بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله محاسبه نقطه کار در ریزشبکه های جزیره ای یا جدا از شبکه مورد مطالعه قرار می گیرد. گسترش ریزشبکه ها در شبکه های توزیع باعث گردیده تا مطالعه و بررسی بر روی جنبه های مختلف عملکرد این سیستمها مورد توجه زیاد قرار گیرد. برای بسیاری از مطالعات پایداری سیگنال کوچک، لازم است نقطه کار یک ریزشبکه چه از نقطه نظر شبکه مورد بررسی و چه از منظر پارامتر های داخلی منابع بدقت محاسبه گردد. از طرف دیگر عدم وجود باس بار مبنا یا مادر - slag - در ریزشبکه های جزیره ای امکان استفاده از روش های مرسوم را دچار مشکل می کند. در این مقاله مسئله پخش بار در ریزشبکه های جزیره ای فرموله شده و روش حل ارائه می گردد. سپس پارامتر های داخلی منابع محاسبه می گردند. شبیه سازی زمانی روی یک سیستم نمونه جهت تایید مطالعات تئوریک ارائه می گردد.
واژههای کلیدی پخش بار، ماتریس ژاکوبین، ریزشبکه، منابع اینورتر-پایه..
مقدمه
بخشی از شبکه های توزیع در سیستم های قدرت که دارای منابع مستقل و پراکنده بوده و بتوانند هم بصورت مستقل از شبکه و هم متصل به شبکه به عملکرد خود ادامه دهند ریزشبکه گفته می شود. بطور خاص عملکرد مستقل از شبکه یا جزیره ای ریزشبکه یکی از مفاهیم جدید در شبکه های قدرت می باشد.از نقطه نظر بنیانی یک ریزشبکه مدل کوچک شده یک شبکه الکتریکی متداول می باشد. بعبارت دیگر مدل الکتریکی و توپولوژی یک ریزشبکه تفاوت چندانی با شبکه های بهم پیوسته قدرت ندارد.
با این وجود از نقطه نظر مواردی شبیه نوع و ماهیت منابع، چگونگی عملکرد و کنترل منابع، اندازه پارامتر های استاتیک و حفاظت سیستم یک ریزشبکه تفاوت های محسوس و قابل توجهی با شبکه های الکتریکی مرسوم دارد. بعنوان مثال بسیاری از منابع موجود در یک ریزشبکه،از قبیل منابع وابسته به انرژی های تجدید پذیر، معمولا از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می گردند. به این منابع از این پس در این مقاله منابع "اینورتر-پایه" گفته می شود.
علیرغم اینکه از نقطه نظر تبادل توان در حالت ماندگار چنین منابعی تفاوتی با منابع مبنی بر ژنراتور های سنکرون ندارند، با این وجود رفتار های دینامیکی و نحوه کنترل منابع اینورتر-پایه دارای تفاوت اساسی با این مشخصه ها در ژنراتور های سنکرون می باشند. بر همین اساس است که امروزه مطالعه، بررسی و تحقیق بر روی جنبه های مختلف عملکرد ریزشبکهها از مباحث بسیار مهم در بخش های صنعتی و دانشگاهی در نقاط مختلف دنیا شده است.
رفتار دینامیکی یک ریزشبکه بطور خاص و پایداری حالت ماندگار - یا سیگنال کوچک - آن از مباحث مهم عملکرد این سیستم ها بوده که از طریق خطی سازی حول نقاط کار مختلف انجام می پذیرد. مطالعات نشان داده است که برای نیل به نتایج دقیق و قابل استناد در مطالعات پایداری ماندگار، نیاز به محاسبه دقیق نقطه کار در حالتهای مختلف کاری و بخصوص در ریزشبکه های اینورتر-پایه می باشد .
هدف اصلی این مقاله نیز ارائه روشی برای محاسبه این نقطه کار برای ریزشبکه های دارای منابع اینورتر-پایه می باشد. در این رابطه توجه به این نکته حائز اهمیت است که در یک ریزشبکه جزیره ای یک باس بار مبنی جهت انجام مطالعات پخش بار وجود نداشته و لذا نیاز به استفاده از تکنیک های ویژه ای می باشد. علاوه بر این لازم است نقاط کار متناظر با پارامترهای داخلی منابع اینورتر-پایه و کنترل کننده های متناظر با آن ها نیز بطور مناسب محاسبه گردد.
نقطه کار در ریزشبکه جزیره ای
محاسبه نقطه کار حالت دائمی یک ریزشبکه به معنای تعیین ولتاژ باس ها، جریان کلیه خطوط، توان تولیدی کلیه منابع پراکنده، ولتاژ و جریان خازن و سلف فیلتر منابع اینورتر-پایه، ولتاژ مولفه اصلی اینورتراول و پارامتر هایی از این نوع می باشد. با این توصیف محاسبه نقطه کار را می توان به دو گروه تقسیم نمود. محاسبه نقطه کار پارامترهای سیستم خارج از منابع و یا به تعبیر دیگر مطالعات پخش بار محاسبه نقطه کار پارامترهای سیستم درون منابع . بخش اول شامل حل یک مسئله پخش بار مخصوص ریزشبکه ها در حالت جزیره ای می باشد که نتیجه آن بدست امدن نقطه کار سیستم قدرت است. با استفاده از نتایج بخش اول و معادلات حالت دائمی منابع، نقطه کار درون منابع - شامل پارامترهای مرتبط با سیستم کنترل بدست می اید.
پخش بار
محاسبات پخش بار به عنوان پایه تحلیل و کنترل سیستم های قدرت، به صورت گسترده مطالعه شده است. یک ریزشبکه نیز به عنوان یک سیستم قدرت این نوع مطالعات را به نوبه خود می طلبد. در ریزشبکه ها معمولا تنظیم کننده های مستقل فرکانس با توجه به ملاحظات مختلف مورد استفاده قرار نمی گیرند.
همچنین تولید کننده ها معمولا از نوع تولیدات پراکنده - DG - بوده که سطح تولید توان به مراتب کمتری نسبت به ژنراتورهای سیستم قدرت دارند. به عبارت دیگر در یک ریزشبکه ژنراتوری که به تنهایی توانایی برقراری تعادل طی افزایش بار را داشته باشد، وجود ندارد. با این اوصاف معمولا باس بار مبنا یا مادر در یک ریزشبکه وجود نداشته و امکان تعریف آن در محاسبات پخش بار وجود ندارد. درنتیجه روش های پخش بار سنتی نیاز به اصلاحاتی دارند. در ادامه ابتداء روش سنتی پخش بار نیوتن-رافسون بیان شده و سپس صورت مسئله پخش بار در ریزشبکه های جزیره ای تعریف شده و حل آن ارائه می گردد.
بخش بار کلاسیک
در مسئله کلاسیک پخش بار باس های سیستم به سه دسته تقسیم بندی می شوند باس مادر که وظیفه آن حفظ فرکانس سیستم طی تغییرات بار می باشد و معمولا نیروگاهی در نظر گرفته می شود که پاسخ سریعی داشته باشد. با توجه به تجهیزات سیستم تحریک ولتاژ باس مربوطه در مقدار ثابتی حفظ شده ولی به خاطر شناور بودن تولید آن اطلاعات تولید توان معلوم نیست. برای این باس زاویه فازور ولتاژ صفر در نظر گرفته می شود.
باس کنترل شده با ولتاژ که باس مابقی ژنراتور ها می باشد. ولتاژ و توان تزریقی به شبکه این باس مشخص است. باس بار که مربوط به مصرف کننده های سیستم می باشد و مقدار توان اکتیو و راکتیو تزریقی به شبکه مشخص دارند. صورت مسئله پخش بار به این صورت است که زاویه ولتاژ تمامی باس ها بجز اسلگ و اندازه ولتاژ باس های PQ مجهول می باشد. از طرفی توان های اکتیو در تمامی باس ها بجز اسلگ و توان های راکتیو در باس های PQ مشخص می باشند. با استفاده از معادلات آشنای1و2 تعداد معادلات و مجهول ها برابر شده و مسئله قابل حل می باشد.
پخش بار در مایکروگرید جزیره ای
مسئله پخش بار برای ریزشبکههای جزیره ای اینورتر-پایه دارای نکات ویژه ای می باشد. یکی از این نکات فقدان باس بار مبنا یا مادر در سیستم های ریزشبکه می باشد. منابع اینورتر-پایه معمولا در دو حالت کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند. حالت کنترلی PQ و حالت کنترلی .Vsi در حالت اول سیستم کنترلی منبع را در شرایط تولید مقادیر مرجع توان اکتیو و راکتیو به ازای نقاط کار مختلف سیستم قرار می دهد.
در حالت دوم منبع اینورتری عملکرد یک ژنراتور سنکرون را شبیه سازی می کند و تثبیت کننده ولتاژ و فرکانس سیستم می باشد. نتیجتا وجود حداقل یک اینورتر در حالت کاری Vsi برای ریزشبکه لازم است. در این حالت اینورتر مانند یک منبع ولتاژ عمل می کند که اندازه ولتاژ و فرکانس آن بوسیله مشخصه های افتی کنترل می شود. تزویج مشخصه های افتی با توان اکتیو و راکتیو تولیدی منبع، تقسیم توان بین منابع حالت کنترلی Vsi ریزشبکه را در پی دارد. استفاده از این مشخصه ها نیاز به لینک مخابراتی جهت تقسیم توان را ازبین برده و خاصیت را در ریزشبکه بوجود می آورد.
