بخشی از مقاله
چکیده - شبکههای نوین تولید به افزایش هوشمندی و انعطاف پذیری در کنترل و بهینه سازی برای اطمینان از تعادل بار-تولید و جلوگیری از اختلالهای جدی در شبکه نیاز دارد. امروزه این مساله باعث افزایش تعداد مایکروگریدها در شبکه شده است. مایکروگریدها عمدتا از انرژیهای تجدیدپذیر که به صورت طبیعی تغییر میکنند برای تولید برق استفاده میکنند. این تغییرات و عدم قطعیت در شبکههای قدرت باعث افزایش استفاده از کنترلکنندههای متنوع از جمله کنترلکننده های ساده PI شده است. در پاسخ به این چالش، مقاله حاضر راهکاری نوین برای تعیین ضرایب PI بر مبنای تغییرات پارامترهای مرتبط با استفاده از منطق فازی برای کنترل فرکانس و ولتاژ ارائه می دهد.
-1 مقدمه
افزایش تقاضا برای انرژی باعث واردشدن چندین منبع غیرمعمول برای تولید برق شده است که افزایش پیچیدگی شبکه و عدم قطعیت در شبکه را بالا برده است. انرژیهای تجدیدپذیر عمده این منابع هستند که از آن جمله موتورهای احتراق داخلی، میکروتوربینها، سلولهای فتوولتاییک، توربینهای بادی، پیل-های سوختی و باتریها را میتوان نام برد. اگرچه استفاده از این منابع مزایای زیادی دارد اما بهرهبرداری همزمان آنها با شبکه اصلی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
اساس وارد کردن مایکروگریدها در شبکه برمبنای افزایش توانایی شبکههای متداول قدرت میباشد و همچنین مسائل اقتصادی و محیط زیست براین مساله سایه افکنده است. منابع تولید پراکنده DG - Distributed Generations - در سطح ولتاژهای پایین قرار گرفتهاند و اتصال این DGها به شبکه اصلی که سطح ولتاژ بالایی دارد چالشی جدید از جمله پایداری شبکه، کیفیت برق و عملکرد شبکه را به دنبال دارد. برای تعیین ضرایب PI - Proptional Integral - از روشهای مختلفی از روش قدیمی تا روش هوشمند PSO- Fuzzy استفاده شده است. در این مقاله از ایده منطق فازی برای بهبود نتایج بهره گرفته شده است.
-2 شبکههای هوشمند
شبکههای هوشمند توزیع انرژی الکتریکی یکی از جدیدترین فناوریهای روز دنیا و حاصل سعی و تلاش متخصصین جهت مدرنیزه نمودن شبکههای توزیع و ورود به قرن دیجیتال است. اصلیترین هدف، تأمین برق مطمئن و پاسخگویی به نیازهای رو به رشد مشتریان با کمترین خسارت به محیط زیست است. از مزایای شبکههای هوشمند پیک سایی - کم کردن ریپل - ، کاهش مصرف سوختهای فسیلی، کاهش خاموشیها، کاهش سرمایهگذاری مورد نیاز برای پروژههای توزیع و انتقال به جهت بهبود بالانس بار و کاهش بار در پیک مصرف با مدیریت نوین تقاضا و همچنین کاهش هزینهها میباشد. شبکههای هوشمند از لحاظ توان - Power - به سه دسته تقسیم میشوند:
ریز 1w < P < 5 Kw کوچک 5Kw < P < 5 Mw متوسط 5 Mw < P < 50 Mw بزرگ P > 50 Mw در این مقاله شبکه هوشمند در سطح توان کوچک در نظر گرفته شده است.
-1-2 روشهای کنترل شبکههای هوشمند
روش کنترل مرکزی دارای یک سیستم کنترل مرکزی می-باشد. در چنین کنترلی، اطلاعات همه منابع انرژی پراکنده به کنترل مرکزی میرود و در آنجا برای وضعیت شبکه هوشمند تصمیمگیری میشود. در این حالت مثلا با اضافه و کم شدن باری به شبکه هوشمند سیستم کنترل مرکزی با دانستن اطلاعات تولیدکنندهها بار اضافه شده را بین آنها تقسیم می-کند.[1 , 2] منابع، فرمانهای کنترلی را صادر و اطلاعات مربوط به این تولیدکنندهها از طریق خطوط ارتباطی به کنترل مرکزی فرستاده میشود و نقاط کار تمامی این تولیدکنندهها توسط این کنترلکننده مرکزی بسته به نوع تولیدکننده و قابلیت آنها در شرکت کردن در امر کنترل فرکانس تعیین میشود.
