بخشی از مقاله
خلاصه
افزایش نیاز برای تولید توان الکتریکی، تجدید ساختار برق و محدودیتهای ساخت خطوط انتقال جدید برای فاصلههای دور موجب افزایش رغبت به تولید پراکنده شده است. از طرفی در قرن اخیر با توجه به قابلیت اطمینان بالای مورد نیاز و با توجه به حضور منابع تولید پراکنده در خطوط توزیع مفهومی جدید به نام ریزشبکه مطرح شده است. ریزشبکههای ترکیبی از منابع و بارهای AC و DC تشکیل شدهاند. مساله مهم ریزشبکهها طراحی آنها به صورت DC یا AC است. در حالی که در سمت مصرف بارهای موجود به دو صورت AC و DC وجود دارند و تبدیلات چند باره منابع از AC به DC و برعکس به دلیل استفاده از مبدلهای الکترونیک قدرت هزینهبر بوده و به دلیل سوئیچینگ این مبدلها در سمت بار اختلالات هارمونیکی ایجاد میشود.
در این مقاله، برای غلبه بر این مشکل ساختار یک ریزشبکه ترکیبی که از طریق مبدلهای الکترونیک قدرت چندگانه به شبکه اتصال یافته ارائه شده است. بخش اصلی این مقاله مربوط به ایجاد ساختار جدید ترکیبی برای یک ریزشبکه متصل به شبکه از طریق مبدلهای ترکیبی است. کنترل ولتاژ بین ریزشبکه و شبکه یک مدل جدید از سیستم را برای ریزشبکه ترکیبی ارائه میدهد. طرحهای پیشنهادی با شبیه سازی در نرم افزار متلب مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه شده است.
.1 مقدمه
وجود شبکههای گسترده انتقال برق - از نقاط دور دست به مراکز مصرف - یکی از شاخصههای برق کنونی جهان میباشد. این ساختار باعث مشکلاتی همچون؛ تلفات در مسیرهای طولانی، تهدید پایداری شبکه و همچنین در این ساختار شبکههای توزیع که تنها از طریق شبکههای انتقال تغذیه میشوند، همواره در معرض خاموشی و ناپایداری قرار دارند. لذا راه کار مناسب، استفاده از منابع انرژی پراکنده است و راه بهینه استفاده از این منابع ایجاد ریزشبکه میباشد. همانطوری که در شکل 1 نشان داده شده است. یک ریزشبکه شامل گروهی از بارها، منابع تولید پراکنده و ژنراتورها میباشد. که انرژی انواع مصرف کنندهها را تامین میکند. که میتواند به دو حالت متصل و مستقل از شبکه عمل کند. ریزشبکهها، از اتصال مجموعهای از تولیدات کوچک و سیستمهای ولتاژ پایین و متوسط تشکیل شدهاند.
شکل -1 شمای کلی ریزشبکه
از میان ریزشبکهها، ریزشبکه ترکیبی برای بهره برداری مطلوب از سیستمهای قدرت متعارف اراثه شدهاند. ریزشبکه ترکیبی شامل ریزشبکه AC ، ریزشبکه DC ، مبدلهای دوطرفه، تجهیزات کنترلی و سیستم مدیریت انرژی است که یک نمونه از آن در شکل 2 نشان داده شده است. شبکههای توزیع برق ترکیبی به دلایل مختلفی دیگری نیز مورد توجه قرار گرفتهاند، به عنوان مهمترین و اصلیترین دلایل مطرح شدن این نوع از شبکههای توزیع، میتوان به نفوذ گسترده منابع تولید پراکنده که بیشتر آنها دارای تولید توان به صورت DC میباشند، افزایش بهرهوری انرژی و بهبود قابلیت اطمینان همچنین افزایش روز افزون بارهای حساس الکترونیکی که مصرف کننده انرژی الکتریکی DC هستند، اشاره نمود. به کارگیری شبکههای توزیع ترکیبی میتواند موجب حذف مبدلهای لازم به منظور اتصال این منابع و بارها به شبکههای AC امروزی گردد و از این طریق موجب کاهش هزینه و بهبود قابلیت اطمینان و کارایی شبکههای توزیع گردد.
