دانلود شبیه سازی مقاله مدلسازی شبکه قدرت با فازورهای دینامیکی در قاب مرجع dq0

مدلسازی شبکه قدرت با فازور دینامیکی

فرایندهای دینامیک بوقوع پیوسته در سیستم های قدرت الکتریکی بزرگ، در سطوح انتزاعی مختلفی مدلسازی می شوند. در مدل های ساده استاتیک، ولتاژها و جریان ها سینوسی فرض می شوند، اما به صورت فازور نمایش داده می شوند. شبکه در این حالت بر اساس معادلات جریان توان نشان داده می شود. از سایر جنبه های حدی، مدل های گذرا توصیف کننده وضعیت سیستم بر اساس معادلات دیفرانسیل غیرخطی هستند. آن ها به صورت عددی در حوزه زمان حل می شوند. نوع سوم از مدل ها بر اساس فازورهای متغیر زمانی با عنوان مدل های شبه استاتیک- دینامیک با مقدار میانگین مشهور هستند. این مدل به اندازه کافی دقیق است تا زمانی که فازورها در مقایسه با فرکانس سیستم به آهستگی حرکت بکنند. یکی از مزایای کلیدی مدل های شبه استاتیک این است که امکان تعریف گام های زمانی عددی طولانی را فراهم می سازد. لذا فرایند شبیه سازی سرعت بیشتری می یابد. علاوه بر این، بدلیل اینکه مدل های شبه استاتیک از فازورها بجای سیگنال های AC سینوسی استفاده می کنند، لذا نقطه عملیاتی سیستم بخوبی تعریف می شود . چنین ویژگی ساده سازی چشمگیر مطالعات پایداری را در پی خواهد داشت.بدلیل این ویژگی ها، مدل های شبه استاتیک به صورت گسترده برای تحلیل تعاملات دینامیک در قاب های زمانی ثانیه تا دقیقه بکار می روند. آن ها به صورت تاریخی مطالعه پایداری ماشین، ارتعاشات بین ناحیه ای، و پدیده های دینامیک آهسته را ممکن می سازند. در سال های اخیر، با ظهور مولدهای پراکنده کوچک، و دستگاه های الکترونیک قدرت سریع، فرض فازورهای شبه استاتیک بشدت غیردقیق شده است. با توجه به این فناوری های نوظهور، سیگنال های ولتاژ و جریان حاوی مولفه های هارمونیک بالا هستند و تغییرات سریع دامنه و فاز را در پی دارند. این توسعه ها منجر به تعریف کلاس جدیدی از مدل ها بر اساس فازورهای دینامیک می شوند. مفهوم فازورهای دینامیک از تکنیک های میانگین گیری بکار رفته در الکترونیک قدرت ظهور کرده است و به سیستم های سه فاز گسترش یافته است. فازورهای دینامیک، حالت تعمیم یافته ایده فازورهای شبه استاتیک هستند و سیگنال های ولتاژ و جریان را بر حسب بسط های سری فوریه نشان می دهند. در آن ها مولفه های هارمونیک روی پنجره زمانی متحرک محاسبه می شوند. این رویکرد منافعی را شامل تحلیل مبتنی بر فازور، دقت بالا و شبیه سازی های سریع در پی دارد.

رفتار دینامیک و پایداری سیستم های قدرت مقیاس بزرگ به صورت سنتی بوسیله فازورهای متغیر زمانی، با فرض شبه استاتیک بودن سیستم مورد مطالعه قرار گرفته اند. البته در واقعیت امر و با ادغام سریع و فزاینده منابع پراکنده و تجدیدپذیر در شبکه های قدرت، این فرض همواره به سمت غیردقیق تر شدن حرکت می کند. این پروژه از فازورهای دینامیک در قاب مرجع dq0 برای توصیف شرایط دینامیک شبکه های انتقال و توزیع بزرگ استفاده می کند. مدل های پیشنهادی از فرض فازورهای شبه استاتیک استفاده نمی کنند و لذا نسبت به طیف گسترده فرکانس ها دقیق باقی می مانند. مدل dq0 کامل بر اساس ماتریس ادمیتانس وابسته به فرکانس بنا شده است و با استفاده از بسط سری تیلور تخمین زده می شود. بدین ترتیب مدل هایی با پیچیدگی کمتر تولید می شوند.مدل کلاسیک شبه استاتیک با تخمین مرتبه صفر بدست می آید، مدل دقیق تر مرتبه اول با تخمین مرتبه 1 بدست می آید. مدل های توسعه داده شده، دو خاصیت مدنظر را در یکدیگر ترکیب می کنند. از یکسو مزیت قاب مرجع dq0 را به همراه دارند. به طور دقیق، مدل ها از سیگنال های غیرچرخشی dq0 استاتیک در حالت پایدار استفاده می کنند. لذا یک نقطه عملیاتی بخوبی تعریف شده بدست می آید. از سوی دیگر، مدل های پیشنهادی دقت مدل شبه استاتیک در فرکانس های بالا را ارتقا می دهند . لذا نمایش پدیده های دینامیک سریع شبکه ها از جمله مولدهای پراکنده کوچک و ادوات الکترونیک قدرت سریع امکان پذیر می شود.به طور خاص، این ویژگی ها به ایجاد تحلیل پایداری دقیق و با پیچیدگی کم در چنین شبکه هایی کمک می کنند. شبیه سازی ها نشان می دهند که پاسخ های فرکانسی تمامی مدل ها در فرکانس های پایین تلاقی دارند و در فرکانس های بالا دچار افتراق می شوند. علاوه بر این، پاسخ مدل dq0 در حوزه زمان و قاب مرجع abc به مدل گذرا بسیار نزدیک هستند.

این مقاله در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی شده و در ادامه نیز تصویر مربوط به خروجی شبیه سازی قرار داده شده است: