بخشی از مقاله
عنوان مقاله (سیستم مدیریت انرژی شبکه هوشمند)
بهره برداری از یک شبکه قدرت بزرگ با سطح تغییرات بالا یک چالش بزرگ است. موارد مهم و متعددی از جمله کنترل توان اکتیو، کنترل فرکانس، کنترل توان راکتیو، کنترل ولتاژ، ارزیابی ریسک بر اساس عدم قطعیت، توزیع بهینه برای داشتن حداکثر تطبیق تولید و تقاضا و همچنین قیود مربوط به امنیت شبکه برای بهره برداری از DGها در مقیاس بزرگ وجود دارد. این موارد توابع اصلی سیستم مدیریت انرژی((EMS می باشند. سیستم مدیریت انرژی وظیفه کنترل جریان برق یعنی حفظ تعادل و بهینه سازی جریان برق در هر لحظه و هر مکان با بکارگیری جریان اطلاعات را به عهده دارد. معمولاً، EMS بصورت متمرکز می باشد، با این حال معماری آینده این سیستم بصورت توزیع شده، خودکار، تعاملی و هماهنگ شده خواهد بود. در این مقاله مروری بر مفهوم جدید و ساختار آینده سیستم مدیریت انرژی برای شبکه های هوشمند ارائه شده است.
کلمات کلیدی: EMS در شبکه هوشمند ، سیستم مدیریت انرژی، EMS ، شبکه هوشمند، سیستم مدیریت تقاضا
.1 مقدمه
سیستم مدیریت انرژی (EMS) وظیفه کنتـرل جریـان انـرژی الکتریکی یعنی حفظ تعادل و بهینه سازی را در هر لحظه و هر مکــان بــا بکــارگیری جریــان اطلاعــات بعهــده دارد. از ســال 0891سیستم مدیریت انرژی پذیرفته شده و عملکرد خوبی تـا کنون از خود نشان داده است. در حال حاضر ایـن سیسـتم بـه طور گسترده در مراکز کنترل توان الکتریکی در سراسـر جهـان مورد استفاده قرار گرفته است. واحد EMS معمول یک واحـد متمرکز است که متشکل از اطلاعات و تصمیم گیری می باشـد و برای کنترل و مونیتورینگ از ابزارهایی ماننـد SCADA و PMU و ... استفاده می نماید. عملکرد این سیسـتم در شـبکه هوشمند با وجود حجم عظیم داده ها و نیاز به پروسـس سـریع اطلاعات در آینده متناسب نخواهد بود. در این مقاله مروری بـر ساختار آینده سیستم مدیریت انرژی و واحدهای متمایز آن کـه بسیار سریعتر و پویاتر از سیستم فعلی می باشـند ارائـه شـده و همچنــین جایگــاه ایــن سیســتم در بخشــهای مختلــف شــبکه هوشمند جهانی مورد بررسی واقع شده است.
.2 مدلهای سیستم مدیریت انرژی
سیستم مدیریت انـرژی( (EMS در مفهـوم اولیـه بعنـوان مغـز شبکه هوشمند از دو نوع جریان بهره گیری می نماید:
-0 مسیر دو طرفه برای جریان الکتریکـی -2 مسـیر دو طرفـه برای جریان اطلاعات. یعنی برای کنترل جریان بـرق از جریـان اطلاعات استفاده می نماید تا در هر لحظه تعادل و بهینه سازی جریان برق را برقرار نماید. در مدل شبکه هوشمند شـامل سـه
بخش است که در شکل 0-2 نشان داده شده است. آیتم سمت چپ منبع تغذیه شبکه هوشمند، آیتم سمت راست خود شـبکه و آیتم بالا سیستم مدیریت انرژی است. در اینجا دو نوع جریان نشان داده شده یعنی یک مسیر دو طرفه برای جریان قـدرت و یــک مســیر دو طرفــه بــرای جریــان اطلاعــات قــرار داده شــده است.[1]
شکل 0-2 مفهوم اولیه EMS
مدل آینده سیستم مدیریت انرژی بصورت متمرکـز نمـی باشـد بلکه یک مدیریت انرژی منطقه ای خواهد بود که توزیـع شـده، خودکار، تعاملی و هماهنگ است. اجزای این مدل با یکدیگر در ارتباط بوده و هـر کـدام مـدیریت انـرژی را بصـورت ناحیـه ای بعهده دارند. در شکل 2-2 مدل منطقـه ای اجـزای EMS در سه لایه تولید توان، توزیـع و مصـرف کننـده نشـان داده شـده اسـت. در ایــن مــدل بــا کمـک تکنولــوژی اینترنــت و سیســتم مدیریت انرژی مجتمع، سیستم مدیریت انرژی به بخـش هـای مختلفی تقسیم بندی مـی گـردد کـه هـر کـدام یـک سیسـتم مستقل می باشند که با بخشهای دیگر در ارتباط است. در ایـن مــدل CEMS سیســتم مــدیریت انــرژی مجتمــع، D-EMS
