حساب تيار الدائرة الكهربائية القصيرة لمزرعة الرياح

أهمية حساب تيار الدائرة الكهربائية القصيرة لمزرعة الرياح

دخل توليد طاقة الرياح باعتباره الخيار الأول لتطوير الطاقة المتجددة، مرحلة من التطبيقات واسعة النطاق في العالم، وذلك مع زيادة قدرة توليد طاقة الرياح المتصلة بالشبكة الكهربائية، لذلك؛ فإن تهديد التشغيل الآمن والمستقر للشبكة قد اكتسب اهتماماً خاصاً، ونظراً لخصائص عدد كبير من توربينات الرياح وتوزيعات مواقعها الواسعة في مزرعة الرياح.

لذلك عندما يحدث عطل ماس كهربائي في مزرعة الرياح؛ فإن تيارات ماس ​​كهربائي ( SCCs) التي تساهم بها كل وحدة ليست هي نفسها ويصعب حسابها، وفي الوقت نفسه؛ فإنه يجلب مشاكل لبحوث حماية السلامة في مزرعة الرياح، مثل تكوين حماية الترحيل وضبط المعطيات، لذلك من الأهمية بمكان دراسة طريقة حساب (SCC) لمزرعة الرياح لتصميم السلامة الكهربائية.

وفي الوقت الحاضر، تم استخدام المولد الحثي ذو التغذية المزدوجة (DFIG) على نطاق واسع في مزرعة الرياح بسبب تكلفته المنخفضة نسبياً وأدائه الأفضل، وذلك بالنسبة لـ (SCC) لـ (DFIG)، تم الإبلاغ عن النموذج العابر للمولد الفردي تحت خطأ ماس كهربائي وطريقة حساب (SCC) لـ (DFIG) الفردي، حيث أظهرت بعض الدراسات السابقة أن انخفاض الجهد الطرفي بعد الخطأ (PFTV) هو عامل مهم يؤثر على (SCC) للوحدة.

وفي حين أن بعض الدراسات حول مزرعة الرياح مع الأخذ في الاعتبار تأثير (PFTV)، يقدم طرق حساب (SCC) لمزرعة الرياح القائمة على (DFIG)، والتي تعادل آلة واحدة للاتصال بالشبكة، بحيث تمت دراسة تأثير عامل انخفاض (PFTV) على (SCC) لـ (DFIG)، كما وتم الإبلاغ عن طريقة حساب (SCC) باستخدام العامل.

وبناءً على تحليل العوامل المؤثرة على سعة التيار وطوره؛ يتم استنتاج تعبير تيار خطأ التيار المتردد وذلك وبالمقارنة مع معيار (IEC60909)، بحيث تمت دراسة طريقة عملية محسّنة لحساب (SCC) في، كما تم تطوير نموذج موحد للتحكم في الطاقة بين الطور وتم اقتراح مخطط تحكم للتحكم في تدفق الطاقة والحد من مساهمة الدائرة القصيرة لمزرعة الرياح.

وبالنظر إلى الغرض من تلبية متطلبات توفير مزرعة الرياح طاقة تفاعلية للنظام، تم إنشاء نموذج حساب (SCC) وصيغة (DFIG) وذلك مع استراتيجية (LVRT) مع الإثارة المستمرة، كما تمت دراسة العلاقة المتبادلة بين مزارع الرياح وأعطال الدائرة القصيرة، بحيث قدمت الدراسات التي تم الإبلاغ عنها العديد من المساهمات في البحث عن خصائص (SCC) لمزارع الرياح.

ومع ذلك؛ فإن البحث الذي تم فرضه على خصائص (SCC) لكل وحدة في مزرعة رياح عند حدوث عطل في دائرة الطلقة في مزرعة الرياح، بحيث لا يزال ضرورياً للدراسة، وعلاوة على ذلك؛ فإنه ومع الأخذ في الاعتبار أن الحصول على المعطيات الكهربائية اللازمة لتقدير (SCC) عادة ما يكون صعباً للحساب الهندسي.

نموذج الحساب العملي الخاص بـ SCC و DFIG

نموذج كهرومغناطيسي عابر لـ (DFIG)

يوضح الشكل التالي (1) نظاماً بسيطاً لتوربينات الرياح ذات التغذية المزدوجة.

تعتبر العملية العابرة التي تمت دراستها في هذا البحث هي لحظة حدوث خطأ دارة قصيرة متماثل ثلاثي الأطوار في مزرعة الرياح، كما يعتبر أن نظام (DFIG) بأكمله في المرحلة التي لم يبدأ فيها نظام التحكم أو لم يبدأ ولكنه لم يصل إلى حالة الاستقرار.

في هذا الوقت؛ فإنه يُفترض أن سرعة الرياح وسرعة المولد هي نفسها الخطأ المسبق، كما أنه يتم التعبير عن القياسات الكهربائية للجزء الثابت والدوار المتعلقة بـ (DFIG) وفقاً للممارسات الدولية، كما ويتم تجاهل التشبع المغناطيسي، بحيث تُعطى معادلات (EMT) لـ (DFIG) في موقع مرجعي متزامن بواسطة العلاقات الرياضية التالية:

حيث أن:

(u ، i ، R ، L ): هي الجهد والتيار، المقاومة، الحث والتدفق على التوالي.

(s و r): يمثل هذان الحرفان لف الجزء الثابت ولف الجزء المتحرك على التوالي.

[Ls = Lsσ − Lm] و [Lr = Lrσ − Lm] و (Lsσ و Lrσ): تشير الى محاثة تسرب الجزء الثابت ومحاثة تسرب الجزء المتحرك على التوالي، كما أن (Lm) هو الحث الممغنط، (ωp) هي السرعة الزاوية للانزلاق، و هي السرعة المتزامنة.

حيث أن:

(L′s ، L′r): يمثلان الحث العابر لملف الجزء الثابت ولف الجزء المتحرك على التوالي.

[L′s = Lsσ + LrσLm / (Lrσ + Lm)] و [L′r = Lrσ + LsσLm / (Lsσ + Lm)]: يشير كل من (ks) و (kr) إلى معامل اقتران الحث للجزء الثابت والدوار على التوالي وكذلك [ks = Lm / Ls ، و kr = Lm / Lr].

لذلك افترض أن الدائرة القصيرة تحدث عند (t = t0)، وأن مقاومة المخل متصل عند(t = t + 0)، ثم يمكن إنشاء دائرة مكافئة عابرة، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2).

نموذج حساب عملي لـ (SCC) لـ (DFIG)

وفقاً لقانون الحفاظ على ارتباط التدفق المغناطيسي ومعادلة (EMT)، بحيث يمكن تقدير التعبير عن (SCC) في المرحلة (A) لـ (DFIG) في الإطار المرجعي الثابت بواسطة العلاقة التالية:

حيث أن:

(isaf): هي القيمة اللحظية للطور الثابت.

(SCC ، Usafm): هي سعة الحالة المستقرة لجهد ما بعد الخطأ للطور الثابت (Usafm).

(A ،Isam): هما اتساع الجهد الثابت للطور (A) و السعة الحالية للطور الثابت (A) أثناء الوضع العادي العملية على التوالي.

(Rcb): هي مقاومة المخل.

(τs): هو ثابت الوقت العابر للتدفق المغناطيسي الثابت.

(τs = L′s / Rs. τ′r): هو ثابت الوقت العابر للتدفق المغناطيسي الدوار، [τ′r = L′r / (Rr + Rcb)].

تحليل توزيع الجهد الطرفي وحساب SCC

يتم تقديم نموذج حساب عملي لـ (DFIG) و (SCC) في القسم السابق، وبناءً على تحليل المعادلات؛ فإن جميع المعطيات هي عبارة عن معطيات جاهزة للاستخدام مقدمة من الشركات المصنعة للمولدات، باستثناء (PFTV) و (Usaf) وذلك في معظم الدراسات السابقة، بحيث تعتبر (PFTVs) منخفضة إلى (0) أو قيمة معينة أو يتم الحصول عليها عن طريق المحاكاة والتجارب.

ومع ذلك الى (PFTVs) مباشرة بالطريقة الرياضية، بحيث يمكن تطبيقها بشكل جيد على الهندسة. أنها أيضاً إحدى مزايا طريقة الحساب هذه. لذلك، وذلك وفقاً لطوبولوجيا مزرعة الرياح ونظرية جهد العقدة، بحيث يتم تقديم طريقة لتحليل توزيع الجهد الطرفي لمزرعة الرياح في هذا الطرح.

علاوة على ذلك، تم تقديم طريقة إنشاء المصفوفة الطوبولوجية حول مزرعة الرياح في التشغيل العادي وطريقة معدلة للمصفوفة الطوبولوجية حول مزرعة الرياح بعد الخطأ على التوالي، كما تتمتع هاتان الطريقتان لبناء المصفوفة الطوبولوجية بشمولية، كما أنها قابلة للتطبيق في حالة الدائرة القصيرة متعددة العقد في مزرعة الرياح.

تأثير التشبع المغناطيسي والعوامل غير الخطية الأخرى على تيار ماس كهربائي صغير، لذلك يتم التعرف على خصائص خطأ (SCC) على أنها خطية، بحيث يتم وضع أساس تطبيق نظرية الرسم البياني لإنتاج مصفوفة التقارب، ووفقاً لنظرية الرسم البياني يتم استخدام المصفوفة المجاورة لمصفوفة طوبولوجيا مزرعة الرياح.