شکایت از کیفیت برق: تجزیه و تحلیل داده های اندازه گیری شده در نقطه شکایات تا کیفیت قدرت

خلاصه: برق یکی از مهم ترین انرژی هایی است که هم در خانه و هم در صنعت استفاده می شود. برای استفاده خوب و بدون درز برق کیفیت آن مهم است. بدتر شدن کیفیت برق به طور فزاینده ای به یک مشکل مهم برای صنعت و شرکت های خدماتی تبدیل می شود. کیفیت پایین برق به شرکت های توزیع باید با شکایت از کیفیت برق نیز مقابله کند. افزایش قابل توجه در تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی باد، نیاز به کشف روش های جدید سیستم های انرژی و اثرات بالقوه آنها بر کیفیت انرژی الکتریکی را به دنبال دارد. باید قابلیت اطمینان و پاسخگویی به تغییرات در شبکه شناخته شود. کیفیت برق و رعایت پارامترهای ارائه شده استاندارد ČSN EN 50160th الکتریسیته تجدیدپذیر باید برای طراحی، اتصال و راه اندازی سیستم قدرت در محل،

کلیدواژگان: شکایات، تامین، برق بادی، کیفیت برق، سیستم توزیع.

معرفی

تولید برق با استفاده از باد امری مدرن نیست، اما برعکس است. این روش به دست آوردن و تبدیل انرژی به اعماق تاریخ بشریت می رود. اما با توجه به پیشرفت و برقی شدن تدریجی توربین های بادی به وسیله ای برای تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی تبدیل شده اند. توسعه بیشتر افزایش عمده در مصرف برق در ایجاد قوانین، مقررات و استانداردهای حاکم، از جمله، ویژگی های کیفی برق رخ داد. امروزه، تولیدکنندگان برق از استاندارد EN 50160 پیروی می کنند که بر اساس آن، بسته به عملکرد نیروگاه های بادی، داده های اندازه گیری شده از توربین Vestas V90 – ۲٫۰ MW را تجزیه و تحلیل می کنم. در تاریخ ۱۶ ۳ ۲۰۱۳ شکایت شرکت های توزیع از کیفیت برق به دلیل عدم تعادل ولتاژ ادعایی در محل نیروگاه گزارش شد. این تجزیه و تحلیل باید برای روشن کردن احتمال چنین شکایتی از تأثیر مزارع بادی و همچنین روشن کردن مسائل تأثیر نیروی باد به شبکه و پارامترهای برق انتخاب شده باشد. توربین بادی تجزیه و تحلیل شده شامل سیم پیچ های روتور ژنراتور ناهمزمان چهار قطبی است که حلقه ها را بیرون آورده اند.

علل شکایت از کیفیت برق

علت شکایات برق توسط مصرف کنندگان برق ممکن است چندین باشد. از جمله دلایلی که ممکن است منجر به شکایت از کیفیت برق شود، هارمونیک ها عبارتند از ایجاد شبکه، نوسانات ولتاژ، عدم تعادل ولتاژ و قطع برق به مشتریان.

همه این علل که منجر به بروز شکایات در مورد کیفیت برق می شود، می تواند منجر به خسارات زیادی هم برای مشتری برق و هم به عنوان تامین کننده برق شود.

تمام شکایات ناشی از کیفیت برق باید تایید شود تامین کننده انرژی، که تعیین خواهد کرد که آیا دلیل قانونی برای شکایت در مورد کیفیت برق وجود دارد یا خیر. مشروعیت ادعای تامین کننده برق با کیفیت برق، مشتری را از برق آگاه می کند و در صورت موجه بودن ادعا باید اقدام اصلاحی انجام دهد. تمام پارامترهای کیفیت توان، که در بازیابی کیفیت توان مقایسه شده‌اند، در ^{استاندارد} EN 50160 آورده شده‌اند . [۴]

تعداد شکایات از کیفیت برق در نیمه اول سال ۲۰۱۳

تعداد شکایات در مورد کیفیت برق در هر سال متفاوت است. در نیمه اول سال ۲۰۱۳ در مجموع ۲۳۳ شکایت در مورد کیفیت برق وجود داشت. همه این شکایات به توزیع برق رسیدگی شد.

