مطالعات پخش‌بار به محاسبه کمیت‌های الکتریکی سیستم قدرت در حالت ماندگار به ازای بارهای مشخص و معلوم می‌پردازد. این کمیت‌ها شامل ولتاژ شینه‌ها، جریان خطوط، توان اکتیو و راکتیو تولیدی ژنراتورها و جاری در خطوط انتقال و درصد بارگذاری خطوط و ترانسفورماتورها می‌باشند. در این بخش، مطالعات پخش بار توسط نرم‌افزار DIgSILENT و روش AC Load Flow, balance positive sequence صورت پذیرفته است. جهت ارزیابی دقیق اثرگذاری نیروگاه مدنظر بر فیدر مورد نظر، در گام نخست مدل تصادفی تولید توان نیروگاه مورد مطالعه بر اساس شدت تابش منطقه استخراج گردیده و در ادامه یک نمونه از جدول زیر نشان داده شده است.

مدل تولید توان نیروگاه مورد مطالعه در بازه های زمانی یک ساعته

توان اکتیو و راکتیو ورودی یک مدل فیدر 1 فروردین ماه 1403 الی 29 دی ماه 1403

احداث مولد تولید پراکنده در شبکه می‌تواند باعث به وجود آمدن مشکلات متعددی در زمینه عملکرد نادرست سیستم حفاظتی به دلایل افزایش جریان‌های اتصال کوتاه، کارایی مجدد خط بعد از بروز خطا و هماهنگی سیستم حفاظتی گردد. با توجه به مطالب فوق انجام مطالعات اتصال کوتاه در شبکه در حضور نیروگاه با توجه به آثار این نیروگاه‌ها در شبکه، بیش از پیش احساس می‌شود. در این فصل مطالعات اتصال کوتاه فیدر مورد مطالعه در دو حالت اتصال و عدم اتصال نیروگاه فتوولتائیک مورد مطالعه به شبکه بررسی شده است.

به منظور انجام مطالعات اتصال کوتاه از مدل شبیه‌سازی شده در نرم افزار DIgSILENT که در فصل قبل در ارتباط با آن صحبت شد، استفاده می‌نماییم. محاسبات اتصال کوتاه در نرم افزار بر اساس استاندارد IEC60909 انجام پذیرفته است. در این بخش خطاهای سه فاز به زمین مورد ارزیابی قرار گرفته است. پارامترهای حاصل از انجام مطالعات اتصال کوتاه به شرح زیر می‌باشد:

Ikss = Initial short circuit current
Skss = Initial short circuit power
ip = Peak short circuit current

بر اساس استاندارد مشخصات کلیدهای قدرت توسط پارامترهای معینی تعریف می شود. علاوه بر ولتاژ نامی (Un) و جریان نامی (In)، جریان قطع کلید (Ics) یا اصطلاحا قدرت قطع کلید یکی از مهمترین مشخصه های کلیدهای قدرت بشمار می آید.

هدف از انجام مطالعات پایداری گذرا مشخص نمودن زمان بحرانی رفع خطا (CCT ) و یا حداکثر زمان تحمل خطا توسط مولد تولید پراکنده می‌باشد. بنا به تعریف، زمان بحرانی رفع خطا مدت زمانی است که یک خطا می‌تواند در شبکه باقی بماند (توسط رله‌ها پاکسازی نشود) بدون اینکه باعث ناپایداری و خروج از سنکرون مولدها نسبت به شبکه گردد. زمان بحرانی تحمل خطا به محل خط و نقطه کار سیستم وابسته می‌باشد. در یک نقطه کار شبکه، هر چه زمان بحرانی تحمل خطا بزرگتر باشد، معرف پایداری بیشتر آن نقطه کار است.
پایداری توان-زاویه مهمترین پایداری است که می‌تواند خطر جدی برای مولدهای تولید پراکنده محسوب شود. زیرا وقوع و رخداد این ناپایداری خیلی محتمل‌تر بوده و مضافاً بر اینکه با مسئله سنکرونیزم مولدها با شبکه مرتبط می‌باشد. در صورت از دست رفتن ارتباط سنکرونیزم مولدها با شبکه و عدم حفاظت کافی برای آنها، امکان وارد آمدن آسیب‌های مکانیکی و حرارتی جدی به مولدها وجود خواهد داشت. چنانجه با وقوع يک اختلال، روند افزايش زاويه روتور پس از طی يک اوج شروع به كم شدن نمايد و ديگر افزايش نيابد، در اين صورت آن ژنراتور پايدار خواهد ماند

تغییرات زاویه روتور مولد در حالت پایدار

هدف از انجام مطالعات کیفیت توان در طرح اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه، بررسی اثر آن بر وضعیت اعوجاج هارمونیکی شبکه می‌باشد. اعوجاج هارمونیکی سبب خارج شدن شکل موج ولتاژ و جریان از حالت سینوسی خالص می‌گردد. هارمونیک‌ها، ولتاژ‌ها و جریان‌های سینوسی هستند که فرکانس آن‌ها مضرب صحیحی از فرکانس اصلی سیستم قدرت می‌باشد. شکل موج اعوجاج یافته می‌تواند به مؤلفه اصلی و تعدادی هارمونیک تجزیه شود. به منظور ارزیابی مقدار اعوجاج هارمونیکی، از کمیتی به نام اعوجاج هارمونیکی کل (THD ) استفاده می‌شود.

وضعیت هارمونیک ولتاژ در باس 20 کیلوولت نیروگاه قیل از اتصال

وضعیت هارمونیک جریان در باس 20 کیلوولت نیروگاه بعد از اتصال

هدف از مطالعات هماهنگی حفاظتی در حضور منابع تولید پراکنده، طراحی یک سیستم حفاظتی با عملکرد صحیح به هنگام وقوع خطا در شبکه توزیع است بطوریکه بدون ایجاد اختلال در عملکرد عادی شبکه تنها محل وقوع خطا را از شبکه جدا کند. این سیستم به منظور جلوگیری از آسیب های احتمالی ناشی از اتصال کوتاه در شبکه توزیع طراحی می شود. به طور کلی بحث هماهنگی حفاظتی در مورد رله های جریانی مطرح می باشد که برای انجام آن ابتدا باید نقش و جهت رله ها را برای انواع خطاها مشخص کرد. در این راستا ابتدا رله و واحدهای حفاظتی موجود در پست فوق توزیع واقع در ابتدای فیدر مورد نظر معرفی گردیده است. مشخصات رله و ترانسفورماتور جریان مربوطه و همچنین محل قرارگیری این رله مطابق و محل قرارگیری رله R2 در ورودی نیروگاه و R3 بعنوان واحد حفاظتی کلید ACB سمت ثانویه ترانسفورماتور نیروگاه نشان داده شود.

محل قرارگیری رله R1 در ابتدای فیدر مورد نظر

محل قرارگیری رله های R2، R3 (واحد حفاظتی کلید ACB سطح 400 ولت نیروگاه )

نمودار زمان جریان حفاظت فاز و زمین رله R1

مشخصه هماهنگ شده حفاظت فاز و زمین رله های R1، R2 وR3

همانطور که در فصول قبل اشاره شد، مولد تولید پراکنده خورشیدی پیشنهادی با توجه به توان نامی آن جزء کلاس 3 مولدهای تولید پراکنده می‌باشد که با توجه به نحوه اتصال نیروگاه به فیدر 20 کیلوولت توزیع امکان اتصال آن به شبکه از طریق طرح 3 ممکن می‌باشد. مولد تولید پراکنده پیشنهادی از طریق 1 دستگاه ترانسفورماتور با اتصال Dyn5 به شبکه 20 کیلو ولت متصل می‌شود. با توجه به نوع اتصال ترانسفورماتورهای نیروگاه، طرح استاندارد IEC شکل ‏9 1 بعنوان سیستم زمین مولد انتخاب می¬گردد و با توجه به استاندارد مقاومت سیستم زمین زیر 2 اهم اجرا خواهد شد. وقوع خطای اتصال زمین در شبکه قدرت تاثیرات سوء بسیار زیادی بر تجهیزات شبکه از جمله ترانسفورماتورها، ژنراتورها و سایر تجهیزات شبکه خواهد داشت. بنابراین سیستم زمین باید به گونه-ای طراحی شود که تا حد امکان جریان خطا را در مقادیر مجاز محدود کند و مانع آسیب دیدن تجهیزات شود. روش های مختلفی برای محدود کردن میزان جریان خطا در شبکه و تجهیزات وجود دارد که از آن جمله می¬توان به استفاده از امپدانس در سیستم اتصال نقطه نوترال تجهیزات به زمین اشاره نمود.

در طراحی سیستم زمین و انتخاب نحوه زمین کردن منابع تولید پراکنده، طراح همواره بایستی بین دو نکته بسیار مهم زیر یک تعامل و مصالحه ایجاد کند:

1- نحوه زمین کردن منابع تولید پراکنده باید جریان خطا را به مقادیری محدود کند که باعث آسیب دیدن تجهیزات تولید پراکنده نشده و اضافه ولتاژهای ایجاد شده در اثر بروز خطا را به مقادیر مجاز محدود نماید.
2- نحوه زمین کردن منابع تولید پراکنده باید بگونه¬ای باشد که جریان خطا بیشتر از حد کاهش نیابد یا به عبارت دیگر جریان خطا به اندازه¬ای باشد که توسط تجهیزات حفاظتی قابل شناسایی باشد.

اتصال زمین منبع تولید پراکنده تکی ایزوله با ترانسفورماتور مثلث-ستاره زمین شده