بخشی از مقاله
خلاصه
محدودیت توانایی ریز شبکهها وقتی خطایی در شبکه رخ میدهد، بهعنوان عامل اصلی در ناپایداری ریز شبکهها دیده میشود، استفاده از توان واسط الکترونیکی که بر پایه ریز شبکه بناشده در حالت جزیرهای با برخی از مشکلات در حفظ پایداری با توجه به ظرفیت کم منابع تولید پراکندههای نصبشده مواجه است. درواقع کمبود در دسترس بودن ذخیرهی چرخان واکنش کندی را برای بار ایجاد میکند. همچنین تعادل بین تولید برق و تقاضای بار مشکل است. این مسئله منجر به انحراف از مقدار مجاز در ولتاژ و فرکانس میشود.
در این مقاله یک توپولوژی از ریز شبکهها با یک روش جدید کنترل برای پایداری ریز شبکهها در عملکردهای مختلف ارائه میشود . برای رفع مشکل پاسخدهی کند میکرو منبع به تغییرات بار از باتری استفاده میشود، و برای تعادل بین تولید و مصرف در حالت جزیرهای، یک ایده برای کنترل افت تبیین میکنیم.تأثیر روش ارائهشده با استفاده از شبیهسازی در نرمافزار متلب مشهود است.
.1 مقدمه
در آیندهی نزدیک استفاده از واحدهای تولید پراکنده ازجمله: منابع انرژی تجدید پذیر، میکرو منابع و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی در سیستم قدرت افزایش مییابد و استفاده کارآمد از نیروگاههای سنتی کاهش مییابد. در چنین عرصهای،توسعهی فناوریهای دیجیتال و پیدایش وسایل اندازهگیری هوشمند برای مصرفکنندگان سطح مدیریت سیستمهای قدرت را افزایش داده و باعث کاهش تلفات الکتریکی خواهد شد. در این راستا یک شبکهی توزیع غیرفعال میتواند بهعنوان یک شبکهی هوشمند فعال متصل به شبکهی بالادست خود درحالیکه بر عملیات آن مؤثر و پایدار باشد،دیده شود. - - 1
توسعهی موفقیتآمیز سیستم قدرت،به تأمین برق به مصرفکنندگان باکیفیت و قابلیت اطمینان بالا، قیمت پایین و بدون هیچگونه قطعی در برق درحالیکه شرکتهای خصوصی را برای مشارکت در این سیستمهای تجدید ساختار شده تشویق کند، نیاز دارد. - 3، - 2 توانایی عملکرد در دو حالت مختلف، یعنی یک حالت جزیرهای جداشده از شبکهی اصلی و دیگری حالت متصل به شبکهی اصلی، ریز شبکهها را بهمنظور بهبود قابلیت اطمینان و کیفیت توانمخصوصاً برای حمل بارهای حساس قادر میسازد. در بسیاری از موارد ریز شبکهها به شبکه با ولتاژ پایین یا ولتاژ متوسط از طریق مبدل الکترونیکی توان در مقیاس کوچک متصل هستند.
روش کنترل منابع این شبکهها با توجه به عدم وجود سیستم گاورنر برای مقابله با ولتاژ و فرکانس متفاوت میباشد. - - 4 در سیستم قدرت متعارف، ازجمله ماشین سنکرون، با توجه به اینرسی، انرژی جنبشی قابلتوجهی به نام ذخیرهی چرخان در دسترس است که بهطورمعمول بر اساس جرم رتور ذخیرهشده است. چنین انرژی جنبشی باعث فراهم شدن واکنش مناسب سیستم به تغییرات بار میشود.
برعکس، در ریز شبکهها با توجه به ظرفیت محدود از منابع نصبشده و عدم ذخیرهی انرژی چرخان، به سیستم ذخیرهسازی انرژی شبیه باتری، بهمنظور مقابلهی میکرو منابع با پاسخ آهسته به تغییرات بار و جبران عدم تعادل بین تولید و مصرف، نیاز است. در این مقاله تنها بر جنبهی کنترل منابع تولید پراکنده تمرکز خواهیم داشت.
یک سیستم کنترل چندمرحلهای برای مقابله با تقسیم توان و تنظیم ولتاژ ریز شبکهها به ارائه میشود.. در چنین سیستم کنترلی، در پایینترین سطح،کنترل غیرمتمرکز مبتنی بر توان اکتیو- فرکانس و توان راکتیو- ولتاژ به تقلید از رفتار کنترل ژنراتورهای سنکرون استفاده میگردد. این امر اشتراکگذاری توان و جلوگیری از گردش جریان در بین مبدل را ممکن میسازد.