جدول ۱٫ تعداد شکایات در شمال موراویا در نیمه اول سال ۲۰۱۳

ماه	ژانویه	فوریه	مارس	آوریل	می	ژوئن
عدد	۷۶	۴۳	۳۹	۳۴	۲۲	۱۹

جدول ۱ تعداد شکایات مربوط به کیفیت برق در نیمه اول سال ۲۰۱۳ را نشان می دهد. جدول کاهش تعداد شکایات را نشان می دهد. برای اندازه گیری و ارزیابی زیر، از شکایات گزارش شده در مورد کیفیت توان الکتریکی استفاده شد که در اسفند ۱۳۹۲ ثبت شد.

نمودار ۱ کاهش تعداد شکایات مربوط به کیفیت برق را در نیمه اول سال ۲۰۱۳ نشان می دهد. بیشترین تعداد شکایات مربوط به ماه ژانویه بوده است که در مجموع ۷۶ شکایت ثبت شده است. در ماه مارس فقط ۳۹ شکایت در مورد کیفیت برق وجود داشت که نصف این تعداد است. در ماه ژوئن تنها ۱۹ شکایت در مورد کیفیت انرژی الکتریکی وجود داشت.

یکی از شکایات ثبت شده در مورد کیفیت برق، شکایاتی بود که در محل توربین های بادی Vestas v90 – ۲ MW رخ داد. پس از گزارش این شکایات، آنالایزرهای قابل حمل BK-Elcom در پست توربین های بادی قرار داده شد. پارامترهای کیفیت توان اندازه‌گیری‌شده ثبت شد و برای ارزیابی اینکه آیا یک توربین بادی معین می‌تواند تأثیر بگذارد یا می‌تواند علت این شکایات در مورد کیفیت توان باشد، استفاده شد.

مشخصات توربین Vestas v90 – ۲ MW

مکانیسم شیب قدرت به سمت باد، باد مسیریابی فعال و قطر روتور سه لنگه ۹۰ متر OptiSpeed ^​​TM از این فناوری استفاده می کند که به دستگاه اجازه می دهد با سرعت مطلوب کار کند و عملکرد آن را بهینه کند. همه گیاهان از این نوع نیز مجهز به OptiTip® هستند که سیستمی است که برای بهینه سازی زاویه عجله توسعه یافته است. OptiTip ® همیشه تیغه ها را روی زاویه ای تنظیم می کند که شرایط باد خاص ایده آل است. این به افزایش تولید برق و به حداقل رساندن انتشار صدا کمک می کند.

شفت اصلی انتقال انرژی را از طریق ژنراتور منتقل می کند. گیربکس ترکیبی از گیربکس چرخ دنده سیاره ای با دندانه های مارپیچ جلویی است. از آنجایی که انتقال انرژی، از طریق کانکتور کامپوزیت روی ژنراتور منتقل می شود. تاسیسات ژنراتور به عنوان یک سیم پیچ روتور ژنراتور ناهمزمان چهار قطبی حلقه ها را بیرون آورده است. ترانسفورماتور افزایش ولتاژ متوسط ​​در یک اتاق مخصوص در انتهای موتورخانه قرار می گیرد. این سازه ای با استفاده از رزین خشک است که به طور خاص برای استفاده در توربین های بادی ساخته شده است. سیستم های OptiTip® و OptiSpeed ^​​TM عملکرد را برای هر یک از سرعت باد، مستقل از دما و چگالی هوا بهینه می کنند. در سرعت باد بالا، تضمین می کند که تولید انرژی از توان نامی تجاوز نمی کند.

توربین بادی مجهز به سیستم ترمز است که در صورت لزوم، چرخش را متوقف می کند. این سیستم تیغه های روتور را تنظیم می کند و در حالی که ترمز دستی هیدرولیک فعال می شود. ترمز دستی روی شفت با سرعت بالا قرار دارد. تمام عملکردهای قدرت کنترل و تنظیم واحد کنترل ریزپردازنده.

