برق-قدرت
اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیم
برق-قدرت
اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیمدرباره من
از کتاب خواندن خیلی لذت می برم و از فیلم دیدن... همین و بس
ادامه...
میکرو توربین یک تکنولوژی به بلوغ رسیده،قسمت دوم
میکروتوربینها نیاز اتصال به شبکه های مختلف را پوشش می دهد
بعضی از مناطق جهان اتصال شبکه به ژنراتورهای سنکرون سنتی را به خاطر تزریق خطای جریان آنها در شکبه های توزیع محدود کرده اند. بیشتر میکروتوربینها از قطعات الکترونیک قدرت به همراه کنترل کننده های دیجیتال بهره می گیرند. این روش به آنها اجازه می دهد تا شبکه هایی که توسط رله های حفاظتی پوشش داده شده اند ،از جمله آنها که محدودیت جریان در شرایط خطای آنها وجود دارد، با میکروتوربینها یکپارچه شوند.
بیشتر میکروتوربینها از قطعات الکترونیک قدرت برای تبدیل خروجی با فرکانس بالای خود به فرکانس 50 یا 60 هرتز و ولتاژ 400 تا 489 ولت 3 فاز متناوب،مناسب برای مصرف کننده ها، استفاده می کنند. ولتاژ متناوب فرکانس بالای توربوژنراتورها در ابتدا وارد یک اینورتر می شود و به ولتاژ مستقیم تبدیل می شود. یک اینورتر دوم از ولتاژ این باس جریان مستقیم داخلی استفاده می کند و ولتاژ متناوبی با فرکانس مناسب ایجاد می کند. این خروجی برای رعایت استاندارد IEEE 519 درباره ی هارمونیکها فیلتر می شود.
یکی از مزایای این گونه میکروتوربینها در این است که خروجی اینورتر حفاظت شده است و بنابراین نیاز چندانی به تجهیزات اضافی حفاظتی برای اتصال به شبکه های محلی نمی باشد.
میکروتوربینها یکپارچه سازی سیستمها را امکان پذیر می کنند
واحدهای متفاوت می توانند به یک میکروشبکه وصل شوند که مزایای زیادی را برای صاحبان آنها به همراه دارد. یک کنترل کننده ی قدرت شبکه می تواند ژنراتورهای مختلف را برای سنکرون کردن خروجی آنها مدیریت کند، توان خروجی آنها را بری رسیدن به بهترین بازده تنظیم کند و یک ژنراتور را آماده بکار نگه دارد تا شبکه بتواند در برابر تغییرات بار ناگهانی واکنش نشان دهد. نتیجه، یک پکیج منفرد "مجازی" است که می تواند مانند یک سیستم یکپارچه با فرکانس واحد و مشخصه های کنترل شده عمل کند.
یکی از مزایای چنین سیستم یکپارچه ای در این است که ماجولهای قدرت می توانند روشن یا خاموش شوند تا بازده بارگذاری پله ای بر روی شبکه بهینه شود. این مشخصه می تواند هنگامی که انتظار می رود بارهای شبکه در طی کارکرد متغیر باشند یا در جایی که شرایط اولیه ی نصب بر اساس رشد بار در آینده لحاظ شده باشد ارزشمند باشد. این گونه شبکه ها همچنین می توانند برای مدیریت اوج بار نیز سودمندباشند. در تصویر4 بازده بارپله ای 5 دستگاه میکروتوربین 200 کیلووات موازی با هم در مقایسه با یک توربین بزرگ به نمایش درآمده است. منطقه ی بین دو منحنی نشانگر سوخت صرفه جویی شده می باشد.
تصویر4- نمودار بازده-توان یک میکروتوربین 200 کیلووات در مقایسه با یک توربین معمولی بزرگ. ناحیه ی بین دو منحنی میزان انرژی صرفه جویی شده را نشان می دهد
همچنین توانایی سنکرون کردن خودکار توان خروجی با یک شبکه یا بین چند میکروتوربین می تواند در کنترل کننده های میکروتوربینها نیز یکپارچه شود. این مشخصه هماهنگی بین نیروگاه ها مختلف را ساده تر می کند و اجازه می دهد تا توان چند دستگاه میکروتوربین در یک پیکیج یکپارچه شود.
میکروتوربینها یک منبع توان مطمئن را فراهم می کنند
میکروتوربینها می توانند به صورت دائم برای مدتی طولانی و با کمترین قطعی برای تعمیرات کاربکنند. آنها همچنین کاملا قابل اعتمادند و مناسب برای مشتریانی که نیاز به یک منبع همیشه در دسترس و مطمئن توان دارند. کپستون در رسیدن به این خصوصیات پیشتاز است و همراه با توانایی که در زمینه الکترونیک قدرت و ساخت یو.پی.اس دارد سیستم تولید انرژی خود را "یو.پی.اس دورگه" نامیده است.
این سیستم شامل دو اینورتر جداگانه است که ال.سی.ام-1 و ال.سی.ام-2 نام دارد. ال.سی.ام-2 به عنوان یک اینورتر اتصا به شبکه عمل می کند و شامل رله های حفاظتی یکپارچه است که برای اتصال میکروتوربین به شبکه مورد نیازهستند. همچنین ال.سی.ام-1 یک اینورتر دو طرفه است که به اجازه می دهد توان از شبکه کشیده شده یا به شبکه تزریق شود. ال.سی.ام-2 یک اینورتور مستقل است، بدین معنی که علی رغم اینکه ولتاژ باس شبکه چه باشد ولتاژ لازم برای بارهای حیاتی را تهیه می کند. در داخل یو.پی.اس دورگه یک باس جریان مستقیم وجود دارد که ال.سی.ام-1 و ال.سی.ام-2 را به هم وصل می کند و اجازه می دهد که توان از میکروتوربین و باتریهای خارجی سیستم ذخیره وارد شود.
در وضعیت یو.پی.اس توان از شبکه کشیده شده و توسط ال.سی.ام-1 به باس دی.سی تزریق شده و از طریق ال.سی.ام-2 به بارهای حیاتی تحویل داده می شود. این روش همانی است که در یک یو.پی.اس سنتی دو طرفه اعمال می شود. به هرحال، یو.پی.اس دورگه وضعیت بهره برداری اضافه ای نیز دارد که به نام "وضعیت بازده بالا" معروف است. در این وضعیت بهره برداری میکروتوربین روشن بوده و توان باس AC را از طریق ال.سی.ام-2 تأمین می کند. نوعا، این میکروتوربین قسمتی از یک سیستم CHP یا CCHP نیز می باشد که توانی با بازده بالا ایجاد می کند که می تواند نیازهای مصرف کننده به انرژی حرارتی را کاهش دهد. این سیستمها به بالاترین بازده می رسند و بنابراین هنگامی که نیازهای حرارتی یک سیستم CHP یا CCHP را تأمین می کنند، بهترین جبران کننده ی اقتصادی هستند.
طرح یو.پی.اس دو رگه تأمین بارهای حرارتی را اجازه می دهد و نیاز ندارد که میکروتوربین همان حجم توان مورد نیاز بارهای حیاتی شبکه را تولید کند. این امر بدین خاطر است که ال.سی.ام-1 به توان اجازه می دهد که از قسمتهای غیرحیاتی شبکه ی توزیع برداشته بشود و یا توان را به گونه ای که برای تأمین نیازمندی های بارهای حیاتی لازم است به سمت خود بکشد.
سومین وضعیت بهره برداری"وضعیت اضطراری" است که در آن میکروتوربین یا باتری های ذخیره ی خارجی می توانند بارهای حیاتی را در زمانی که شبکه از دست می رود تأمین کنند. تغییر وضعیت بین تمامی وضعیت های ذکر شده بدون وقفه است، بنابراین بارهای حیاتی نوسانی در ولتاژ ،که به مراکز حساس ذخیره ی اطلاعات یا تجهیزات مخابراتی آسیب می زنند، نخواهند داشت.
کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده ؛قسمت سوم
مشکل سوم: بحث ناکافی درباره گزینه های حفاظت اتصال به شبکه
سطوح عملکرد حفاظت اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری بسیار گسترده بود و به عوامل زیادی چون توان ژنراتورها، محل اتصال شبکه به نیروگاه محلی (پخش یا زیر توزیع)، نوع ژنراتور( القایی، سنکرون، آسنکرون) و پیکربندی ترانسفورماتور اتصال به شبکه بستگی دارد. نیازمندی های حفاظتی می توانند با رسیدن به اهداف ویژه یک سیستم حفاظتی تعریف شوند. غیر از یک بحث ساده درباره روشهای کشف غیر موازی شدن ژنراتورها با شبکه، استانداردها درباره موارد حفاظتی مانند پخش بار غیرعادی، شرایط سیستم آسیب دیده، وصل مجدد به شبکه چیزی نمی گویند.
ساده ترین و معمول ترین راه برای کشف غیرموازی شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی با شبکه سراسری استفاده از یک رله فرکانس بالا/پایین (81 O/U) و یک رله ولتاژ بالا/پایین (27/59) است. هنگامی که نیروگاه محلی با شبکه غیرموازی می شود، به خاطر خطاها یا دیگر شرایط غیرعادی، اگر تفاوت زیادی بین بار و خروجی ژنراتورها باشد فرکانس و ولتاژ بلافاصله از محدوده مجاز خارج می شوند.
