پیاده سازی اینرسی مجازی سیستم توان توزیع شده به وسیله مبدل های توان متصل به شبکه
چکیده
منابع انرژی تجدیدپذیر (RESها) مانند باد و فتوولتائیک خورشیدی جهت برآورده کردن نیازهای در حال افزایش انرژی در سراسر جهان و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین RESها به‌طور معمول از طریق مبدل‌های توان واکنش سریع، بدون هرگونه اینرسی که منجر به کاهش اینرسی سیستم توان شود به شبکه‌ی قدرت متصل می‌شوند. در نتیجه فرکانس شبکه به‌آسانی می‌تواند از محدوده‌ی قابل‌پذیرش تحت رویدادهای شدید فرکانسی فراتر رود که سبب ایجاد کاهش بار نامطلوب، شکست‌های اتصال زنجیره‌ای یا حتی خاموشی در مقیاس بزرگ می‌شود. جهت بررسی موضوع اینرسی مدام در حال کاهش، مفهوم اینرسی مجازی سیستم توان توزیع‌شده در این پژوهش ارائه می‌شود که می‌توان آن را از طریق مبدل‌های توان متصل به شبکه پیاده‌سازی نمود. بدون اصلاح کردن سخت‌افزار سیستم، اینرسی سیستم توان می‌تواند از طریق انرژی ذخیره‌شده در خازن‌های لینک dc به‌وسیله‌ی مبدل‌های توان متصل به شبکه شبیه‌سازی شود. از طریق تنظیم کردن ولتاژهای لینک dc نسبت به فرکانس شبکه، خازن‌های لینک dc در درون یک خازن معادل بسیار بزرگ جمع می‌شوند و به‌عنوان یک بافر انرژی برای پشتیبانی از فرکانس مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، محدودیت اینرسی مجازی همراه با پارامترهای طراحی آن مشخص گردیده است. در نهایت امکان‌پذیری مفهوم پیشنهادی از طریق شبیه‌سازی و نتایج تجربی تأیید شده است که نتایج نشان می‌دهد که بهبودهای 5/12% برای نادیر فرکانس و 50% برای نرخ تغییر فرکانس (RoCof) می‌تواند حاصل شود.
1- مقدمه
افزایش یافتن درخواست‌ها برای کاهش اثر کربن مستلزم مجتمع‌سازی در مقیاس بزرگ انرژی تجدیدپذیر می‌باشد که منجر به ایجاد تغییر قابل‌توجه در سیستم‌های توان جدید می‌شود. اینرسی سیستم توان به‌خصوص از طریق جرم‌های چرخشی مبدل‌های همگام که پیوسته کاهش پیدا می‌کنند، ایجاد می‌شود. دلیل این موضوع این است که منابع انرژی تجدیدپذیر (RESها) مانند باد و فتوولتائیک خورشیدی به‌طور معمول از طریق مبدل‌های توان واکنش سریع که دارای هیچگونه اینرسی نمی‌باشند به شبکه‌ی قدرت متصل می‌شوند ]1[. همچنین اینرسی در سیستم توان بالا مانند بافر انرژی جنبشی بزرگ معمولا مطلوب می‌باشد و می‌تواند موجب کاهش سرعت تغییر فرکانس دینامیکی و کاهش انحراف‌های فرکانس شود که به‌صورت مؤثر از کاهش بار نامطلوب، شکست‌های اتصال زنجیره‌ای یا خاموشی در مقیاس بزرگ تحت رویدادهای فرکانس جلوگیری می‌نماید ]2[.