سیستم کنترل مجهز به سنسورهایی است که ایمنی و عملکرد بهینه را تضمین می کند. مکانیزم محرک برای ساخت تیغه ها توسط سه سیلندر هیدرولیک است – یکی برای هر تیغه روتور یک. واحد هیدرولیک در موتورخانه مکانیزم کج کردن فشار هیدرولیک و سیستم ترمز را تامین می کند. هر دو سیستم مجهز به انباشته های هیدرولیکی هستند که قطعی شبکه را تنظیم شده و ایمن می کنند. چهار مکانیسم چرخشی الکتریکی چرخش موتورخانه در بالای برج را تضمین می کند. روکش موتور ساخته شده از فایبرگلاس تمامی اجزا را در برابر باران، برف، گرد و غبار، آفتاب و … محافظت می کند و دسترسی به موتورخانه برج امکان سوراخ مرکزی را فراهم می کند. موتور نصب شده است سیستم جرثقیل سرویس با ظرفیت ۸۰۰ کیلوگرم. جرثقیل را می توان برای حمل تا ۹۵۰۰ کیلوگرم افزایش داد.

خوانش باد رایانه ای ارزیابی می شود که به طور خودکار عملکرد VE را کنترل و نظارت می کند و گزارش از راه دور و محلی شرایط عملکرد و خطا را ارسال می کند. برق بادی لایف به مدت ۲۰ سال طراحی و ساخته شده است. [۳]

شرح اندازه گیری کیفیت قدرت

در ماه های مارس و آوریل، سه نقطه اندازه گیری آنالایزر قابل حمل BK-Elcom نصب شد. اندازه گیری ها به طور همزمان در محل اتصال توربین بادی به شبکه توزیع و همچنین در ترانسفورماتور پست توزیع و ولتاژ بالا انجام شد. این به ما اجازه می دهد تا تعیین کنیم که آیا عملکرد توربین های بادی بر سیستم اطراف تأثیر می گذارد یا خیر. با توجه به اندازه گیری وقفه، شرایط آب و هوایی و غیره، دوره انتخاب شد که از آن تمام داده های موجود از تمام نقاط اندازه گیری انتخاب شد. این دوره از ۲۰٫۳ است. تا ۳ آوریل ۲۰۱۳٫ شکل موج، سوسو زدن بلند مدت و کوتاه مدت و اعوجاج هارمونیک مورد ارزیابی قرار گرفت و این موارد با مقادیر مجاز در EN 50160 مقایسه شد.

برای تعیین اثرات نیروی باد متصل به عقب، اندازه گیری عملکرد شبکه توزیع پرتو توازن، که توربین بادی کنترل شده متصل است، محقق شد. نمودار سیم کشی ساده شده برق باد در شکل ۲ نشان داده شده است.

نقطه اندازه گیری ۱ در خروجی شبکه توزیع پرتو مرجع در پست ۱۱۰/۲۲ کیلوولت بود. نقطه اندازه گیری شماره ۲ در ترانسفورماتور توزیع (DTS) بین برق باد و MV و نقطه اندازه گیری شماره ۳ در اتصال نیروگاه های بادی به شبکه توزیع قرار گرفت.

پارامترهای انتخابی انرژی الکتریکی در کیفیت قدرت

همانطور که در بالا ذکر شد، می توان انتظار داشت که بهره برداری از نیروگاه های بادی بر پارامترهای سیستم توزیع تأثیر بگذارد. تعامل بین سیستم توزیع و توربین بادی تحلیل شده در نقطه کوپلینگ مشترک تعریف شده است.

DSO یک اولویت برای اطمینان از تامین پایدار برق در صورت امکان با پارامترهای سیستم ثابت است. از نظر کیفیت انرژی عرضه شده باید نظارت شود، به ویژه:

۱٫ تغییرات ولتاژ.
۲٫ فلیکر (سوسو زدن) – نوسانات ولتاژ.
۳٫ اعوجاج هارمونیک

Ad1) تغییرات ولتاژ

از نمودارهای قبلی ۱ و ۲ واضح است که شکل موج ولتاژ با ولتاژ پایین و سطح ولتاژ بالا یکسان است. در عین حال می‌توان متوجه شد که در تمام نقاط اندازه‌گیری ولتاژ پایدار است و در زمانی که نیروگاه بادی با ظرفیت کامل ۲ مگاوات کار می‌کند، تغییری در زمان یا عدم تحویل وجود ندارد.

به طور کلی، دوره عملیات در رشد و ولتاژ و ولتاژ به دنبال تغییر در توان خروجی است.

بنابراین می‌توان ادعا کرد که نیروی باد از نظر ولتاژ دارای اثر ماسبق منفی است.

