Abstract
This paper proposes a time series simulation methodfor analysis of slow dynamics caused by intermittent Distributed Energy Resources (DERs) indistribution systems. Traditional single snapshot power flow simulations may not be suitable for analysis of modern distribution systems since they are not able to capture the effects of slow dynamic phenomena caused by DER intermittency. Electro-magnetic transient program (EMTP) based simulations definitely can handle non-stationary effects of DER, however, they can be very time consuming when long term simulation times are required or large scale systems are analysed. The proposed time series simulation method is based on multi-snapshot load-flow calculations and assigns a time stamp to the results obtained by each snapshotload-flow calculation. The proposed time series simulation starts when the system status changes (e.g., DG output change) and stops when the system reaches steady state. The proposed time series simulation method allows modelling the control logic of traditional distribution devices such as Load Tap Changers (LTC), voltage regulators, and capacitor banks. Furthermore and most important, the proposed method allows modelling modern and advanced control applications such as dynamic voltage support via DG units, DG voltage protection, charging and discharging of Battery Energy Storage Systems (BESS). The roposedmethodology is tested on a modified IEEE 13-bus distribution feeder for two cases: 1) photovoltaic (PV) DG dynamic voltage regulation, and 2) combined operation of a PV DG plant and a BESS. The results obtained by the proposed method are compared with those obtained using an EMTP based simulation. The results of this comparison demonstrate the accuracy, high performance and efficiency of the proposed method
چکیده
این مقاله، یک روش شبیه سازی سری های زمانی را برای تحلیل دینامیک های کند ناشی از منابع انرژی پراکنده (DER) متناوب در سیستم های توزیع، پیشنهاد می کند. ممکن است شبیه سازی های پخش توان تک لحظه ای سنتی برای تحلیل سیستم های توزیع پیشرفته مناسب نباشد، زیرا آنها قادر به ثبت اثر پدیده دینامیک کند ناشی از تناوب DER نیستند. شبیه سازی های مبتنی بر برنامه گذرای الکترومغناطیسی (EMTP)، به طور مشخص می توانند با اثرات غیر ساکن DER کار کنند، با این وجود، در مواقعی که زمان های شبیه سازی بلند مدت مورد نیاز باشد یا سیستم های بزرگ تحلیل شوند، می توانند بسیار زمان بر باشند. روش شبیه سازی سری های زمانی پیشنهادی، بر مبنای محاسبات پخش بار چند لحظه ای می باشد و یک مهر زمانی را به نتایج بدست آمده توسط هر محاسبه پخش بار لحظه ای، تخصیص می دهد. شبیه سازی سری های زمانی وقتی شروع می شود که وضعیت سیستم تغییر می کند (برای مثال تغییر خروجی DG) و وقتی متوقف می شود که سیستم به حالت پایدار می رسد. روش شبیه سازی سری های زمانی پیشنهادی، اجازه مدلسازی منطق کنترل تجهیزات توزیع سنتی مانند تغییر دهنده های تپ بار (LTC)، تنظیم کننده های ولتاژ و بانک های خازنی را می دهد. به علاوه و مهم تر از آن، روش پیشنهادی مدلسازی کاربردهای کنترل مدرن و پیشرفته مانند پشتیبانی ولتاژ دینامیک از طریق واحدهای DG، حفاظت ولتاژ DG، شارژ و تخلیه سیستم های ذخیره انرژی باتری (BESS) را ممکن می سازد. روش پیشنهادی بر روی یک تغذیه کننده توزیع 13 شینه IEEE اصلاح شده برای دو حالت، تست شده است: 1) تنظیم ولتاژ دینامیک DG فتوولتائیک (PV) و 2) عملکرد ترکیبی یک نیروگاه DG PV و یک BESS. نتایج بدست آمده توسط روش پیشنهادی با نتایج بدست آمده با استفاده از شبیه سازی مبتنی بر EMTP مقایسه شده اند. نتایج این مقایسه، دقت، عملکرد بالا و کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد.
-1مقدمه
ازدیاد منابع انرژی پراکنده (DER) و الحاق آنها در هر دوی سیستم های توزیع و انتقال، یکی از مهم ترین چالش ها و تبدیلات سیستم های توان الکتریکی مدرن است. ازدیاد DER، در حال جابجایی تمرکز صنعت از تولید توان با مقیاس بزرگ مرکزی به تولید توان با مقیاس کوچک پراکنده است. به منظور جا دادن DER در سیستم های توان الکتریکی، تعداد قابل توجهی از مطالعات باید انجام شود، مانند تحلیل پخش بار، مطالعه گذرای ولتاژ، مطالعه جزیره ای شدن و مرور روند [1]-[2]. این مطالعات نیاز به ساخت مدل های محاسباتی و انجام شبیه سازی های مفصل با خطوط زمانی در محدوده چند ثانیه (مانند مطالعات جزیره ای شدن و زمین کردن) تا یک سال (مانند تحلیل های نمایه بار و نمایه ولتاژ سالانه) دارند. متداول ترین شبیه سازی های مورد نیاز برای مطالعات الحاق DER می توانند به طور گسترده به دو دسته تقسیم شوند: 1) مدلسازی و تحلیل مبتنی بر برنامه گذرای الکترومغناطیسی (EMTP) [3]-[4] که عمدتا برای تحلیل گذرای سریع مانند کلیدزنی خازن، مطالعات جریان هجومی، مطالعه جزیره ای شدن هستند و 2) مدلسازی و تحلیل مبتنی بر برنامه پخش بار[5]-[9] که عمدتا برای تحلیل حالت پایدار یا دینامیک کند مانند تحلیل بدترین سناریو مبتنی بر شبیه سازی پخش بار، تحلیل تلفات و بارگذاری و تحلیل عملکرد LTC، هستند…