در کنترل تکعامله یک منبع انرژی پراکنده بزرگ - منبع تولید یا ذخیره - وجود دارد که به منظور تنظیم فرکانس شبکه هوشمند و همچنین برقراری تعادل انرژی در لحظات گذرا و دائمی کنترل میشود. در این رویه منبع مرجع بایستی فرمانپذیر و دارای ذخیره انرژی کافی باشد. در کنترل پراکنده هر تولید کننده با استفاده از سیگنالهای اندازهگیری شدهی محلی به صورت مستقل عمل میکند. در این حالت هیچ منبعی مرجع نیست و همگی از نظر کنترلی هم درجه میباشند که خارج شدن یکی از آنها از مدار اختلالی در کار دیگران ایجاد نمیکند.
-3 کنترل ولتاژ و فرکانس یک منبع تولید پراکنده
یک منبع تولید پراکنده بهدلیل پایین بودن اینرسی در پارهای از موارد و ثابت نبودن تولید آن در ساعات مختلف شبانه روز، نیاز به داشتن یک سیستم ذخیره ساز را ایجاب میکند.[1] مدل اولیه یک منبع تولید پراکنده [1] میتواند به صورت شکل 1 باشد. اگر خروجی منبع، جریان مستقیم باشد، پس از عبور آن از یک چاپر به یک ذخیره ساز متصل میشود. خروجی ذخیرهساز به یک اینورتر جهت ساختن مقدار جریان متناوب مورد نظر اعمال میشود. همچنین اگر خروجی منبع، جریان متناوب باشد از یک مبدل جریان متناوب به جریان مستقیم عبور داده میشود.
مقدار خروجی که جریان مستقیم است از یک چاپر عبور داده شده و خروجی آن به یک ذخیره ساز داده می-شود. در نهایت خروجی ذخیرهساز به اینورتر جهت تامین مقادیر جریان و ولتاژ متناوب مورد نظر داده میشود. با توجه به توضیحات ذکر شده میتوان یک منبع تولید پراکنده به عنوان محرک اولیه را بهگونهای در نظر گرفت که با به همراه داشتن یک سیستم ذخیره ساز انرژی، دارای خروجی جریان مستقیم و ولتاژ 400 ولت موثر فاز به فاز باشد.
شکل :1 فرم کلی یک منبع تولید پراکنده به همراه ساختار کنترلی.
منبع تولید پراکنده به صورت منبع 400 ولت و جریان مستقیم در نظر گرفته شده است.[1] جهت تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب از یک اینورتر با دیودهای MOSFET استفاده شده است. ساختار کنترل فرکانس و ولتاژ مربوط به کنترل مدولاتور پهنای پالس گیت است. از مدولاتور پهنای پالس برای تامین پالسهای گیت دیودهای بهکار رفته در اینورتر، استفاده شده است.[2] در مرحله بعدی مقدار Vd از مقدار یک پریونیت و Vq از، صفر پریونیت کم شده و به ورودی کنترل-کننده تناسبی انتگرالی - PI - اعمال میشود. ضرایب این کنترل-کننده بهگونهای انتخاب میشود که خروجیهای آن که به عنوان مرجع جریان به کار میروند به ترتیب یک و صفر پریونیت باشند.
-1-3 شبیهسازی منبع تولید پراکنده در حالت مستقل
شبیه سازی در محیط Simpower و در 10 ثانیه انجام شده-است. خروجی منبع تولید پراکنده یک بار ثابت 30 کیلو اهم مقاومتی و 10 کیلو هانری سلفی است. در شکلهای 2 و 3 به ترتیب فرکانس و ولتاژ یک منبع تولید پراکنده نشان داده شده است که فرکانس و ولتاژ آنها 50 هرتز و 400 ولت موثر فاز به فاز میباشد. همچنین در شکلهای 4 و 5 ولتاژ موثر فاز به فاز با اعمال خطای سه فاز در زمان 4/2 ثانیه نشان داده شده است که شبکه پس از گذشت مدت زمان کوتاهی توانسته است فرکانس و ولتاژ آن را کنترل کند. شکل : 5 ولتاژ موثر فاز به فاز یک منبع تولید پراکنده برحسب زمان با اعمال شکل :2 فرکانس یک منبع تولید پراکنده بر حسب زمان. خطای سه فاز.
-4 نمونه مورد مطالعه - شبیه سازی سیستم 11 شینه -
این سیستم [2] که در شکل6 نشان داده شده شامل یازده شین بوده که دارای هشت منبع تولید پراکنده بدین صورت است دو عدد میکروتوربین در شین2، واحدهای فتوولتاییک در شین6 و 10، پیل سوختی اکسید جامد در شین 9، میکروتوربین و توربین بادی در شین های7 و 8 و یک سیستم ذخیره ساز در شین 10میباشد. شبکه اصلی در شین 12 واقع بوده و از طریق شین 1، به شبکه هوشمند متصل شده است.