Ad2) فلیکر – نوسانات ولتاژ

فلیکر به عنوان تغییر قابل درک چشم انسان در شار منابع نور در نتیجه افت های دوره ای در فرکانس های ساب هارمونیک تعریف می شود. این تغییرات ولتاژ عموماً ناشی از تغییر بار مشتری یا تغییر در ظرفیت تولید است.

اگر امکان تئوریک سوسو زدن را که با عملکرد نیروی باد همراه است تجزیه و تحلیل کنیم، می‌توان دو علت اصلی منشأ آن را شناسایی کرد: اثر تندبادهای باد و اثر لوله نیروی باد.

اثر تندبادهای باد در تغییرات کوتاه مدت سرعت باد از مقدار میانگین آن، اینرسی ذاتی قسمت‌های دوار توربین بادی را از بین می‌برد، به دلیل تندبادهای قوی‌تر، کنترل توربین قدرت را کم و بیش حذف می‌کند. اثر لوله برق باد (دکل) بسیار بدتر را سرکوب می کند. لوله برای جریان مانع باد که او را کند می کند. به عنوان پارامتری که سوسو زدن را تعیین می کند، مستقیماً به افت ولتاژ ناشی از سوسو زدن اعمال نمی شود، بلکه متغیری به نام موضوع سوسو زدن یا شدت سوسو زدن نامیده می شود. بین انتشار فلیکر کوتاه مدت (کوتاه مدت) P _st ، اندازه گیری یا محاسبه شده در فواصل ده دقیقه ای فلیکر انتشار بلند مدت (بلند مدت) Plt _، فاصله دو ساعت را تعیین می کند.

به طور کلی، هرچه تعداد برگ های توربین بادی بیشتر باشد، انتشار سوسو کمتری دارد. سیستم‌های دارای مبدل فرکانس در اکثر موارد نسبت به سیستم‌هایی که ژنراتور ناهمزمان مستقیماً متصل هستند، انتشار کمتری دارند.

قوانین عملکرد سیستم توزیع حداکثر مقدار مجاز نرخ بلند مدت شدت سوسو زدن P _lt را تعیین می کند و بنابراین نباید از ۰٫۴۶ تجاوز کند. [۱]، [۲]

اینرسی روتور آنقدر زیاد است که مقدار P _st عملاً ناچیز است و تغییر کوتاه مدت در سرعت یا جهت باد بر نوسانات ولتاژ در شبکه توزیع در اطراف برق باد تأثیری نمی گذارد.

قوانین عملکرد شبکه های توزیع حکم می کند که شدت سوسو زدن طولانی مدت نباید از ۰٫۴۶ تجاوز کند که در کل دوره اندازه گیری انجام شد. فقط در آوریل اول مقدار Plt را به ۰٫۴ و تنها در دو مرحله در مدت زمان ۲ ساعت افزایش داد _که در ساعات اوج برق باد بود. MV یک دوره با کمترین مقدار Plt _بود .

Ad3) اعوجاج هارمونیک کل

اعوجاج هارمونیک کامل، یا اگر THD _U در شکل ۵ نشان داده شده است. شکل موج مشخصی دارد که در تولید نیروی باد اهمیت زیادی ندارد، بلکه منبع تغذیه سوئیچینگ، مانند دستگاه های تلویزیونی است. در این نمودار می‌توانیم در فواصل زمانی منظمی را مشاهده کنیم. این افزایش ها در بعد از ظهر تا عصر، زمانی که سوئیچ در این لوازم مشخصه است. امروزه تولید کنندگان مقدار ضریب هارمونیک کل را بیش از ۵٪ نشان نمی دهند. باید برای جلوگیری از تأثیر نامطلوب دیگر دستگاه های متصل به شبکه کافی باشد. اندازه THD _U در این مورد از ۲٪ تجاوز نمی کند.

