بخشی از مقاله
چکیده – هر روزه با گسترش تکنولوژي شبکههاي هوشمند، تجهیزات مختلفی به منظور بهبود کیفیت توان به شبکه افزوده میشود. یکی از مهمترین مسایل در زمینه بهبود کیفیت توان، بهبود پروفیل ولتاژ در سطوح مختلف شبکه میباشد . امروزه با کمک ساختار مدیریتی و کنترلی ایجاد شده در شبکههاي هوشمند، روشهاي جدیدي در جهت بهبود پروفیل ولتاژ بوجود امده است. در این مقاله به بررسی دو روش ریزش بار و هماهنگ سازي منابع تزریق توان راکتیو جهت بهبود پروفیل ولتاژ در شبکههاي توزیع پرداخته شده است. براي این منظور، یک سیستم مدیریتی غیر متمرکز بمنظور هماهنگ سازي تجهیزات در جهت بهبود ولتاژ ارایه میگردد و در اخر، براي نمایش صحت مطالب ارائه شده، نتایج بر روي شبکه 69 شینه پیاده سازي گردیده است.
-1 مقدمه
در شبکه هاي توزیع قدیمی، افزایش بار افت ولتاژ زیادي را در انتهاي خط به همراه دارد که این موضوع سبب آسیب رسیدن به بعضی از لوازم مشترکین میگردد. با معرفی شبکه هاي هوشمند و ساختار کنترلی هوشمند آنها، امکان افزایش استفاده از منابع تولید پراکنده به همراه ذخیرهکنندههاي انرژي و از طرف دیگر کنترل بارها در سطح گسترده فراهم گردید. منابعی که در شبکه هاي سنتی کار میکنند به دلیل عدم هماهنگی با بقیه منابع شبکه گاها سبب نوسانات ولتاژ در شبکه میگردند[1]، این در حالی است که در شبکههاي هوشمند این نوسانات به حداقل مقدار خود کاهش یافته و این منابع تبدیل به عاملی جهت تثبیت اندازه ولتاژ گردیدهاند. نمونه اي از این ذخیرهکنندههاي انرژي، خودروهاي شارژي متصل به شبکه هستند که در آینده نزدیک می توانند نقش تاثیرگزاري را در کیفیت توان بر عهده گیرند.[2] از طرف دیگر منابع انرژي پراکنده که با استفاده از اینورتر به شبکه متصل می گردند میتوانند فرصت خوبی را جهت پاسخ گویی آنی به تغییرات ولتاژ و تصحیح آن فراهم آورند.[3-4]
در شبکه هاي هوشمند دو روش کنترل متمرک ز و غیرمتمرکز جهت مدیریت تجهیزات استفاده میگردد.[5] در مدیریت متمرکز تمام اجزاي شبکه زیر نظر یک مدیر واحد کار مینمایند. به دلیل افزایش زمان تصمیم گیري، این روش براي استفاده در شبکههاي کوچک مناسب است. از این شیوه مدیریتی می توان براي کنترل ولتاژ در سطح سیستم انتقال توسط منابع تولید و ذخیره انرژي پراکنده بهره جست.[6,7] اما در این روش زمان پاسخگویی مرکز مدیریت به دلیل حجم بالاي تصمیم گیريهاي مورد نیاز افزایش میابد و امکان کنترل سریع تجهیزات مشکل میباشد. در روش دیگر - یا مدیریت غیرمتمرکز - ، مدیریت تجهیزات در هر قسمت شبکه به یک مدیر سپرده میشود. این روش براي استفاده در شبکههاي بزرگ بسیار مناسب است زیرا زمان پاسخگویی براي مدیریت تجهیزات کاهش میابد.
در این مقاله ساختارهاي ایجاد شده در جهت کنترل ولتاژ در شبکه هاي توزیع هوشمند بررسی شده و دو روش ریزش بار و هماهنگسازي منابع جهت بهبود ولتاژ در شبکههاي هوشمند بررسی گردیده است. از طرف دیگر، یک سیستم مدیریتی سه لایه بر مبناي مدیریت غیر متمرکز جهت هماهنگ کردن منابع وحتله ذخیره کنندههاي انرژي ارایه شده است. در انتها نتایج براي بهبود پروفیل ولتاژ بر روي شبکه 69 شینه توزیع پیاده سازي میشود.
-2 سیستم مدیریتی سه لایه
بر طبق الگوریتم - ICS - Incident Command System در مواردي که تعداد زیادي از افراد و یا وسایل در زمینههاي گوناگون جهت رسیدن به یک هدف مشترك کار مینمایند، میتوان با استفاده از مدیریت واحد و سلسله مراتب فرماندهی راندمان کار را افزایش داده و زودتر به نتیجه رسید.[8]
بر طبق این الگوریتم، اعضایی را که در یک راستا کار میکنند در یک گروه قرار داده و براي آنان یک مدیر انتخاب میشود . در انتها تمام افراد بایستی در یک گروه قرار گرفته و وظایف خود را از مدیر آن گروه دریافت و گزارش کار خود را براي او ارسال نمایند. حال براي تعدادي از مدیران، یک مدیر بالادست انتخاب میگردد که مسئول تعیین وظایف و دریافت گزارش از مدیران پایین دست خود است. این حلقه تا جایی ادامه میابد که تمام مدیران شبکه زیر نظر یک مدیر و یا رهبر واحد قرار گیرند.
در شبکههاي هوشمند Energy Management System - EMS - به عنوان بالاترین مدیر شبکه به شمار میرود. به عبارت دیگر این مرکز وظیفه کنترل و مدیریت منابع، خطوط، پستها و مصرف کنندگان و سایر اجزاي شبکه را بر عهده دارد. داشتن یک مرکز مدیریت قوي در جهت رسیدن به اهداف گوناگونی در شرایط کاري مختلف بسیار سودمند است. به عنوان نمونه این مرکز می تواند با تصمیم گیري به موقع و صحیح در زمینه کنترل ژنراتورها و منابع تولید و ذخیره انرژي و از سوي دیگر با قطع بار - load shedding - از بروز یک فروپاشی ولتاژ در شبکه جلوگیري نماید.
در شبکههاي بسیار بزرگ قرار دادن مسئولیت تمام تصمیمگیري ها بر عهده EMS سبب کاهش بازده و افزایش زمان تصمیمگیري ها میگردد. در این گونه موارد بایستی تصمیمگیري درباره بعضی از مسائل جزیی را به مدیران پایین دست واگذار نمود. به عنوان نمونه میتوان تصمیم گیري درباره مسایل هرفیدر توزیع را به یک Distribution Management System - DMS - واگذار نمود. هر DMS به عنوان دومین لایه مدیریتی، به عنوان مدیریت کننده یک فیدر توزیع بشمار میرود و مدیریت منابع تولید پراکنده، بارها، خطوط و سایر تجهیزات را در این شبکه توزیع بر عهده میگیرد. از طرفی DMS فقط مجاز به تصمیم گیري درباره مسائلی است که اثرات مخربی بر بقیه نقاط شبکه نداشته باشند. در مواردي که احتمال تاثیر مخرب بر بقیه نقاط شبکه وجود دارد EMS بایستی خود اقدام به تصمیمگیري نماید. از طرف دیگر در یک فیدر توزیع ممکن است صدها خانه، کارگاه، مغازه و یا کارخانه وجود داشته و هر کدام از این مکانها شامل منابع و بارهاي زیادي باشد. لذا در این مرحله سومین حلقه مدیریتی به شبکه اضافه می گردد . در این مرحله کنترلر ها کنترل منابع و بارهاي داخل هر خانه و یا مجموعه دیگر را بر عهده میگیرند.
هر بار و یا منبع بایستی از قبل براي کنترلر معرفی شده باشد. به عبارت دیگر کنترلر بایستی از میزان حداقل و حداکثر مصرف و یا تولید انرژي و همچنین روش کنترل این انرژي اگاه باشد. کنترلر ها این کنترل و شناسایی را توسط سوکتهاي هوشمند [9] انجام می دهند. در شکل 1 سیستم مدیریت سه لایه مطرح شده نشان داده شده است.
-3کنترل ولتاژ در یک شبکه توزیع هوشمند
با توجه به ساختار مدیریتی مطرح شده، میتوان کنترل ولتاژ در شبکه هاي توزیع را بر عهده DMS آن فیدر قرار داد. در این میان DMS به عنوان عامل تصمیم گیري، EMS به عنوان ناظر و در اخرین لایه، کنترل کننده به عنوان عامل انجام کار و مدیریت کننده بار بصورت محلی شمرده میشوند. در شبکههاي هوشمند زیر ساخت ارتباطی و مدیریتی ایجاد شده باعث ایجاد دو روش جدید جهت کنترل ولتاژ شده است:
-1 کاهش میزان مصرف بارها
-2 تغییر میزان تزریق توان اکتیو و راکتیو توسط منابع وذخیره کننده هاي انرژي
-1-4 کاهش میزان مصرف بارها
افزایش میزان مصرف توسط بارهاي یک فیدر سبب ایجاد افت ولتاژ و کاهش کیفیت توان میگردد. در شبکه هاي قدیمی جهت کاهش میزان مصرف، برق برخی از فیدرها و یا بارهاي بزرگ قطع میگردید. این امر نارضایتی مشترکینی که برق آنها قطع گردیده بود را به همراه داشت.
در شبکه هاي هوشمند با لحظهاي شدن قیمت مصرف انرژي، امکان بهبود ولتاژ با استفاده از این قابلیت در فیدرهاي توزیع فراهم گردیده است . هنگامی که مصرف در یک فیدر افزایش میابد، ممکن است افت ولتاژ در انتهاي خط از مقدار مجاز بیشتر گردد.
