بخشی از مقاله
چکیده
بهرهبرداری از منابع پراکنده به صورت جزیره از مسائل به روز سیستمهای قدرت است که منجر به کاهش خاموشی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه میشود هرچند با مسائل و محدودیتهای فنی بسیاری مواجه است. این پژوهش به بررسی استفاده از منابع تولید پراکنده در مد جزیره و به ارائه روشی جهت استفاده از این منابع در شرایطی که از شبکه سراسری جدا شده است، میپردازد. در این پژوهش از یک سیستم کنترلی، که یک نوع خاص از سیستم کنترلی PLL میباشد، استفاده شده است که به سیستم کنترلیSOGI-FLL معروف میباشد.
این سیستم کنترلی طراحی شده، با نمونه برداری از ولتاژ و جریان شبکه و ردیابی انحرافات بوجود آمده در فرکانس و با صدور دستور به گاورنر دیزل ژنراتور موجود در ریزشبکه مورد مطالعه، باعث افزایش و یا کاهش فرکانس ریزشبکه و حفظ فرکانس ریزشبکه در محدوده مجاز تعریف شده - 59,5 < f < 60,5 - در این پژوهش خواهد شد.
ریزشبکه مورد بررسی در این پژوهش در حالتهای مختلف متصل به شبکه سراسری و همچنین جدا شده از شبکه سراسری مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است و در مورد عملکرد سیستم کنترلی مورد مطالعه نیز به تفصیل بحث شده است. شبیهسازیهای صورت گرفته در مورد سیستم مد نظر با استفاده از نرمافزار MATLAB انجام شده است. نتایج حاصله از شبیه سازیها بخوبی طرز کار مطلوب سیستم کنترلی مورد استفاده در این پژوهش را نشان میدهد.
.1 مقدمه
انرژی مورد نیاز بارهای شبکههای توزیع به طور مرسوم از طریق تولید متمرکز تأمین میگردد. ضرورتهای اقتصادی و فنی بهرهبرداران شبکه را وادار به استفاده از تولید پراکنده جهت تامین قسمتی از بار یا تمام آن نموده است. در سالهای آینده علاوه بر مشکل تولید انرژی در صورت چند برابر شدن انرژی مصرفی، انتقال و توزیع آن نیز با مشکلات فراوانی خواهد شد. به عنوان مثال حفاظت از یک سیستم توزیع یکپارچه و یک شبکه با میزان توان انتقالی بسیار بالا، فوق العاده دشوار است و در چنین شرایطی تضمین تولید و کیفیت توان تحویلی سخت و مسألهی پایداری این سیستمها بسیار پیچیده خواهد بود.
راهکاری که ارائه میشود تقسیم شبکه اصلی به شبکههای کوچک یا همان ریزشبکه میباشد. در این شیوه هر شبکه کوچک خود قابلیتهای یک شبکه را در مقیاس کوچکتری دارد و میتواند با حفظ پایداری هم به صورت مجزا - یا اصطلاحا جزیرهای - و هم به صورت متصل به شبکه اصلی کار کند.[1] در[2] شاخصهای قابلیت اطمینان در دو حالتی که بهره-برداری به شکل جزیره مجاز است و حالتی که بهرهبرداری به شکل جزیره مجاز نمیباشد مقایسه گردیده است که نتایج نشان میدهند شاخصهای قابلیت اطمینان با اعمال بهره-برداری به شکل جزیره بهبود چشمگیری یافتهاند.
در [3] به معرفی روش کنترلی جدید بهرهبرداری جزیرهای در تولیدات پراکنده مبتنی بر اینورتر پرداخته شده است که در این روش حفاظتهای بار در زمان متصل به شبکه و بهره-برداری جزیرهای بطور کامل در نظر گرفته شده است. این روش حفاظت با دو اصل کنترل ولتاژ و فرکانس در شرایط متصل به شبکه و بهرهبرداری جزیرهای همراه میباشد.
در [4] در مورد کنترل ترکیبی چند اینورتری در یک سیستم توزیع در حالت جزیرهای بحث شده است. در این مقاله یک طرح ترکیبی برای یک سیستم در حالت جزیرهای دارای چندین مبدل مورد بررسی قرار گرفته است. اینورترهای نزدیک به هم دارای شرایط مناسبی میباشند اما تبادل انرژی بین گروههای دور از هم مشکل افت فرکانس را بوجود میآورد.
در مرجع [5] اشاره شده است که در آینده انتظار میرود تا ریزشبکهها بخش اصلی شبکههای هوشمند آینده که دارای ویژگیهای خودترمیمی هستند را تشکیل دهند. اکثر مواقع ریزشبکهها بصورت نرمال با شبکه اصلی بصورت موازی کار میکنند. مسأله اصلی که احتیاج به حل دارد سنکرون سازی اتصال مجدد حالت جزیره-ای ریزشبکه به شبکه اصلی میباشد. در این مقاله مسأله اتصال مجدد یک ریزشبکه ولتاژ پایین مطالعه شده است و عملکردهای مختلف اجرا شده به منظور ارائه روشی جهت سنکرون سازی اتصال مجدد بوسیلهی تنظیمات مختلف واحد DG از طریق مطالعات شبیهسازی بوسیله نرمافزار شبیهسازی PSCAD صورت پذیرفته است.
