آشنایی با نرم افزار WindPro

در تعریف کلی و مختصر، می توان اشاره کرد که نرم افزار WindProجهت شبیه سازی انرژی بادی و نیروگاه های بادی ارائه شده است که برای مدلسازی انرژی باد و تخمین پتانسیل تولید برق بادی، تمامی پارامترهای موثر از قبیل میدان سرعت باد، زبری سطح، نوع توربین ها، شبکه انتقال و غیره را در نظر می گیرد. بکمک نرم افزار WindPro، می توان میزان انتشار کربن اجتناب شده در اثر ساخت نیروگاه بادی را محاسبه و ارزش گذاری اکوسیستمی کرد.

با مقایسه با دیگر رقبا، می توان گفت که در زمینه مطالعه نیروگاه ها و مزارع بادی دو نرم افزار WindPro و Wind Farmer بیشترین کاربرد را دارا می‌باشند. از لحاظ ساختاری یکدیگر هستند. البته باید اشاره کرد که نرم افزار WindPro در بعضی مدول‌ ها (Module) از نرم‌افزار Wind Farmer قوی‌تر می ‌باشد. در مقیاس دیگر، می توان از نرم افزار Wind Energy نام برد که مشابه نرم افزار WindPro، قابلیت مدلسازی انرژی باد و توربینهای بادی را دارند. این در حالی است که نرم افزار WindPro، با در نظر گرفتن تمامی پارامترهای دخیل از جمله نوع توربین، میدان سرعت، وضعیت خطوط انتقال شبکه، میزان طول مسیر انتقال، وضعیت توپوگرافی و زبری سطح و …. قادر به مدلسازی بهتر و دقیق تری برای نیروگاه های بادی است. در حال حاضر استفاده از نرم افزار Wind Farmer بدلیل وجود برخی مشکلات کمتر مورد استفاده قرار گرفته و از سوی دیگر، نرم افزار WindPro بدلیل محیط کاربرپسند تر دارد و اعتبار بین المللی آن موجب شده تا مورد استقبال بیشتری قرار بگیرد.

نرم افزار WindPro با کاربری بسیار جدید و پیشرفته، امکانات بسیار خوبی را جهت جانمایی توربین های بادی و استقرار مزارع بادی فراهم کرده است. علاوه بر کاربری راحت، بسیار دقیق بوده و تمامی پارامترهای اثرگذار در طراحی و محاسبه را در نظر می گیرد. نرم افزار WindPro، پیشرو در صنعت برای طراحی و برنامه ریزی پروژه های نیروگاه های بادی است که با موفقیت، توسط شرکت های بزرگ، صنایع تجدیدپذیر، همچنین مهندسان، کارآفرینان و کاربردهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد و از نظر اعتبار و دقت عمل، در سراسر جهان به رسمیت شناخته شده و پذیرفته شده و در مقالات بین المللی به عنوان نرم افزار مرجع معرفی می شود. نرم افزار WindPro همه چیز را از تجزیه و تحلیل داده های باد، محاسبه بازده انرژی، تعیین کمیت عدم قطعیت ها، ارزیابی مناسب بودن سایت گرفته تا محاسبه و تجسم اثرات زیست محیطی را پوشش می دهد و می توان برای تجزیه و تحلیل دقیق داده های تولید پس از ساخت استفاده کرد. لازم به توضیح است که همه این موارد، در صورت نیاز در ماژول های جداگانه نیز در دسترس می باشد. علاوه بر این، امکان ارزش گذاری اکوسیستمی ایجاد نیروگاه های بادی نیز وجود دارد. در مدلسازی نیروگاه های بادی، به دو دسته نیروگاه بادی خشکی و نیروگاه بادی دریایی تقسیم می گردد. امروزه توجه به نیروگاه های بادی دریایی بسیار بیشتر شده است. دو پارامتر توزیع سرعت باد و پارامتر مشخصات توربین، اساسی ترین ورودیهای این مدلها جهت محاسبه توان تولیدی و پتانسیل تولید برق مزارع بادی می باشد. نیروگاههای بادی دارای آلودگی صوتی نیز می باشند که این موضوع هم در نرم افزار WindPro قابل مدلسازی و بررسی می باشد.