اگر بار و توان خروجی ژنراتور در هنگام جداشدن نزدیک به هم باشند ولتاژ و فرکانس ممکن است که در محدوده نرمال باقی بمانند و رله های فرکانس و ولتاژ عمل نکنند. اگر امکان این اتفاق وجود داشته باشد لازم است که از تریپ انتقالی و ارتباطات واسط قابل اطمینان استفاده شود.
هنگامی که غیر موازی شدن ژنراتورها با شبکه کشف شد باید بلافاصله ژنراتورهای محلی از شبکه جدا شوند و اجازه دهند که فیدرهای شبکه در ایستگاه به صورت خودکار وصل شوند. وصل مجدد با سرعت بالا در شبکه می تواند 15 تا 20 سیکل پس از تریپ دادن فیدرهای ایستگاه صورت پذیرد. شبکه باید صاحب نیروگاه محلی را از نیاز به سرعت قطع بالا آگاه گرداند. اگر زمان تریپ فرکانس پایین به طول انجامید ممکن است که لازم باشد یک رله ناظر بر ولتاژ و وصل مجدد با چک کردن سنکرونیسم به ایستگاه اضافه شود. تصویر 3 چنین ترتیباتی را نشان می دهد که به فیدر ایستگاه اجازه وصل مجدد قبل از جدا شدن ژنراتورهای محلی را نمی دهد. تصویر 4 یک شمای ساده از رله های فرکانس بالا/پایین و ولتاژ بالا/پایین نوعی را نیروگاه های محلی کوچک نشان می دهد. عملکردهای ساده حفاظتی می توانند به وسیله یک رله دیجیتال چندکاره اجراشوند.
تصویر 3- اضافه کردن رله نظارت ولتاژ و وصل کننده مجدد با چک کردن سنکرونیزم به ایستگاه.
تصویر 4- یک راه حل ساده حفاظتی با استفاده از یک رله چند کاره.
استفاده از رله فرکانس پایین ،همراه با نیاز به جداشدن نیروگاه محلی از شبکه قبل از اینکه فیدر شبکه مجددا وصل شود، مانع از این می شود که بیشتر نیروگاه های محلی در طی اختلالهای بزرگ در شبکه به کمک شبکه بیایند. هنگامی که به دلیل یک اختلال عمده فرکانس شبکه پایین می آید این ژنراتورها تریپ خواهند شد. این امر ممکن است به دلیل ستینگ پایین فرکانس برای همراهی با نیازهای مصرف کننده های داخلی باشد اما زمان مورد نیاز برای تریپ معمولا از زمان وصل مجددخودکار تجاوز نمی کند. اگر همانطور که بعضی پیش بینی کرده اند بار تغذیه شده توسط نیروگاه های محلی بیش از افزایش مصرف 10 سال آینده باشد نیاز به ژنراتورهای محلی برای پشتیبانی از شبکه اصلی بیشتر حیاتی خواهدشد.
یک راه برای تخفیف دادن این مشکل استفاده از حفاظت نرخ تغییرات فرکانس (81R relay) است. این روش به صورت گسترده ای درخارج از آمریکا ( به جای یا به همراه رله فرکانس پایین(81 relay) ) برای کشف غیرسنکرون شدن نیروگاه محلی مورد استفاده قرارمی گیرد. این روش مزیت تریپ دادن سریعتر را برای بارهای سنگین نیروگاه محلی دربردارد در حالیکه اجازه می دهد تا زمانی که فرکانس به آرامی در شبکه افت می کند نیروگاه محلی به شبکه متصل باقی بماند.
قانون 21 کالیفرنیا استفاده از رله جهت دار توان (32 relay)را به منظور کشف غیرموازی شدن نیروگاه محلی با شبکه اجباری می داند. این تمهید تنها برای نیروگاه های محلی درنظر گرفته شده است که برای مصرف بار پیک شبکه یا پخش بار در نظر گرفته شده اند و توان را به شبکه بازنمی گردانند. این رله درجایی نصب می شود که حداقل توان بار محلی 50 درصد یا کمتر از ظرفیت ژنراتورهای محلی باشد. نوعا، در نیروگاه محلی یک رله 32 نصب می شود تا هنگامی که پخش بار به سوی باس ژنراتور به زیر 5 درصد ظرفیت ژنراتور برسد عمل کند. تصویر 5 چنین ترکیبی را نمایش می دهد. استاندارد 1547 این گزینه را برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی با شبکه سراسری مورد بحث قرار نمی دهد.
تصویر 5- قوانین ساحل غربی استفاده از رله توان جهت دار برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی از شبکه سراسری را اجباری می داند.
منبع:
چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک
مترجم رضاکیانی موحد