شکل-2 نمونه ریزشبکه ترکیبی
یک چارچوب کلی پیوسته از منابع توزیع انرژی در چند سطح با استفاده از لینک های DC، AC و سنکرون در - 1 - مورد بررسی قرار گرفته است. روش مطرح شده در این مقاله مجموعهای یکپارچه از واحدهای منابع انرژی توزیع شده با سلسله مراتب3 2 سطحی از طریق مبدلهای الکترونیک قدرت و کنترل پیشرفته را فراهم میکند. در این مقاله مجموعهای از واحدهای منابع انرژی توزیع شده با یک لینک DC از طریق مبدل DC/DC یا AC/DC بهم متصل شدهاند. سپس مجموعه لینک DC از طریق یک مبدل با لینک AC ترکیب شده و در نهایت طیف وسیعی از لینکهای AC با یک ریزشبکه ادغام شده است. رویکرد مبتنی بر سلسله مراتب، انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان بیشتری را برای ادغام منابع انرژی توزیع شده فراهم میکند.
یک روش کنترل در حالت متصل به شبکه و حالت جزیرهای در - 2 - اراثه داده شده است که میتواند تعادل توان و ثبات باس AC و DC را نگه دارد. با این روش در صورتی که جریان توان بین ریزشبکه و شبکه کم باشد، تاثیر نوسانات توان و بار به شبکه را میتوان کم کرد. این مقاله بر روش کنترل ریزشبکه شامل توربین بادی، پنلهای فتوولتاثیک، باتریها و ابرخازن3ها با باس AC و DC ترکیبی تمرکز کرده است. در عملکرد متصل به شبکه ولتاژ باس DC به وسیله مبدل و ولتاژ و فرکانس باس AC توسط شبکه ثابت نگه داشته میشوند . در عملکرد جزیرهای سیستم مدیریت انرژی، ذخیره کنندهها را برای تنظیم ولتاژ باس DC و یکی از مبدلها را به عنوان یک منبع ولتاژ برای حفظ ولتاژ و فرکانس باس AC کنترل میکند.
از آنجا که ثبات ولتاژ باس AC و DC از مهمترین مساثل است، در - 3 - یک ریزشبکه DC/AC ترکیبی برای کاهش تعداد مبدلهای لازم در یک ریزشبکه AC یا DC و آسان کردن اتصال منابع AC و DC تجدیدپذیر و بارهای مختلف به سیستم قدرت پیشنهاد شده است. همچنین در این مقاله تاثیر عدم اطمینان ژنراتور و بارها شامل انحرافات کوچک و بزرگ در کنترل ولتاژ در ریزشبکه مورد مطالعه قرارگرفته است.
یک الگوی سلسله مراتبی از ریزشبکه در - 4 - اراثه داده شده است که لینک های AC و DC را در یک مجموعه ناهمگون از منابع انرژی توزیع شده در زیرساختهای برق قدرت موجود ادغام میکند. همچنین روش مطرح شده در این مقاله نشان میدهند که یک ریزشبکه در حوزه AC و DC را میتوان به طور جداگانه و مجزا کنترل کرد.
یک روش کنترل شارش توان بین شبکه و ریزشبکه از طریق مبدل پشت به پشت در - 5 - اراثه داده شده است که شارش توان حقیقی و راکتیو مورد نظر را بین شبکه و ریزشبکه تسهیل میکند.
مساثل مربوط به اشتراکگذاری توان در ریزشبکههای ترکیبی مستقل در - 6 - مورد مطالعه قرار گرفته است. چالش اصلی این مرجع مدیریت شارش توان میان تمام منابع در هر دو نوع توزیع AC و DC موجود در ریزشبکه است. به همین منظور طرح کنترل شیب افتی4 برای اطمینان از تقسیم توان متناسب در سراسر ریزشبکه ترکیبی مستقل پیشنهاد شده است.
یک ریزشبکه AC/DC ترکیبی برای کاهش فرآیندهای متعدد تبدیلات در یک شبکه فقط AC یا فقط DC به منظور تسهیل در اتصال منابع و بارهای AC و DC تجدیدپذیر به سیستم قدرت در - 7 - اراثه شده است.
در عملکرد ریزشبکه AC/DC ترکیبی، برنامههای کنترل و روشهای مدیریت توان یکی از مهمترین ملاحظات میباشد. بنابراین در - - 8 یک بررسی دقیق در مورد برنامههای کنترلی مختلف و راهبردهای مدیریت توان در انواع مختلف ریزشبکه تحت شرایط بهرهبرداری و بارگذاریهای مختلف صورت گرفته است.
