بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک شبکه توزیع واقعی 22 باسه با ساختار شعاعی، با استفاده از روش محاسباتی و الگوریتم هوشمند ژنتیک به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و حداقل کردن تلفات مورد بررسی قرار گرفته است. فرض نمودهایم که یک زیرساخت مخابراتی در سیستم وجود دارد و همچنین منبع فتوولتائیک به اینورتر متصل گردیده، که توانایی تولید توان اکتیو و راکتیو را دارد. اندازه بهینه تولید مولد مقیاس و وضعیت و مقادیر ادوات D-FACTS با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک برای 3 سناریو در سه ساعت مختلف تعیین شده است. نتایج شبیه سازی بر روی این شبکه شعاعی واقع در ژاپن نشان میدهد که تلفات شبکه کاهش قابل ملاحظهای یافته و پروفیل ولتاژ بهبود پیدا کرده است.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر تولید نیروی الکتریکی از منابع تجدیدپذیر به علت اتمام سوخت های فسیلی و هشدارهای جهانی افزایش یافته و بسیاری از این نیروگاههای دارای منابع تجدیدپذیر، حول محور مشتری ایجاد شدهاند. با این مزیت که تلفات انتقال، دوره یا زمان ساخت و ریسک سرمایه گذاری کاهش پیدا میکند. با توجه به این که تولید انرژی برق با منابع تجدیدپذیر از انرژی تابشی خورشید، باد و... به وسیله شرایط جوی تحت تأثیر قرار میگیرند، بنابرین از این انرژی در سیستمهای توان پایین و یا با افزایش توان تولیدی با استفاده از تکنیکهای معمول در سیستمهای قدرت توان بالا، میتوان استفاده و بهره برد.
بنابراین زمانیکه این نوع از تولید نیرو با تکنیکهای معمول افزایش مییابد انتظار میرود که تغییر ولتاژ در هر گره در اثر تغییرات بار در ساعات مختلف شبانه روز به یک مشکل تبدیل گردد. که توسط کنترل متمرکز ولتاژ و توان اکتیو و راکتیو اینورتر متصل به - PV - همراه با هماهنگی تأسیسات توزیع شدهای همانند تنظیم کننده پلهای ولتاژ - SVR - ، ترانسفورماتور کنترل نسبت بار - LRT - ، خازن شنت - SC - ، جبران ساز توان راکتیو استاتیک - SVC - می توان ولتاژ گرهها را بهینه نمود
مسأله اساسی این تحقیق نیز کنترل بهینه ولتاژ گرهها همراه با توانهای اکتیو و راکتیو اینورتر متصل به PV به منظور کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ در یک سیستم توزیع واقعی است؛ که با در نظر گرفتن وجود یک زیرساخت مخابراتی به منظور ارتباط با ادوات مذکور انجام میگیرد. با توجه به اینکه هدف و مسئله اصلی در ریزشبکهها بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات میباشد در نتیجه این پژوهش نیز؛ این مهم را مد نظر قرار داده است.
در مقالات گذشته مربوط به ریزشبکهها، مبحث کنترل بهینه ادوات سیستمهای انتقال انعطافپذیر یا همان ادوات D-FACTS در ریزشبکه برای ایجاد یک عملکرد بهینه کلی مورد توجه قرار نگرفته، به عنوان مثال در [8-1] پخش بار اقتصادی در ریزشبکهها با هدف کاهش آلایندگی مورد بررسی قرار گرفتهاند و همچنین در سالهای اخیر منابع تولید پراکنده و ریزشبکهها به دلایل افزایش قابلیت اطمینان، اقتصادی، کاهش آلایندگی و تأمین برق به صورت متمرکز، بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند
تعیین اندازه ریزشبکهها یا تعیین ظرفیت بهینه منابع موجود آنها نیز در [18- 12] مورد بررسی قرار گرفته و در [19] به صورت همزمان طراحی ریزشبکه و استراتژی عملکرد آن به منظور افزایش عمر ریزشبکه بهینه شدهاست. با اضافه شدن منابع تولید پراکنده به شبکه، شارش توانها تغییر میکند و در نتیجه مسائلی مانند پروفیل ولتاژ و وضعیت پایداری شبکه نیز تغییر میکند. در [22-20] وضعیت قطع و وصل - - on-off خازنهای موازی - SC - به عنوان یک متغیر کنترلی با هدف بهبود پروفیل ولتاژ شبکه ارائه شده است. کنترل همزمان - SC - و ترانسفورماتورهای کنترل نسبت بار - LRT - نیز در [24-23] مطرح شده است.