1
سیستم مدیریت انـرژی توزیـع شـده، DSM مـدیریت سـمت تقاضــا، DMS سیســتم مــدیریت توزیــع، HEMS سیســتم مدیریت انـرژی خانـه، FEMS و BEMS سیسـتم مـدیریت انــرژی کارخانــه و ســاختمان تجــاری، EV-EMS سیســتم مدیریت انرژی خودروهـای الکتریکـی و AMIهـا ادوات انـدازه گیری پیشرفته می باشند. در ایـن مـدل سیسـتمهای مختلـف مانند اعضای یک خانواده با یکدیگر در ارتباط می باشند لذا بـه این مدل، خانواده EMS گفته می شود.[4]
شکل 2-2 سیستم مدیریت انرژی منطقه ای با کمک تکنولوژی اینترنت و سیستم مدیریت انرژی مجتمع
سیستم مدیریت انرژی در همه بخشهای شبکه هوشمند جهان گسترده خواهد شد. سومین مدل مورد بررسی در طراحی آینده شبکه هوشمند یک مدل جامع از شبکه جهانی است که سیستم مدیریت انرژی را به سیستمهای کلان مدیریت انرژی تقسیم بندی می نماید(شکل .(3-2 در این مدل، سیستم مدیریت انرژی در سمت تولید یعنی شبکه تولیدات پراکنده تجدید پذیر، T-EMS سیستم کنترل هوشمند انرژی شبکه انتقال، S-EMS سیستم کنترل هوشمند انرژی پست های برق، D-EMSسیستم کنترل هوشمند انرژِی شبکه توزیع، u-EMS سیستم کنترل هوشمند انرژی میکروگریدها و همچنین مدیریت انرژی سمت تقاضا که شامل خانه ها، ساختمان های تجاری و خودروهای الکتریکی می باشد مورد بررسی قرار می گیرد.[1]
شکل 3-2 مدل شبکه جهانی EMS
.3 مروری بر جایگاه سیسـتم مـدیریت انـرژی در شـبکه
هوشمند
1-3 جایگاه سیستم مدیریت انرژی درتولیدات پراکنده:
برای یک DG در شبکه هوشمند که دارای متغیرها و نوسـانات زیادی در تولید می باشد مـدل سـازی سـریع، شـبیه سـازی و کنترل خودمختار و منطقه ای سیستم مدیریت انرژی می تواند راهگشا باشد. بعنوان مثال مزرعه بادی در مقیاس بـزرگ، یـک شبکه وسیع شامل تعداد زیادی ژنراتور بادی، جبـران سـازهای توان راکتیو، ژنراتورهـای راکتیـو، بانکهـای خـازنی و همچنـین برخی دستگاه های ذخیره سازی انرژی و دیگر ادوات می باشـد که EMS مزرعه بادی (W-EMS) کنترل عملکـرد تولیـد را در سطح مزرعه بادی بعهده می گیـرد. سـیتم مـدیریت انـرژی توانایی مدل سازی شـبکه، تخمـین حالـت دائمـی و شناسـایی پارامترها، پیش بینی قدرت باد با فواصل زمانی مختلف، جریـان قدرت آنلاین و پیش بینی ولتاژ، ارزیابی های احتمـال، کنتـرل اتوماتیک ولتاژ، مدلسازی سریع محلی، شـبیه سـازی و کنتـرل عملکردها را دارد.[4]
شکل EMS 0-3 در تولیدات پراکنده
2
2-3 جایگاه سیستم مدیریت انرژی در پست برق :(S-EMS) سیستم مدیریت انرژی پست برق در مقایسه با مـدل یکپارچـه، توانایی ایـن را دارد کـه بـا اطلاعـات انبـوه موجـود کـه شـامل سیگنال های خطا و یا اندازه گیـری هـای RTU/ PMU مـی باشد، به صورت منطقه ای رفتـار کـرده و تصـمیمات کنترلـی بسیار سریعتری اتخاذ نماید. مواردی مانند مـدل سـازی 3 فـاز شــبکه پســت بــرق، تخمــین فضــای حالــت 3 فــاز و تشــخیص پارامترهای حالت بر اساس اندازه گیـری هـای PMU / RTU، آلارم هوشمند و تشخیص فالت، ارزیابی پایداری ولتاژ و کنتـرل آن بر اساس RTU / PMU، تخمین حالت دینامیکی 3 فـاز و حفاظت خارج از محدوده بر اسـاس PMU از جملـه قابلیـت های این واحد می باشد.[1]
2-3 جایگــاه سیســتم مــدیریت انــرژی در اتوماســیون سیستم توزیع:
اتوماســیون سیســتم توزیــع بــا کمــک EMS اهــدافی نظیــر جبرانسازی اتوماتیک توان، کنترل پایداری ولتاژ، محاسبه بـرای کمترین تلفات، تخمین حالت شبکه و تعیین پیکربنـدی بهینـه برای فیدرها را دنبال می نماید. در شـکل 2-3 ارتبـاط EMS با اتوماسیون سیستم توزیع نشان داده شده است.[4]