5- نتیجه‌گیری
این پژوهش یک مفهوم برای مبدل‌های توان متصل به‌شبکه جهت تولید اینرسی مجازی توزیع‌شده ارائه می‌دهد که می‌توان به‌صورت مؤثر اینرسی سیستم توان را افزایش داد و انحرافات فرکانس و همچنین نرخ نغییرات فرکانس شبکه را تحت توزیع‌های بزرگ کاهش داد. بدون افزایش یافتن هزینه و پیچیدگی سیستم، اینرسی مجازی از طریق خازن‌های لینک dc مبدل‌های توان متصل به‌شبکه شبیه‌سازی شده است. با در نظر گرفتن فرکانس شبکه به‌عنوان یک سیگنال معمولی، مبدل‌های توان متصل به‌شبکه به‌آسانی می‌توانند به‌تناسب ولتاژهای لینک dc آنها اصلاح شوند. در نتیجه، همه‌ی خازن‌های لینک dc درون یک خازن معادل بسیار بزرگ برای پشتیبانی از فرکانس جمع می‌شوند. علاوه بر این، پارامترهای طراحی اینرسی مجازی مانند ظرفیت‌های خازن لینک dc، ولتاژ لینک dc و حداکثر انحراف ولتاژ لینک dc نیز شناسایی شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی نشان می‌دهد که یک کاهش 5/12% برای انحراف فرکانس و یک بهبود 50% برای نرخ تغییر فرکانس (RoCoF) را می‌توان با استفاده از مفهوم پیشنهادی حاصل نمود.
Abstract
Renewable energy sources (RESs), e.g. wind and solar photovoltaics, have been increasingly used to meet worldwide growing energy demands and reduce greenhouse gas emissions. However, RESs are normally coupled to the power grid through fast-response power converters without any inertia, leading to decreased power system inertia. As a result, the grid frequency may easily go beyond the acceptable range under severe frequency events, resulting in undesirable loadshedding, cascading failures, or even large-scale blackouts. To address the ever-decreasing inertia issue, this paper proposes the concept of distributed power system virtual inertia, which can be implemented by grid-connected power converters. Without modifications of system hardware, power system inertia can be emulated by the energy stored in the dc-link capacitors of grid-connected power converters. By regulating the dc-link voltages in proportional to the grid frequency, the dc-link capacitors are aggregated into an extremely large equivalent capacitor serving as an energy buffer for frequency support. Furthermore, the limitation of virtual inertia, together with its design parameters, are identified. Finally, the feasibility of the proposed concept is validated through simulation and experimental results, which indicate that 12.5% and 50% improvements of the frequency nadir and rate-of-change-offrequency (RoCoF) can be achieved.
I. INTRODUCTION
INCREASING demands for the reduction of carbon footprint necessitate the large-scale integration of renewable energy, leading to a dramatic change of modern power systems. In particular, power system inertia provided by the rotating masses of synchronous generators continues to decrease. The reason is that renewable energy sources (RESs), e.g. wind and solar photovoltaics, are normally coupled to the power grid through fast-response power converters, which do not possess any inertia [1]. However high power system inertia, i.e. large kinetic energy buffer, is usually desired as it can slow down the dynamics of frequency change and reduce frequency deviations, which effectively avoid undesirable load-shedding, cascading failures, or large-scale blackouts under frequency events [2].
V. CONCLUSION
This paper has proposed a concept for grid-connected power converters to generate distributed virtual inertia, which can effectively increase power system inertia and reduce frequency deviations as well as the changing rate of grid frequency under large disturbances. The virtual inertia is emulated by the dc-link capacitors of grid-connected power converters without increasing system cost and complexity. Taking the grid frequency as a common signal, gridconnected power converters may easily modify their dc-link voltages proportionally. As a result, all the dc-link capacitors are aggregated into an extremely large equivalent capacitor for frequency support. Furthermore, the design parameters of virtual inertia, e.g. dc-link capacitance, dc-link voltage, and maximum dc-link voltage deviation have been identified. The simulation and experimental results indicate that a 12.5% reduction of the frequency deviation and a 50% improvement of the rate of change of frequency (RoCoF) can be achieved by the proposed concept.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1- مقدمه
2- ساختار سیستم و تحلیل اینرسی
الف) ساختار سیستم
ب) تحلیل اینرسی
3- پیاده‌سازی اینرسی مجازی توزیع‌شده توسط مبدل‌های توان متصل به‌شبکه
4- شبیه‌سازی و نتایج تجربی
الف) نتایج شبیه‌سازی
ب) نتایج تجربی
5- نتیجه‌گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. SYSTEM STRUCTURE AND INERTIA ANALYSIS
A. System Structure
B. Inertia Analysis
III. IMPLEMENTATION OF DISTRIBUTED VIRTUAL INERTIA BY GRID-CONNECTED POWER CONVERTERS
IV. SIMULATION AND EXPERIMENTAL RESULTS
A. Simulation Results
B. Experimental Results
V. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه