دانلود پروپوزال پایداری ولتاژ و دینامیکی در سیستم های قدرت دارای مبدل های الکترونیک قدرت

قلب تپنده سیستم‌های قدرت برای بیش از یک قرن، ژنراتورهای سنکرون بوده‌اند. این ماشین‌های دوار عظیم، علاوه بر تولید برق، به طور ذاتی ویژگی‌های فیزیکی حیاتی را برای شبکه فراهم می‌کردند. مهم‌ترین این ویژگی‌ها، اینرسی چرخشی است. جرم سنگین روتور ژنراتور و توربین متصل به آن، مانند یک چرخ لنگر (Flywheel) غول‌پیکر عمل می‌کند که در برابر تغییرات ناگهانی در فرکانس شبکه مقاومت می‌کند. هنگامی که یک نیروگاه بزرگ به طور ناگهانی از مدار خارج می‌شود، اینرسی ذخیره شده در تمام ژنراتورهای در حال کار دیگر، به طور آنی انرژی آزاد کرده و از افت سریع فرکانس جلوگیری می‌کند. این “ضربه‌گیر” فیزیکی، به سیستم‌های کنترلی ثانویه زمان کافی می‌دهد تا وارد عمل شده و تعادل بین تولید و مصرف را مجدداً برقرار کنند. علاوه بر این، ژنراتورهای سنکرون در هنگام وقوع اتصال کوتاه، قادر به تزریق جریان‌های بسیار بالا (چندین برابر جریان نامی خود) هستند که این امر برای عملکرد صحیح و سریع رله‌ها و سیستم‌های حفاظتی جهت شناسایی و جداسازی بخش معیوب شبکه، امری حیاتی است. این مشخصات ذاتی، سنگ بنای پایداری و امنیت شبکه‌های سنتی بوده و تمامی اصول بهره‌برداری و کنترل بر پایه آن‌ها بنا شده است.

اما اکنون، با افزایش چشمگیر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، این پارادایم در حال فروپاشی است. این منابع نوین، فاقد جرم دوار هستند و از طریق تجهیزات الکترونیکی پیچیده‌ای به نام مبدل‌های الکترونیک قدرت (Power Electronic Converters) به شبکه متصل می‌شوند. این مبدل‌ها، که اساساً اینورترهای هوشمند هستند، توان تولیدی را به شکل مناسب برای تزریق به شبکه تبدیل می‌کنند. جایگزینی ژنراتورهای سنکرون با این منابع مبتنی بر مبدل، دو پیامد اساسی و نگران‌کننده دارد. اولاً، اینرسی کلی سیستم به شدت کاهش می‌یابد. در یک شبکه با اینرسی پایین، همان اختلال قبلی (خروج یک نیروگاه) می‌تواند منجر به نرخ تغییر فرکانس (RoCoF) بسیار سریع‌تر و شدیدتری شود که ممکن است از آستانه تحمل تجهیزات و سیستم‌های حفاظتی فراتر رفته و منجر به فروپاشی آبشاری فرکانس و خاموشی گسترده شود. ثانیاً، مبدل‌ها به دلیل محدودیت‌های حرارتی قطعات نیمه‌هادی خود، قادر به تولید جریان‌های خطای بالا نیستند و جریان خروجی خود را در شرایط خطا به مقادیر نزدیک به جریان نامی محدود می‌کنند. این “تضعیف شبکه” باعث می‌شود که سیستم‌های حفاظتی سنتی در تشخیص خطا دچار مشکل شوند که این امر پایداری ولتاژ را به خطر انداخته و می‌تواند رفع خطا را به تأخیر بیندازد. در واقع، ما در حال گذار از یک سیستم قدرت الکترومکانیکی با مشخصه‌های ذاتی پایدارکننده، به یک سیستم الکترونیکی هستیم که پایداری آن دیگر یک ویژگی ذاتی نیست، بلکه باید به طور کامل توسط الگوریتم‌های کنترلی پیچیده و سریع طراحی و مدیریت شود. ⚡️