تفاوت سیستم منفصل از شبکه (آفگرید) و متصل به شبکه (آنگرید)

وقتی نوبت به نصب و استفاده از یک سیستم انرژی تجدیدپذیر می رسد، باید تصمیمات زیادی گرفت. با توجه به مسئله اهمیت سرمایه گذاری بر روی تجهیزات و سخت افزار یک پروژه، انتظار می رود که سال ها دوام و عملکرد خود را حفظ کند؛ لذا می بایست که انتخاب های درستی صورت گیرد. با توجه به یک سیستم انرژی تجدیدپذیر در دسترس، می توان از پدیده های باد و خورشیدی، انرژی برق بدست آورد و به چند حالت مورد استفاده قرار داد؛ حالت اول استفاده داخلی و تامین برق مصرف کننده های مورد نظر (ساختار آفگرید یا منفصل از شبکه)، حالت دوم توزیع انرژی برق بدست آمده به شبکه توزیع سراسری برق (ساختار آنگرید یا متصل به شبکه) و حالت ترکیبی که علاوه بر تامین انرژی مصرف کننده های مورد نظر، تولید مازاد انرژی برق به شبکه سراسری توزیع منتقل می شود. در ادامه چهار تفاوت بین ساختار متصل به شبکه و ساختار منفصل از شبکه را به اشتراک می گذاریم تا به شما در انتخاب بهترین حالت، کمک کنیم.

انرژی خورشیدی منفصل از شبکه و منفصل از شبکه چیست؟

سیستم منفصل از یا متصل به شبکه، موارد زیر را تعیین می کند:

– نوع دسترسی شما به برق را تعیین می کند؟

– چه تجهیزاتی برای تولید انرژی برق مازاد مورد نیاز است؟

– در زمانی که شبکه از کار می افتد، چه اتفاقی رخ می دهد؟

– صورتحساب قبض برق چگونه محاسبه می شود و چه تسهیلاتی به آن تعلق می گیرد ؟

عملکرد ریزشبکه DC به صورت ماشین سنکرون مجازی

در سال های اخیر با توجه به بحران های زیست محیطی و کمبود منابع فسیلی, استفاده از منابع تجدیدپذیر شایان توجه است. استفاده از منابع تجدیدپذیر در سیستم قدرت, تولید را غیرمتمرکز کرده و با توجه به طبیعت متغیر این منابع, نوسانات زیادی در شبکه اضافه شده اند. ریزشبکه های DC به عنوان شبکه قدرت کوچک, امکان استفاده و کنترل این منابع را در سمت توزیع آسان کرده اند. نفوذ زیاد منابع تجدیدپذیر مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت, اینرسی و میرایی را کاهش داده اند؛ بنابراین, سیستم های جدید به اغتشاشات حساس تر شده اند و حاشیه پایداری سیستم کاهش یافته است. در این مقاله از ریزشبکه DC متصل به شبکه AC مجهز به ماشین سنکرون مجازی به منظور مدیریت توان خودکار ریزشبکه DC و شبکه AC و تحلیل نقش اینرسی مجازی در پایداری سیگنال کوچک استفاده شده است. شبکه تحت حالت ها و اینرسی های مختلف برای تایید روش مذکور بررسی و تایید شده است. در این روش با استفاده از پاسخ مبدل منبع ولتاژ و با طراحی مناسب کنترل افتی دوگانه کنترل کننده های ولتاژ, فرکانس و توان اکتیو خروجی, پشتیبانی لازم برای تنظیم فرکانس سیستم در مواجهه با اغتشاشات فراهم می شود و پایداری شبکه در شرایط مختلف بهبود می یابد.

ریزشبکه مبتنی بر اینورتر در زمان خاموشی سراسری سامانه قدرت

تغذیه چندگانه نواحی حساس - به عنوان ریزشبکه مبتنی بر اینورتر - برای افزایش قابلیت اطمینان سامانه, حفظ پایداری و عملکرد آن در زمان از دست رفتن یک یا چند واحد از منابع تغذیه کننده شبکه, بسیار مهم می باشد. از طرفی, قابلیت عملکرد جزیره ای تضمینی بر در دسترس بودن ناحیه مورد نظر, در زمان خاموشی سامانه قدرت است. برای استفاده از انواع انرژی های تجدیدپذیر و تولیدات پراکنده در ساختار , استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت, امری ضروریست. بنابراین روش دنبال کردن فرکانس (FT), با کنترلی غیر متمرکز و به منظور پایدار سازی  مبتنی بر اینورتر معرفی می شود. در روش نوین ارائه شده, تمام واحدها فرکانس یکی از واحدها را به عنوان واحد مرجع دنبال کرده و توان مورد نیاز شبکه را پس از اعمال کنترل افت تامین می کنند. نتایج پیاده سازی این سامانه کنترلی بر روی دو شبکه با ساختارهایی متفاوت در نرم افزار PSCAD, تصدیقی بر عملکرد صحیح آن می باشد.

