بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزیابی پایداري فرکانسی ریزشبکه جزیره اي شامل منابع تولید پراکنده توسط درخت تصمیم گیري
چکیده : ریزشبکه ها ، سیستم هاي قدرت در سطح ولتاژ توزیعی هستند که شامل یک گروه از تولیدات پراکنده ، بارها و سیستم هاي ذخیره ساز انرژي می باشند . علاوه بر عملکرد متصل به شبکه ، ریزشبکه در حالت جزیره اي نیز می تواند به کار خود ادامه دهد . وابسته به شرایط کاري ریزشبکه و نیز محدودیت هاي سیستم ذخیره ساز انرژي ، ریزشبکه پس از جزیره اي شدن ممکن است دچار ناپایداري فرکانسی شود . در این مقاله ، از درخت تصمیم گیري که یکی از روش هاي شناسایی الگو است ، براي ارزیابی پایداري فرکانسی ریزشبکه استفاده می شود . بدین منظور سناریوهاي مختلف تولید- مصرف شبیه سازي می شود و رفتار دینامیکی آنها با توجه به معیار پایداري فرکانسی مورد ارزیابی قرار می گیرد و در نهایت یک مجموعه داده بدست می آید که توسط آن ، یک درخت تصمیم گیري آموزش داده می شود . همانطور که در نتایج تست روش پیشنهادي نشان داده شده است ، درخت تصمیم گیري می تواند پایداري فرکانسی ریزشبکه پس از جزیره اي شدن را به سرعت و با دقت بالا پیش بینی کند .
واژه هاي کلیدي : تولید پراکنده ، ریزشبکه ، عملکرد جزیره اي ، پایداري فرکانسی ، درخت تصمیم گیري
-1 مقدمه :
در سال هاي اخیر ، عواملی نظیر کاهش منابع سوخت فسیلی ، مسائل زیست محیطی و مسائل فنی نظیر قابلیت اطمینان ، کیفیت توان و شرکت در بازارهاي برق ، سبب افزایش حضور تولیدات پراکنده (DG) در سیستم قدرت شده است . این حضور روز افزون DG ها و توجه به مسئله کنترل هماهنگ آنها ، مفهوم جدیدي به نام ریزشبکه1 را در سیستم قدرت پدید آورده است . ریزشبکه
ها ، سیستم هاي قدرت در سطح ولتاژ توزیعی هستند که داراي یک گروه از DG ها ، بارها و سیستم هاي ذخیره ساز انرژي (ESS) می باشند . [1] سیستم کنترل نظارتی ریزشبکه ، داراي یک ساختار سلسله مراتبی سه سطحی است که در سطح اول آن، اپراتورشبکه توزیع و اپراتور بازار و در سطح دوم و سوم ، به ترتیب کنترل هاي مرکزي و محلی قرار دارند . [2] در شرایط عادي ، ریزشبکه به شبکه توزیع بالادست (شبکه اصلی) متصل است و با آن تبادل توان می کند . ولی پس از وقوع اختلال در شبکه اصلی نظیر اتصال کوتاه یا فروپاشی ولتاژ ، ریزشبکه از شبکه اصلی جدا می شود و به حالت جزیره
اي می رود ؛ در این حالت ، ESS به عنوان کنترل اولیه فرکانس و DG هاي کنترل پذیر نظیر دیزل ژنراتور (DE) ، میکروتوربین (MT) و پیل سوختی (FC) به عنوان کنترل ثانویه فرکانس عمل می کنند . [3,4] پس از جزیره اي شدن ریزشبکه ، بین تولید و مصرف در آن عدم تعادل به وجود می آید که این امر ، بررسی پایداري فرکانسی را ایجاب می کند ؛ پایداري فرکانسی ، به توانایی سیستم براي حفظ یا بازگرداندن تعادل تولید و مصرف مرتبط است . [5 ] وقتی ریزشبکه به حالت جزیره اي می رود ، وابسته به شرایط کاري آن و نیز محدودیت هاي ESS ، ریزشبکه ممکن است دچار ناپایداري فرکانسی شود . [6 ] روش هاي ارزیابی پایداري فرکانسی سیستم هاي قدرت به دو دسته تقسیم می شوند : -1 روش هاي تحلیلی . -2 روش هاي مبتنی بر شناسایی الگو .
روش هاي تحلیلی ، به خودي خود داراي دو گونه اند : -1 روش حوزه زمانی . -2 روش مبتنی بر پاسخ فرکانسی سیستم . (SFR ) روش حوزه زمانی شامل حل عددي تعداد زیادي از معادلات دیفرانسیلی- جبري غیرخطی توصیف کننده دینامیک هاي اجزاء مختلف سیستم است که امري بسیار زمانبر می باشد . [6] در روش مبتنی بر مدل SFR ، یک مدل ساده شده از سیستم در نظر گرفته می شود که در آن از دینامیک هاي الکتریکی سیستم (مثل دینامیک ژنراتورها و اینورترها) و نیز از آرایش سیستم (خطوط واصل بین باس هاي سیستم) صرف نظر می شود [7,8] و بنابراین داراي خطاي ذاتی می باشند که این خطا وابسته به شرایط کاري می تواند کم یا زیاد باشد . [9] بنابراین ، روش هاي تحلیلی یا زمانبر هستند یا به علت عدم در نظر گرفتن همه دینامیک هاي سیستم داراي خطاي ذاتی می باشند . بر این اساس ، روش هاي مبتنی بر شناسایی الگو مورد توجه قرار می گیرند . در این روش ها ، بر مبناي یک مجموعه داده که شامل شرایط کاري مختلف سیستم و رفتار دینامیکی از قبل آنالیز شده سیستم به ازاء آنهاست ، یک ساختار شناسایی الگو آموزش داده می شود که می تواند پایداري فرکانسی سیستم را به سرعت و با دقت بالا پیش بینی کند . در [10-13] از روش هاي شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و درخت تصمیم گیري (DT) براي ارزیابی سریع امنیت دینامیکی از منظر پایداري فرکانسی و نیز کنترل پیشگیرانه در یک سیستم قدرت ایزوله شده داراي نفوذ زیاد تولید بادي ، به ازاء اغتشاشاتی نظیر تغییر تولید واحد بادي و خروج یک واحد تولیدي گازي، استفاده شده است . در [14] از روش ELM براي بررسی پایداري فرکانسی به ازاء خروج یک واحد تولیدي استفاده شده است . در این مقاله ، از روش DT براي ارزیابی سریع پایداري فرکانسی یک ریزشبکه جزیره اي استفاده شده است . همانطور که در نتایج تست روش پیشنهادي نشان داده شده است ، DT می تواند پایداري فرکانسی ریزشبکه را پس از جزیره اي شدن ، به سرعت و با دقت بالا پیش بینی کند .
-2 کنترل ولتاژ/ فرکانس ریزشبکه :
در حالت وصل به شبکه ، ولتاژ و فرکانس ریزشبکه توسط شبکه اصلی تنظیم می شود و تمام DG ها در حالت تنظیم توان اکتیو/ راکتیو کار می کنند . پس از جزیره اي شدن ریزشبکه ، ESS به علت داشتن دینامیک بسیار سریع جهت تزریق توان اکتیو به ریزشبکه به عنوان کنترل اولیه عمل می کند و سپس سایر DG هاي کنترل پذیر با تغییر تدریجی توان اکتیو خود ، توان اکتیو ESS را به صفر می رسانند و به عبارتی به عنوان کنترل ثانویه فرکانس عمل می کنند . [4] نحوه عملکرد کنترل هاي اولیه و ثانویه فرکانس ریزشبکه پس از جزیره اي شدن ، بطور نوعی در شکل (1) نشان داده شده است . بعلاوه در حالت جزیره اي ، حلقه کنترل ولتاژ ESS و سایر کنترل کننده هاي محلی ولتاژ نظیر سیستم هاي تحریک ژنراتورهاي سنکرون ، ولتاژ ریزشبکه را کنترل می کنند .
حلقه هاي کنترلی ESS در حالات کاري مختلف ریزشبکه در شکل (2) نشان داده شده اند [15] که در آن fref و Vref توسط مشخصه هاي افتی تنظیم می شوند.
در رابطه (1) ، f0 و V0 ولتاژ و فرکانس بی باري ، kP و kQ شیب افتی مشخصه ها و P و Q توان اکتیو و راکتیو خروجی ESS هستند .
کنترل ثانویه توسط DG هاي کنترل پذیر می تواند به صورت هاي مرکزي یا محلی باشد ؛ در این مقاله ، کنترل ثانویه به صورت محلی در نظر گرفته شد که دیاگرام کنترلی آن در شکل (3) آمده است .
