Name: Virtual active filters for HVDC networks using V2G technology
SKU: P152
Availability: InStock

توضیحات

Virtual active filters for HVDC networks using V2G technology

سیستم واحد یا یک باس ولتاژ ثابت

دارای 20 صفحه گزارش ورد است.

توجه:

با توجه به كامل نبودن اطلاعات مورد نياز براي شبيه سازي شبكة نمونة استفاده شده در مقالة اصلي، شبكة مشابهي با اطلاعات جديد براي انجام شبيه سازي ها جايگزين شده است.

لذا مقادير بدست آمده از شبيه سازي ها با اعداد مقالة اصلي متفاوت است.

با اينحال تلاش شده است تا حتي الامكان ايده هاي مطرح شده در مقالة اصلي در شبيه سازي ها لحاظ گردد كه نتايج بدست آمده حاكي از صحت آنها است.

روش اجرای فایل های شبیه سازی

ابتدا فایل power_active_filter.mdl اجرا گردد.

این مرحله برای تعیین برخی از پارامترهای فیلتر ضروری است.

سپس فایل اصلی پروژه یعنی AHF_hvdc12_1.mdl اجرا گردد

مقدمه

در ساليان اخير پيشرفتهاي قابل توجه در فناوري باطري ها و خودروهاي برقي هايبريد با در نظر گرفتن الزامات امنيتي، اقتصادي و زيست محيطي كه با افزايش قيمت نفت نيز همراه شده است، گزينة خودروهاي هايبريد متصل به شبكه (PHEV) را به عنوان يك جايگزين جدي براي خودروهاي سنتي مطرح كرده است.

علاوه بر شارژ از طريق شبكه، PHEVها امكان بازگرداندن انرژي به شبكه يعني يك تبادل دوطرفه توان و انرژي را فراهم مي كنند كه مي تواند كاركردهاي جانبي متعددي را در راستاي بهبود وضعيت بهره برداري از شبكه قدرت ايجاد نمايد.

به اين حالت از كاركرد خودروهاي برقي اصطلاحاً V2G گفته مي شود.

ايده هاي متعددي براي استفاده از عملكرد V2G براي كاركردهاي مختلف سيستم قدرت در مقالات مطرح شده است كه برخي از آنها عبارتند از: ذخيره چرخان سيستم، تسطيح منحني بار شبكه، منبع ذخيره براي منابع توليد تجديدپذير، كنترل فركانس ريزشبكه، بهبود كيفيت عملكرد نيروگاه بادي و جبرانسازي توان راكتيو.

همچنين در برخي مقالات از باطري PHEVها در قالب اداوت FACTS ازقبيل STATCOM، DVR و UPFC در شبكه استفاده شده است.

از طرف ديگر استفاده از فيلترهاي اكتيو براي جبران هارمونيكها و تأمين توان راكتيو مورد نياز خطوط HVDC از حدود سال 1993 در پروژه هاي عملي انتقال جريان مستقيم وارد شده است.

اين فيلترهاي اكتيو از تلفيق مبدلهاي الكترونيك قدرت، سيستمهاي كنترل سوئيچينگ و خازن ساخته مي شوند.

معمولاً خازن پرهزينه ترين قسمت در ساخت اين فيلترها به شمار ميرود.

لذا در اين مقاله ايدة استفاده از مجموعة خودروهاي برقي متصل به شبكه در يك پاركينگ بزرگ در قالب يك فيلتر اكتيو مجازي براي برطرف كردن نيازهاي فيلترسازي خطوط HVDC مطرح شده است.

در اينجا خازن با پاركينگ خودروهاي برقي جايگزين شده و از شارژكنندة دوجهتة PHEVها به عنون مبدل استفاده شده است.

در ادامة اين گزارش ابتدا به معرفي شبكه نمونه مورد استفاده مي پردازيم.

سپس چگونگي مدلسازي باطري خودروهاي برقي و طراحي كنترلر مورد نياز توضيح داده مي شود و در نهايت شبيه سازي ها و نتايج آنها ارائه خواهد شد.