ارزیابی قابلیت اطمینان

ارزیابی قابلیت اطمینان در یک شبکه قدرت برای دوره کوتاه مدت و بلند مدت با اثرگذاری بالا در بخش تامین توان با توربین بادی :

سیستم های تولید توان پراکنده  از نوع انرژی نو دارای نوسان توان بالایی می باشند و تولید توان آنها در حالت کلی غیرقابل پیش بینی است ، در این پایان نامه هدف ارزیابی و مدیریت قابلیت اطمینان در یک سیستم توان می باشد که از مزرعه بادی برای تامین توان خود در نواحی قابل پوشش و بارهای تغییر پذیر استفاده می کند . 

مدیریت قابلیت اطمینان در سیستم های توان به منظور هماهنگ سازی و متعادل نمودن تولید و مصرف امری ضروری است و نیاز است تا شرکت های خدماتی به منظور تامین کاهش و افزایش توان و به صورت کلی در تامین کیفیت توان شبکه از این مسئله آگاهی کامل داشته باشند . 

آنچه که این پروژه پایان نامه برق قدرت  را از انواع مشابه آن متمایز می سازد ساختار تغییر پذیر با زمان آن می باشد ، روش های انجام شده در این زمینه غیروابسته به زمان می باشند و پیشرفت حاصل در این زمینه نیز قابل توجه بوده است ، اما آنچه در این میان اهیمت دارد وجود اندیس های مختلف در قابلیت اطمینان و تامین توان برای منابع تولید احتمالی می باشد که در حال تغییر در زمان می باشند و به نوعی متغیر حالت محسوب می شوند ، تغییرات فصلی ، تغییرات بار و تغییر قابلیت اطمینان ادوات از جمله شاخص های بلند مدت و میان مدت و تغییرات بار روزانه و تولید در ساعات مختلف روز از شاخص های کوتاه مدت تغییر پذیر در زمان می باشند .

بنابراین نیاز به تکنیکی که بتواند این تغییرات را در خود گنجانده و یک تابع تغییر پذیر با زمان و دقیق برای تغییرات قابلیت اطمینان ارائه دهد امری ضروری است .

پایداری دینامیکی ریزشبکه

مطالعه پیرامون پایداری دینامیکی ریزشبکه :

میکروگرید یا ریزشبکه به مجموعه ای از منابع تولید پراکنده شامل توربین بادی ، سلول خورشیدی و پیل سوختی و همینطور منابع ذخیره ساز انرژی گفته می شود که با اتصال به ماشین های سنکرون و آسنکرون و همینطور از طریق های مبدل های الکترونیک قدرت همچون باک و بوست به بارهای موجود در ریزشبکه متصل می شوند و آن را تغذیه می نمایند . در حالت معمول این ریزشبکه بدون پشتیبانی منبع اصلی شبکه قدرت کار می کند و به صورت مستقل عمل می کند و گاها در زمان های مشخص و تحت سناریوهایی از جمله خطا در شبکه اصلی می تواند جدا شده (جزیره ای شده) و به کار خود ادامه دهد .

نحوه ترکیب و شکل بندی منابع و استفاده از مبدل های مختلف و اینترفیس های گوناگون بالتبع شرایط پایداری مختلفی را برای شبکه رقم خواهم زد و نوسانات سیستم در حالت گذرای خود (حالت اولیه) و دائم را تغییر خواهد داد .

در این پروژه پایان نامه مهندسی برق قدرت با مدلسازی هر یک از منابع در حوزه فرکانس کوچک و بدست آوردن معادلات حالت آنها نسبت به یافتن مقادیر ویژه ریزشبکه اقدام شد و در حالات مختلف مقایسات خروجی از طریق محاسبات عددی و شبیه سازی ها بعمل آمده است .

ردیابی ماکزیمم توان در سلول های خورشیدی

سلول های خورشیدی از جمله منابع تولید پراکنده تجدید پذیر می باشند که در ریزشبکه ها و در شبکه های توزیع به صورت متداول مورد استفاده قرار می گیرند . 

سلول های خورشیدی در شرایط مختلفی از ویژگی های روز بایستی بتوانند توان مورد نیاز بار را تامین کنند بصورتیکه در یک ولتاژ لینک DC ثابت بتوانند پروفیل جریان شبکه بار را ارضا دهند . به همین منظور نیاز است تا این منبع تولید پراکنده بصورت موازی با یک منبع ذخیره ساز انرژی قرار بگیرد .

از سوی دیگر یکی از مسائل اساسی در کلیدزنی اینورتری سلول های خورشیدی به منظور تامین توان DC مشخصه غیرخطی آن می باشد که به مفهوم تغییر غیرخطی نمودار ولتاژ - توان می باشد ، بنابراین نیاز است تا کلیدزنی در نقطه ای انجام شود که بیشترین توان جذب شود که به این مسئله ردیابی ماکزیمم توان گفته می شود .

شکل بالا این مسئله را برای یک نمونه از تابش نشان می دهد . روش های مختلفی به منظور یافتن این نقطه معرفی شده است ، روش های آشوب و مشاهده که برمبنای ایجاد تغییرات تصادفی در ولتاژ و مشاهده خروجی می باشند تا روش های پیشرفته تطبیقی از این دست می باشند .

آنچه این مسئله را قدری پیچیده تر می کند ، وابسته بودن این نمودار به میزان تابش می باشد چرا که ضابطه تغییرات برای تابش های مختلف متفاوت خواهد بود . 

شکل بالا این مسئله را برای تابش های مختلف و به همراه ضابطه بار نشان می دهد . 

آنچه از شکل بالا مشخص است سیستم کلیدزنی اینورتری باید بتواند تقاط توان بالای پروفیل بار را در هر لحظه هدف بگیرد تا توان بار تامین شود ، اما مازاد توان را می توان در باتری ذخیره کرد . در این حالت یک منحنی برای نقاط ماکزیمم در تابش های مختلف بدست می آید .

بررسی نوسانات در شبکه های توان ، کیفیت توان و فلیکر شبکه

در شبکه های قدرت معمولا توان به صورت جریان متناوب (AC) و در محدوده مشخصی از ولتاژ و فرکانس تولید می گردد. بنابراین اکثر تجهیزات الکتریکی مشترکین به نحوی طراحی شده اند که در محدوده های مشخصی از ولتاژ و فرکانس کار کنند. در واقع کوچکترین انحراف از این محدوده ها سبب اختلال در عملکرد این تجهیزات می گردد.

برای بررسی کیفیت توان در سیستم های قدرت باید آن را از لحاظ چهار مشخصه زیر بررسی کرد:

• دامنه ولتاژ
• دامنه فرکانس
• شکل موج ولتاژ
• تعادل بین فازها در سیستم سه فاز

برق تولیدی توسط نیروگاه ها از لحاظ کیفیت توان، برق مطلوب است یعنی چهره مشخصه اصلی فوق الذکر در آن رعایت شده است ولی بعلت استاده از مصرف کننده های غیراستاندارد در شبکه ی برق، باعث از بین رفتن کیفیت توان برق شبکه می شود. و در چهار مشخصه ی اصلی فوق الذکر تغییر ایجاد می کنند و با این تغییرات ایجاد شده تلفات توان دز سیستم افزایش پیدا می کند و همچنین باعث صدمه دیدن و یا کارکرد نامطلوب وسایل حساس می شود و بنابراین برای جلوگیری از این صدمات باید از اتصال وسایل غیر استاندارد به شبکه جلوگیری کرد.

الف) هر مصرف کننده ی دارای یک دامنه ولتاژ خاصی است و با کم و یا زیادشدن ولتاژ از این مقدار باعث صدمه دیدن و یا کارکرد نامطلوب دستگاه می شود در بسیاری از موارد علت سوختن تجهیزات عدم تعادل در دامنه ی ولتاژ می باشد.

ب) شکل موج استاندارد ولتاژ در حالت نرمال به صورت شکل موج سینوسی است و در اثر استفاده از مصرف کننده های غیر استاندارد بر روی شکل موج تاثیر منفی می گذارند و شکل موج را از حالت سیسنوسی خارج می کنند.

مسائل بیان شده از عواملی هستند که باعث ایجاد نوسان در شبکه توان می باشند که در ادامه منجر به فلیکر ولتاژ و آسیب در حوزه کیفیت توان می شود . 

 

شکل موج بالا نمودار ولتاژ در یکی از فازهای خطوط انتقال با مشکل کیفیت توان را نمایش می دهد ، کیفیت توان از مسائل مهم در حوزه توزیع و انتقال می باشد ، مسائل ناشی از نوسانات کیفیت توان در شبکه قدرت باعث کاهش ضریب توان شده و نیاز به استفاده از جبران ساز های کیفیت توان مانند ادوات FACTS را در شبکه ایجاد می کند .