افزایش ولتاژ خود میتواند عامل محدود کننده در پیشگیری از افزایش تولید منابع فتوولتائیک در شبکه های سطوح LV باشد، بنابراین میتوان گفت قابلیت دسترسی به توان ذخیره شده توسط منابعPV به منظور کنترل ولتاژ شبکه مورد استفاده قرار میگیرد، در نتیجه یک راه حل اقتصادی کنترل ولتاژ شبکه؛ کنترل توان اکتیو و راکتیو میباشد. البته کنترل توان های ذکر شده نیازمند یک زیرساخت مخابراتی هستند.
با توجه به مقادیر بالای X/R در شبکههای LV تأثیر توان راکتیو محدود خواهد شد پس توان راکتیو بر روی مقادیر ولتاژ تأثیر کمی میگذارد و با اتصال بارهای تک فاز و واحدهای PV به شبکههای LV سهفاز، نه تنها پروفیل ولتاژ را در فاز متصل شده تغییر خواهد کرد؛ بلکه ولتاژهای دو فاز دیگر نیز به علت تغییر نقطه خنثی تغییر خواهند کرد. با توجه به مقاله [25] تزریق توان راکتیو به فاز U به طور قابل ملاحظهای ولتاژ فاز W را افزایش و ولتاژ فاز V را کاهش میدهد؛ بنابراین در شبکههای دارای مقادیر پایین X/R با تزریق توان راکتیو، ولتاژ یک فاز کاهش یافته که میتوان این کاهش ولتاژ را با تزریق توان راکتیو کمتر در فاز قبل از آن جبران گردد.
تا به الآن برای بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات از قطع و وصل خازنهای موازی استفاده میکردند .[22-20] اما جدیداً تجهیزاتی همچون تنظیم کننده پلهای ولتاژ - SVR - و ترانسفورماتور کنترل نسبت بار - LRT - به این مجموعه اضافه شدهاند [27] در نتیجه این مقاله تنظیمات مربوط به آنها را نیز مد نظر قرار داده است.
در [27] کنترل بهینه ولتاژ توزیع شده را با هماهنگی تأسیسات شبکه توزیع همانند SVR ، خازن شنت، ترانسفور ماتور کنترل نسبت بار و... که وجود یک زیرساخت مخابراتی برای دریافت سیگنال کنترل در سیستم های توزیع فرض شده است و از الگوریتم هوشمند ژنتیک برای بهینه سازی تأسیسات مذکور استفاده کردهاند .
به صورت خلاصه در مقالات ذکر شده بحثهای بهینه سازی پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات در ریزشبکهها مطرح شده ولی استفاده از ظرفیت توان راکتیو اینورتر متصل به PV در کنار هماهنگی تأسیسات شبکه و ادوات D-FACTS به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات در ریزشبکه مورد بررسی قرار نگرفته، که موضوع مورد توجه این مقاله می-باشد. شکل - 1 - مدار معادل اینورتر متصل به منبع فتوولتائیک میباشد.
شکل -1 مدار معادل اینورتر متصل به منبع فتوولتائیک
شکل - 2 - معماری یک ریزشبکه است، که در آن PCC نقطه اتصال مشترک با شبکه اصلی و SD سوئیچ تغیر حالت جزیرهای و آنلاین و LC کلید قطع و وصل محلی میباشد. همچنین شامل منابعی کوچک تولید انرژی همچون توربین بادی - WT - ، دیزل ژنراتور - DG - ، توربین بادی - WT - ، سلول سوختی - FC - ، میکروتوربین - MT - ، شارژر و اتاق باتری میباشد.
شکل -2 معماری ریزشبکه
.2 کنترل توان اکتیو و راکتیو اینورتر متصل به منبع PV
منابع تولید پراکنده از نوع خورشیدی که به کمک اینورتر به شبکه وصل هستند امکان اجرای عملیات کنترلی گسترده روی تبادل توان اکتیو و راکتیو بین خود و شبکه فراهم می کنند. شکل - 3 - ساختار و مبدل همراه آن را نشان میدهد که در ادامه به توضیح واحد های آن پرداخته میشود.