بیشتر بخوانید:

• پایش کیفیت برق قسمت ۱: اهمیت اندازه‌گیری کیفیت توان مطابق با استانداردها
• درک کیفیت توان و اهمیت آن: اطمینان از تامین برق کارآمد و قابل اطمینان
• چرا کیفیت برق مهم است؟ اهمیت کیفیت توان الکتریکی (کیفیت برق) در چیست؟ راههای افزایش کیفیت توان کدامند؟
• بهبود کیفیت برق در صنعت پتروشیمی
• استاندارد کیفیت برق – IEEE 519-2022
• بارهای بحرانی – نحوه تامین و استفاده از واحدهای UPS
• نسل بعدی فناوری مانیتورینگ کیفیت توان – کمک به سلامت تجهیزات صنعتی
• پایش کیفیت برق قسمت ۲: ملاحظات طراحی برای کیفیت برق مطابق با استانداردها
• تجزیه و تحلیل کیفیت توان
• اهمیت کیفیت توان الکتریکی

نتیجه کیفیت قدرت و شکایت از کیفیت برق

شکایت از کیفیت برق وضعیتی است که شرکت های توزیع باید با آن برخورد کنند. در نیمه اول سال ۲۰۱۳ در شمال موراویا گزارش شده بود در مجموع ۲۳۳ شکایت از کیفیت برق. بیشترین تعداد شکایات در دی ماه، زمانی که ناگهان برق باد با اینورترهای فرکانس راه‌حل بهینه برای دستیابی به تعادل بین نیازهای شبکه‌های توزیع و اپراتورهای توربین‌های بادی است. سیستم توزیعی که توربین بادی مدرن با یک آبشار سنکرون به آن متصل است، مانند انواع قدیمی‌تر ژنراتورهای القایی قفس سنجاب قدرت، تحت تأثیر اثرات نامطلوب بیش از حد قرار نمی‌گیرد. توربین‌های بادی به ماشین‌هایی تبدیل شده‌اند که در هزینه‌های سرمایه، دوره بازگشت سرمایه، دوام، کارایی و استفاده از راه‌حل ایده‌آل بادی هستند.

اندازه توان ورودی تأثیر مستقیمی بر ولتاژ در نقطه اتصال دارد. با این حال، با توجه به این اندازه گیری، هیچ ارتباط مستقیمی بین برق و نوسانات ولتاژ در پست اصلی ۱۱۰/۲۲ کیلو ولت که پرتو مرجع در آن متصل است، وجود ندارد. مقدار حداکثر سطح مجاز شدت سوسو زدن بلند مدت ۰٫۴۶ است. در مورد ما، مقدار P _lt در هنگام میانگین گیری مقادیر ۱، ۲ و فاز سوم ۰٫۳۵ افزایش یافته است. این انحراف را می توان بیشتر به عنوان یک پس زمینه شبکه درک کرد.

هنگام تجزیه و تحلیل کل اعوجاج ولتاژ هارمونیک THD _U هیچ رابطه ای با تغییرات در توان خروجی ضریب توان باد یافت نشد و اعوجاج هارمونیک کل بین ۰٫۵ – ۲٪ بود.

با توجه به شکایات گزارش شده از کیفیت برق که میزان با اندازه گیری پارامترهای کیفی توان بر روی توان باد ثابت می کند که نیروگاه در زمان اندازه گیری بر امکان ادعا تأثیری ندارد. این نتیجه گیری یک شرکت توزیع بود که این ادعای کیفیت برق را شکایتی بی اساس دانسته است. این می تواند یک خرابی محلی احتمالی در برق مشتری باشد.

قدردانی: این کار توسط پروژه تحقیقاتی GA CR 102/09/1842 و مسابقه کمک هزینه دانشجویی SP2013/137 پشتیبانی شد.

منابع

[۱] ČEZ توزیع [آنلاین]. ۲۰۱۱ – Příloha č. ۴٫ موجود در http://www.cezdistribuce.cz/edee/content/file-other/distribuce/energeticka-legislativa/ppds/20011/ppds-2011-priloha-4_def.pdf
[۲] MIŠÁK, Stanislav, PROKOP Luká , KREJČÍ Petr, SIKORA Tadeusz: Větrné elektrárny s asynchronními generátory v sítích VN, Elektrorevue. [برخط]. ۱۱٫۱۲٫۲۰۰۸، ۴۷
[۳] Větrná energie [آنلاین]. ۲۰۱۰ در دسترس از http://www.vetrna-energie.cz/projekty/vetrneelektrarny_7/bantice_17
[۴] Rozehnal.P، Unger J.، Krejci P.، اندازه گیری پارامترهای کیفیت انتخاب شده الکتریسیته در مکان های شکایت از کیفیت توان، کنفرانس EPE2013، ISBN 978-80-248-2988-3، Kouty nad Desnou 2013،

---