬شود. بر اين اساس و با توجه به اهميت فوق¬العاده موضوع، آناليز وضعيت پايداري گذراي شبكه با افزايش نفوذ مزارع بادي مبتني بر DFIG به عنوان هدف اصلي اين رساله مد نظر بوده و تمركز روي آن قرار گرفته است. به اين منظور، ابتدا مدل¬سازي مولد سنكرون و اجزاي مختلف DFIG جهت انجام مطالعات ديناميكي مد نظر قرار گرفته و سپس، نحوه ارتباط ماشين و شبكه بيان شده و براي DFIG همانند مولد سنكرون يك مدار معادل در حالت اتصال به شبكه توسعه داده مي¬شود. همچنين، مدل معادلات شبكه نيز در فرم تعادل جريان براي DFIG و مولد سنكرون استخراج شده است. با مدل¬سازي ديناميكي انجام شده براي اجزاي سيستم قدرت، آناليز پايداري گذرا با استفاده از روش شبيه¬سازي زماني مبتني بر انتگرال¬گيري ذوزنقه¬اي انجام شده و بنابراين، براي شبيه¬سازي¬ در اين رساله از نرم¬افزار MATLAB استفاده مي¬شود. به اين ترتيب در اين رساله، آناليز جامعي از وضعيت پايداري گذراي شبكه با افزايش ميزان نفوذ توان بادي انجام شده است. نتايج شبيه¬سازي¬ها نشان دهنده كارايي مدار معادل ارائه شده براي DFIG جهت آناليز ديناميكي ماشين در حالت اتصال به شبكه مي¬باشد. با توجه به اينكه اثر افزايش ميزان نفوذ توان بادي بر روي پايداري گذرا در سيستم¬هاي قدرت تك ماشين متصل به شين بي¬نهايت، بسيار زياد مورد توجه محققان بوده است، جهت آناليز پايداري گذرا ابتدا شبكه تك ماشين متصل به شين بي¬نهايت مد نظر قرار گرفته و از يك سيستم استاندارد و جديد جهت مطالعه استفاده شده است. همچنين، يك تحليل جامع از عملكرد سيستم كنترل حلقه بسته DFIG انجام شده و مقايسه تاثير نحوه مدل¬سازي DFIG بر روي پايداري گذرا مد نظر قرار مي¬گيرد. در ادامه، اثر عواملي چون جبران¬سازي توان راكتيو توسط DFIG، تغيير شرايط عملكردي شبكه، تغيير محل وقوع خطا در سيستم، تغيير سرعت نامي DFIG، استحكام شبكه قدرت و پارامترهاي مختلف DFIG روي پايداري گذرا با افزايش نفوذ توان بادي تجزيه تحليل مي¬شود. همچنين، جهت انجام آناليز بيشتر، مطالعات و تجزيه و تحليل پايداري گذرا با افزايش نفوذ توان بادي روي سيستم¬هاي 9 و 39 شينه نيز انجام شده است. سرانجام در اين رساله، يك رويكرد جديد جهت تشخيص ناپايداري گذراي نوسان اول ارائه شده است كه داراي بار محاسباتي به نسبت كم و دقت و سرعت نسبتا بالا بوده و همچنين جهت كاربردهاي زمان حقيقي در تشخيص ناپايداري گذرا مناسب مي¬باشد. درواقع، با استفاده از مفهوم سطح مرزي انرژي پتانسيل به همراه انرژي جنبشي يك رويكرد نواورانه جهت تشخيص ناپايداري گذرا ارائه شده است. ايده اصلي روش در اين رويكرد، تشخيص ناپايداري گذرا بدون محاسبه مستقيم نقطه تعادل ناپايدار يا مقدار انرژي بحراني است، علي¬رغم اينكه از مفاهيم انرژي پتانسيل استفاده شده است.

1400/11/11

Evaluation of Large-Disturbance Rotor Angle Instability in The Modern Power Systems, with High Penetration of Wind Power Generation

12/6/2022 12:00:00 AM

Ensuring the safe and stable operation of a large power system, which is exposed to various stresses, is one of the most important challenges that power engineers face today. Accordingly, detecting stability in power grids as soon as possible in emergencies and the occurrence of various disturbances is vital to prevent collapse and blackouts and can be preventive and corrective measures. Provide the need and effectiveness for the safe and efficient operation of power systems. In this regard, many studies have been conducted on the transient stability of conventional power plants and under different conditions with the presence of synchronous generators have been evaluated and analyzed. In addition, the increasing growth and development of renewable energy sources, especially the increasing penetration of doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms in power systems, has created new challenges in modern power systems. Therefore, it is very important to study the behavior of wind turbines in a power system and their interaction with other production equipment and loads. Accordingly, in power systems where a significant amount of the total network production capacity is provided by wind power, wind farms should be properly presented in the transient stability analysis of the network and their effect cannot be ignored. As a result, however, the importance and complexity of power system transient stability analysis is doubled. Accordingly, and due to the extraordinary importance of the subject, the analysis of the transient stability of the network with increasing infiltration of wind farms based on DFIG is considered as the main goal of this dissertation and is focused on it. First, it is simplified how the machine and the grid are connected. Then the grid-connected DFIG equivalent circuit is developed and the differential-algebraic equation model with the network equations in the current-balance form are extracted. Therefore, transient stability assessment (TSA) is performed using time-domain simulation, and the impact of such factors as the reactive power compensation by DFIG and the power system strength on transient stability is analyzed by increasing the wind power penetration. Given that the analysis of the impact of the presence of wind power on transient stability in single machine infinite bus (SMIB) systems has been considered by other researchers, a new SMIB system is used in this paper for TSA. Also, for further analysis, studies and transient stability analysis with increasing wind power penetration on 9-bus WSCC and 39-bus New England systems have been performed. Finally, a new approach for real-time transient instability detection (TID) is presented. The purpose of presenting this approach is to have the lowest computational load and the highest accuracy and speed and to be suitable for real-time applications. The main idea is TID without directly calculating the unstable equilibrium point (UEP). In fact, transient instability is detected only by identifying the characteristics of the UEP and the kinetic energy function along with the potential energy boundary surface function.

تشخيص ناپايداري گذرا , مزرعه بادي

Transient Instability Detection , Wind Farm