دلایل دیگری که استفاده از کنترل افت در ریز شبکهها را توصیه میکند به عواملی مانند قابلیتهای قطع و وصل، سادگی و کمهزینه و قابلیت اطمینان بالابر میگردد. برای رسیدن به این هدف کنترلی یک ماتریس چرخشی برای تبدیل توان اکتیو و راکتیو به یک مدل مجازی پیشنهاد میکنیم. سپس چنین ماتریسی برای تبدیل ولتاژ و فرکانس به یک مدل مجازی متعامد، بهمنظور جداسازی کنترل توان اکتیو و راکتیو ارائه میکنیم، ولی عدم اشتراکگذاری بارهای غیرخطی و نامتقارن یکی از معایب این روش هست.
برای مقابله با چنین نقطهضعفی با توجه به مطالعات فوق استفاده از امپدانس مجازی توصیه میشود. یکی دیگر از معایب این روش،به خطر افتادن تقسیم توان و تنظیم ولتاژ است، که باید متغیرهای ولتاژ - دامنه و فرکانس - را از حد نامی خودشان نباید بگذاریم تغییر داشته باشند.در اصل تنظیمات را روی آنها غیرفعال نگهداریم. همچنین تنظیم ولتاژ نیاز به تغییر توان اکتیو و راکتیو از نقطهی معین خود میباشد. - - 8-5 بهمنظور مقابله با این مشکل، استفاده از کنترلکننده ثانویه پیشنهاد میشود. منابع ریز شبکهها مسئول جبران خسارات انتقال توان هستند.
اما پاسخدهی آنها اغلب سریع نیست و این منجر به عدم تعادل بین تولید و مصرف و درنتیجه باعث انحراف متغیرهای ولتاژ - دامنه و فرکانس - از مقادیر مجاز آنها میشود، و این امر ریز شبکه را ناپایدار میسازد.برای مقابله با این مشکل استفاده از ذخیرهسازها مانند باتری و طرح یک روش کنترل مناسب، متناسب با پاسخدهی ضروری است - این تمرکز اصلی ما روی مقاله خواهد بود - . در روش فوق یک روش برای ایجاد پایداری در ریز شبکهها مبتنی بر مبدل منبع ولتاژ از طریق ذخیرهسازی باتری و کنترل افت ارائهشده است. با انجام این روش تعدادی از مسائل در ارتباط با فرضیات آن وجود دارد که به شرح زیر مشخصشده است:
-1 امپدانس ریز شبکه بدون در نظر گرفتن امپدانس مجازی القایی،در نظر گرفتهشده است. اتخاذ امپدانس مجازی ممکن است دقت را کاهش دهد.
-2 تمامی منابع و باتریها بهعنوان اینورتر منبع ولتاژ - VSI - متصل به شبکه در نظر گرفتهشده است. حفظ هماهنگی چنین VSI هایی با شبکه اصلی و تأمین توان مشخصشده - نقطه کار - از طریق اتخاذ کنترل افت بهطورکلی دشوار است. در این مقاله با ارائه یک استراتژی جدید برای واحد کنترل، این واحد را قادر میسازد تا:
-1 شبکه در هر دو حالت جزیرهای و متصل عمل کند.
-2 رسیدن به حالت گذرا مناسب بین حالت جزیرهای و متصل . -3 قابلیت اطمینان بالا در حالت جزیرهای .
هدف اصلی این روش بهصورت زیر است:
1. امپدانس ریز شبکه بهجای سلفی، بهمنظور بهبود پایداری اهمی در نظر گرفتهشده است.
2. مبدل VSI بهعنوان یک مبدل پیشرفته در ریز شبکه برای کنترل عملکرد همزمان تنظیم ولتاژ و پاسخ سریع برای مقابله با تغییرات بار به کار گرفته میشود.
3. منابع انرژی تجدید پذیر و باتری بهعنوان اینورتر منبع جریان بهمنظور هماهنگی ولتاژ و فرکانس متغیر با پاسخ دینامیکی برای ارائه توان موردنیاز به شبکهی متصل در نظر گرفتهشده است. روش پیشنهادی برای بهبود سرعت و دقت سیستم کنترل برای اهداف تقسیم توان بدون در نظر گرفتن محل منابع انرژی و امپدانس خط ارتباطی کاربرد دارد. این مقاله بهصورت ساختار زیر تشکیلشده است: در نگاه اول کنترل افت، سپس سیستم کنترل چندگانهی ریز شبکه که توسط روش کنترل هدایت میشوند، و درنهایت، درستی روش ارائهشده بر اساس شبیهسازی در نرمافزار متلب موردبررسی قرارگرفته است.
