حفاظت رکوف (ROCOF)

استقرار در مقیاس بزرگ منابع انرژی تجدیدپذیر و توزیع شده در حال تبدیل شدن به پایه اصلی انتقال شبکه الکتریکی به آینده انرژی پایدار است. در حالی که پیشرفت در این زمینه مثبت بوده است، چالش‌های فنی قابل‌توجهی و انحراف از روش‌های حفاظت سنتی برای اطمینان از قابلیت اطمینان و پایداری مداوم شبکه توزیع وجود دارد. برای شبکه توزیع مدرن با تولید در سراسر شبکه های ولتاژ متوسط، تکنیک های حفاظتی جدیدی برای شناسایی سناریوهای جزیره ای مورد نیاز است، که تکنیک حفاظت غیرفعال اولیه امروزه نرخ تغییر فرکانس یا حفاظت رکوف (ROCOF) است. در این مقاله به بررسی مختصری از این قابلیت می پردازیم.

سناریوی کاربردی

دوران مدل سنتی تولید متمرکز سیستم های قدرت گذشته است. در کوئینزلند استرالیا، تولید فتوولتائیک روی پشت بام (PV) بیش از 4 گیگاوات است که مجموع دارایی تولید بزرگتر از هر نیروگاه معمولی در تمام استرالیا است. منابع انرژی توزیع شده در مقیاس شبکه با سرعتی وحشتناک در حال افزایش هستند، زیرا هزینه نهایی تولید به محض استفاده از سرمایه برای ایجاد مزرعه بادی یا آرایه PV در مقیاس شبکه، عملاً صفر می شود.

صرف نظر از اقتصاد، چالش حفظ پایداری شبکه در هنگام توزیع تولید، چالش جدیدی را برای مهندسین حفاظت ایجاد می کند. از جمله مسائل کلیدی، تشکیل «جزیره» است. سناریویی که در آن یک بخش فرعی از شبکه از باقیمانده شبکه برق جدا می شود که فقط توسط منبع انرژی توزیع شده محلی آن (DER) پشتیبانی می شود.

از نقطه نظر فنی، برای اینکه این جزیره پایدار بماند، توان واقعی و راکتیو مصرف شده توسط بار باید دقیقاً با تولید مطابقت داشته باشد – سناریویی که زمانی غیرمحتمل به نظر می رسید، اما رویدادهای میدانی منتشر شده در برزیل و اسپانیا نشان می دهد که سناریوهای جزیره ای برای مدت زمان قابل توجهی پایدار هستند. احتمال آسیب دیدگی/آسیب به تجهیزات در شرایط جزیره ای همچنان مورد بحث است، اما استانداردهای فنی فعلی در بیشتر کشورها در سطح جهانی الزام می کند که جزایر شناسایی شوند و سپس به دلایل ایمنی از کار بیفتد.

برای حل این چالش، مجموعه ای از عملکردهای حفاظتی برای تشخیص وضعیت جزیره ای از دیدگاه ژنراتور تکامل یافته است. ROCOF یک تکنیک اساسی ضد جزیره ای است، در کنار سایر تکنیک های غیرفعال مانند تغییر بردار ولتاژ و حفاظت VAR معکوس. تکنیک‌های فعال نیز وجود دارند که معمولاً توسط دستگاه‌های الکترونیک قدرت مانند اینورتر هدایت می‌شوند، اما برای روش‌های سوئیچ‌گیر فعلی و رله‌های حفاظتی، تکنیک‌های غیرفعال بسیار رایج‌تر مورد استفاده هستند. تکنیک‌های حفاظت غیرفعال نیز محدودیت‌های خود را دارند، اما مهندسان با درک کامل اصول عملیات حفاظت می‌توانند عملکرد این ویژگی‌ها را بهینه کرده و در کاربرد آن‌ها قضاوت ایمن و محتاطانه داشته باشند.

رکوف

اساساً، حفاظت رکوف فرکانس ولتاژ را در یک نقطه بررسی می‌کند و آن را در طول زمان مقایسه می‌کند تا تخمینی از تغییر فرکانس در طول زمان بدست آورد. اصل مفهومی عملیات این است که پایداری شبکه یک تطابق بین بار و تولید را الزامی می‌کند و اگر این عدم تعادل باشد، فرکانس بر اساس تولید اضافی یا کمبود تولید به ترتیب افزایش یا کاهش می‌یابد. در سناریویی که یک بخش شبکه با یک DER جزیره ای می شود، احتمال عدم تطابق بار زیاد است، بنابراین فرکانس تنظیم می شود و این حرکت می تواند توسط رله های حفاظتی شناسایی شود و ژنراتور را می توان برای خاموش کردن جزیره خاموش کرد. . البته، این همچنین بزرگترین مشکل ROCOF را برجسته می کند – اگر یک جزیره شبکه با بار و تولید مطابقت داشته باشد، ROCOF این سناریو را نخواهد دید. مهندسان حفاظت باید از این منطقه غیر شناسایی آگاه باشند و بر این اساس طرح‌های حفاظتی را طراحی کنند.

که در این رابطه:

هر چه عدم تطابق بین بار و تولید بیشتر باشد، ROCOF تخمین زده شده در طول شروع جزیره بزرگتر است. همچنین مهم است که توجه داشته باشید که افت لحظه ای ولتاژ بزرگ می تواند در طول عملیات شبکه رخ دهد که منجر به ROCOF عظیم اما موقت می شود، اما این‌ها عملیات مورد نظر نیستند. بنابراین، معمولاً یک زمان عملیاتی 500 میلی‌ثانیه اعمال می‌شود، زیرا افت ولتاژ غیر جزیره‌ای نباید برای چنین دوره‌ای باقی بماند.

با کاهش اینرسی تولید شبکه، ROCOF به طور کلی افزایش می‌یابد که منجر به نوسانات گسترده‌تر فرکانس تحت اختلالات شبکه می‌شود. سناریوهای ROCOF بالا می‌توانند برای منابع تولید معمولی فاجعه‌بار باشند، زیرا لغزش قطب می‌تواند در حدود 1.5 هرتز در ثانیه تا 2 هرتز بر ثانیه رخ دهد، و در یک ضریب توان پیشرو، لغزش‌های قطب می‌تواند در 1 هرتز بر ثانیه رخ دهد. استانداردهای جهانی برای تنظیمات حفاظت رکوف متفاوت است، اما نمونه هایی برای محدودیت ها شامل محدودیت کد شبکه ROCOF ایرلندی 0.5 هرتز بر ثانیه، محدودیت ایرلند شمالی 1 هرتز بر ثانیه است. الزامات شبکه ملی بریتانیا برای تمام سایت های نسل جدید که پس از ژوئیه 2016 راه اندازی شده اند به 1 هرتز بر ثانیه بیش از 500 میلی ثانیه محدود می شوند. قوانین ملی برق استرالیا حداقل استاندارد دسترسی را 1 هرتز بر ثانیه برای 1 ثانیه و 4 هرتز بر ثانیه برای 250 میلی ثانیه ذکر می کند. خود ارائه دهندگان خدمات شبکه توزیع محدودیت های خاص خود را دارند که اغلب از نهادهای نظارتی گرید سخت تر است. نمونه هایی از استرالیا در جدول 1 آمده است.

در استرالیا، اتصال تولید توزیع شده در مقیاس شبکه، گنجاندن حفاظت رکوف را الزامی می کند. در حالی که ممکن است کمیت عملیاتی تجویز شده به روز شود، همه پروژه ها به قابلیت شناسایی و عملیات بر روی این مقادیر نیاز دارند.

با توجه به اینکه منابع انرژی تجدیدپذیر معمولاً حداکثر جریان‌های خطای کمتری را نسبت به تولید همزمان نشان می‌دهند، دستگاه OSM Recloser شرکت NOJA Power به طور فزاینده‌ای به عنوان نقطه اتصال قطع کننده مدار برای این تأسیسات استفاده می‌شود. کنترلر NOJA Power RC20 دارای ROCOF به عنوان استاندارد است، همراه با پلتفرم RC10/15 پیاده سازی ROCOF که برای انتشار با انتشار فریمور 1.24 آینده نقشه برداری شده است. با این ویژگی‌های موجود در محصول اصلی، مهندسان حفاظت می‌توانند با استفاده از یک محصول یکپارچه استاندارد، الزامات استاندارد دسترسی AEMO را برآورده کنند.