.2 معرفی پژوهش صورت گرفته در این مقاله
در این پژوهش از یک ریزشبکه شامل یک واحد دیزل ژنراتور و یک واحد سلول خورشیدی متناسب با تغییرات نور خورشید استفاده شده است. این دو واحد تولید پراکنده در برخی از زمانها بصورت موازی با شبکه اصلی و در برخی دیگر بصورت جزیرهای در حال کار میباشند. در زمانی که به علت هر خطایی در شبکه، ریزشبکه از شبکه اصلی جدا شود و باعث از بین رفتن تعادل بین تولید و مصرف گردد استراتژی کنترلی طراحی شده این قابلیت را دارا میباشد که تضمین کننده پایداری و حالت سنکرونیزم ریزشبکه با شبکه اصلی باشد.
ساختار حلقه قفل فاز - PLL - در شاخه مهندسی قدرت در مواردی که نیاز به اتصال یک ساختار به شبکه برای تبادل انرژی مورد نیاز است، بکار میروند
برای استخراج سیگنالی که فاز آن با فاز شبکه سنکرون نمی-باشد مشکلاتی از قبیل نویز، عدم تعادل، اعوجاجهای هارمونیکی و تغییرات فرکانسی وجود دارد. معمولا روشهای حل این مشکلات سرعت پاسخ PLL را که یکی از پارامترهای مهم آن است، با کاهش روبرو میکند. تأخیر در پاسخ PLL - و در نتیجه سنکرون نبودن گذرا - میتواند شرایطی را پدید آورد که طی آن عملکرد سیستم دچار خدشه گردیده و در بسیاری از موارد حتی در قالب شرایط گذرا مورد قبول نباشد. لذا روشهای مقابله با مشکلات فوقالذکر همیشه باید یک پاسخ مناسب داشته باشد. در این پژوهش از یک نوع PLL خاص استفاده شده است که نسبت به PLL های مرسوم دارای ویژگیهایی از قبیل سرعت و دقت بالاتری میباشد. این مهم به دلیل استفاده از کنترل کنندههای انتگرال گیر در این نوع PLL میباشد.
استراتژی کنترلی بکار رفته در این پژوهش که قادر به دنبال کردن فاز مرجع و از بین بردن انحرافات آن میباشد، به اختصار سیستم کنترلی SOGI-FLL نامیده میشود. در این پژوهش SOGI-FLL برای بدست آوردن فرکانس و فاز مرجع، در شرایط نوسان فرکانس سیستم قدرت و ولتاژ هارمونیکی استفاده شده است. استراتژی کنترلی SOGI-FLL با نمونه-گیری از ولتاژ و جریان شبکه، فرکانس را ردیابی میکند. در این قسمت ثابت یا متغیر بودن فرکانس بررسی میگردد. نوسانات فرکانس در ریزشبکه مورد مطالعه در دو حالت مورد بررسی قرار میگیرد:
-1 افزایش فرکانس که بهدلیل حذف بار اتفاق میافتد و به تبع آن کاهش جریان و افزایش ولتاژ را در پی خواهد داشت.
-2 کاهش فرکانس که بهدلیل اضافه بار اتفاق میافتد و به دنبال آن افزایش جریان و کاهش ولتاژ در ریزشبکه رخ خواهد داد.
تأثیر مطلوب کنترلر پیادهسازی شده در پایداری پارامترهای حساس ریزشبکه نظیر فرکانس و نیز اثر مطلوب آن بر دیگر پارامترها و همچنین مقایسه نتایج SOGI-FLL طراحی شده نسبت به PLL های مرسوم در بخش شبیه سازی آورده شده است.
.3 معادلات مربوط به سیستم کنترلی PLL مورد استفاده در این پژوهش
ساختارهای حلقه قفل فاز - - PLL کاربردهای زیادی در شاخه مهندسی قدرت دارند. در مواردی که نیاز به عملکرد سنکرون یک مبدل با شبکه باشد، متعارفترین روش استفاده از PLL است. در این تحقیق از یک نوع خاص PLL که به انتگرالگیر نسل مرتبه دوم - SOGI-FLL - معروف میباشد استفاده شده است.
تابع تبدیل SOGI بصورت زیر بدست میآید که در آن ω, فرکانس تشدید میباشد و Vα خروجی تابع تبدیل خواهد بود. خروجیهای متعامد بلوک SOGI عبارتنداز Vα و Vβ که به ترتیب بوسیله توابع تبدیل زیر بدست میآیند
.4 سیستم کنترلی بکار رفته در این پژوهش
شکل - - 1 بلوک دیاگرام مربوط به SOGI-FLL بکار رفته در این پژوهش را نمایش میدهد و در شکل - 2 - بصورت دقیق محل قرار گیری SOGI و همچنین حلقه کنترل فرکانس نشان داده شده است.