معرفي شبكه نمونه

در اين گزارش از شبكه نمونه power_hvdc12pulse شبيه سازي شده در نرم افزار MATLAB براي ارزيابي ايده هاي مطرح شده استفاده شده است[1].

اين خط HVDC شامل مبدلهاي تايريستوري 12 پالسه مي باشد كه در آن از يك لينك DC به طول km 300 با مقادير نامي MW 1000، kV 500 و kA 2 براي انتقال توان از يك سيستم kV 500، MVA 5000، Hz 60 به يك سيستم kV 345، MVA 10000، Hz 50 استفاده مي شود.

سيستمهاي AC با منابع ولتاژ سه فاز و معادلهاي فشردة R-L مدلسازي شده اند.

يكسوساز و اينورتر مبدلهاي 12 پالسي هستند كه هريك از آنها از تركيب سري دو بلوك پل يونيورسال ايجاد شده اند.

مبدلها از طريق يك خط 300 كيلومتري و دو راكتور هموارساز با اندوكتانس H 0.5 به يكديگر متصل مي شوند.

ترانسفورماتورهاي مبدلها با استفاده از بلوكهاي ترانسفورماتور سه فاز سه سيم پيچه با اتصال Yg/Y/D مدل شده اند.

موقعيت تپ ترانسفورماتورها با اصلاح ضريبي كه به ولتاژ نامي سيم پيچ اولية ترانسفورماتورها اعمال شده است (0.9 در سمت يكسوساز و 0.96 در سمت اينورتر) قابل تغيير است.

شكل (1) ساختار كلي شبكه نمونه شبيه سازي شده در Simulink را نشان مي دهد.

این شکل در اینجا نیامده است.

شكل (1)- ساختار كلي شبكه نمونه شبيه سازي شده در Simulink

فيلترهاي AC خط HVDC

با نگاه از سمت AC، خط HVDC مانند يك منبع هارمونيك جريان عمل مي كند و از سمت DC اين خط همانند يك منبع هارمونيك ولتاژ است.

مرتبة اين هارمونيكها (n) به تعداد پالسهاي آرايش مبدل (p) بستگي دارد.

براي هارمونيك هاي جريان متناوب n=kp±1 و براي هارمونيكهاي ولتاژ مستقيم n=kp.

در شبكة نمونه موجود 12p= و لذا مهمترين هارمونيك هاي جرياني در سمت AC از مرتبة 11، 13، 23 و25 بوده و هارمونيك هاي مهم ولتاژ DC داراي مرتبة 12 و 24 هستند.

براي جلوگيري از انتشار هارمونيك هاي فرد جريان در سمت AC شبكه از فيلترهاي AC پسيو استفاده مي شود.

اين فيلترها در قالب دو زيرسيستم در شكل (1) ديده مي شوند.

هر زير سيستم شامل يك بانك خازني 150 مگاوار، دو فيلتر تك تنظيمه براي حذف هارمونيكهاي 11 و 13 و يك فيلتر بالا گذر براي حذف هارمونيكهاي مرتبة 23 و بالاتر است.

هر يك از اين فيلترها به گونه اي طراحي شده اند كه در فركانس اصلي شبكه همانند يك منبع توان راكتيو 150 مگاوار عمل نمايند.

بنابراين هر زير سيستم در فركانس اصلي شبكه توان راكتيوي معادل 600 مگاوار توليد مي نمايد.

شكل (2) تركيب فيلترهاي واقع شده در هر زيرسيستم را نشان مي دهد.

شكل (2)- تركيب فيلترهاي پسيو استفاده شده در هر سمت خط HVDC

سيستمهاي كنترل

براي سيستم كنترل يكسوساز و اينورتر از بلوك Discrete HVDC Controller از كتابخانه بلوكهاي كنترلي گسسته واقع در قسمت Extras از جعبه ابزار SimPowerSystems نرم افزار MATLAB استفاده شده است.

اين بلوك مي تواند در هر دو مود كنترلي يكسوسازي يا اينورتري عمل نمايد.

همچنين در كنترل اينورتر از بلوك Gamma Measurement نيز استفاده شده است.

سيستم كنترل مركزي (Master Control) سيگنالهاي مرجع جرياني را براي هر دو مبدل توليد نموده و چگونگي شروع و توقف انتقال توان DC از خط را هدايت مي نمايد.

راه اندازي، حالت دائم و توقف خط

در شبيه سازي شبكه براي يك راه اندازي ملايم و رسيدن به حالت دائم برنامه ريزي شده است.

سپس با اعمال يك پروسة توقف كنترل شده، قبل از مسدودكردن دريچه هاي تايريستوري، توان انتقالي از خط به آرامي پايين آورده مي شود.

اين فرايند به شرح زير انجام مي گيرد:

در كنترل مركزي در t=20 ms مولدهاي پالس مبدلها از حالت مسدود خارج شده و انتقال توان با اعمال يك شيب ملايم (0.333 pu/s) به جريانهاي مرجع آغاز مي شود.

در طي 0.3 s جريان مرجع به مقدار حداقل يعني0.1 pu مي رسد.

در طي اين مدت جريان DC شروع به شكل گيري نموده و خط DC در ولتاژ نامي شارژ مي شود.

در t=0.4 s جريان مرجع با شيب تندتري (5 pu/s) شروع به افزايش نموده و در طي زمان 0.18 s از مقدار 0.1 pu به 1 pu مي رسد. در حدود t=0.58 s جريان DC با اتمام پروسة راه اندازي خط، به حالت دائم خود مي رسد.

در حالت دائم كنترل جريان توسط يكسوساز و كنترل ولتاژ توسط اينورتر صورت مي گيرد.

در t=1 s پروسه توقف انتقال توان آغاز شده و با اعمال يك شيب كاهشي (- 5 pu/s) جريان مرجع به مقدار 0.1 pu مي رسد.

در t=1.2 s اعمال اجباري α=166⁰ در يكسوساز باعث انقراض جريان شده و در اينورتر نيز α=92⁰ ولتاژ DC خط را (ناشي از شارژ ظرفيت خازني خط) كاهش مي دهد.

در نهايت در t=1.3 s پالسها در هر دو مبدل مسدود مي گردند.

ادامه توضیحات این بخش در اینجا نیامده و با خرید قابل دریافت است.

مدلسازي باطري PHEV و واسط اتصال آن به شبكه

در اين مقاله PHEV ها بصورت مبدلهاي دوطرفه متصل به باطري ديناميك مدلسازي شده اند.

مبدلهاي دوطرفه با جريان نامي 70 A طراحي شده اند و ظرفيت توان PHEVها در بازة ±20 KW براي توان اكتيو و ±20 KVAr براي توان راكتيو فرض شده است.

فيلتر مجازي مورد نظر از تركيب 1000 خودرو پارك شده در يك پاركينگ عمومي (كه براي پاركينگ هاي بزرگ شهري عددي منطقي به نظر مي رسد) ايجاد مي شود و توانايي تبادل توان ±20 MW با شبكه را دارا مي باشد.

علامت + نشاندهندة عملكرد PHEV در حالت V2G بوده و علامت – نشان ميدهد كه خودرو در حال شارژ شدن و در حالت G2V به سر ميبرد.

شكل (5) مدل بكارگرفته شده براي كاركرد ديناميك باطري را نشان مي دهد.

عملكرد اين مدل وابسته است به دماي الكتروليت (θ)، وضعيت شارژ باطري (SOC) و جريان در شاخة اصلي (i_m) كه بخشي از جريان كل باطري (i_dc) است.

بخش ديگر جريان كل از يك شاخة پارازيتي عبور ميكند (I_p) كه عملكرد آن در واكنش اصلي باطري مشاركت ندارد.