کنفرانس منطقه ای سیرد

صفحه اصلی / یازدهمین کنفرانس منطقه ای سیرد

طراحی و شبیه‌سازی کنترل‌کننده غیرمتمرکز جدید به منظور اشتراک‌گذاری توان راکتیو و تثبیت فرکانس در یک ریزشبکه جزیره‌ای

نویسندگان :

سیده فاطمه هاشمی¹

1- آزاد اسلامی تهران غرب

کلمات کلیدی :

ریز شبکه،شبیه سازی،جزیره ای،غیرمتمرکز،توان راکتیو،تثبیت فرکانس،اشتراک گذاری،فرکانس،کنترل کننده،طراحی شبکه

چکیده :

مقدمه: 1-1- معرفی موضوع و اهمیت موضوع مقاله ریزشبکه‌ها شبکه‌های قدرت مقیاس‌کوچکی هستند که می‌توانند به صورت مستقل و یا در کنار شبکه برق اصلی کار کنند. به منظور تضمین عملکرد و سطح اطمینان مطلوب در ریزشبکه‌ها، طراحی و بهینه‌سازی کنترل‌کننده‌ها در آن‌ها از اهمیت اساسی برخوردار است. عملکرد مناسب یک ریزشبکه تنها در صورت وجود یک سيستم كنترل مناسب امکان‌پذیر است. برای كنترل ریزشبکه ها به‌طورکلی دو روش متمركز و غيرمتمركز پيشنهاد شده است. در روش اول ریزشبکه دارای یک سيستم كنترل مركزی است، كه اطلاعات منابع توليد پراكنده به كنترل مركزی فرستاده شده و در آنجا برای وضعيت ریزشبکه تصمیم‌گیری می‌شود. در كنترل غيرمتمركز، هر منبع انرژی پراكنده با استفاده از سيگنال‌های اندازه‌گیری شده محلی، به صورت مستقل از سایر منابع عمل می‌کند. عدم نياز به لينک مخابراتی و عدم وجود منبعی به عنوان مرجع نيز باعث افزایش قابليت اعتماد سيستم می‌گردد. یکی از مهم‌ترین روش‌های کنترل غیرمتمرکزی که تابه‌حال ارائه شده است روش دروپ است. اين روش بر اساس مشخصه‌های دروپ فركانس-توان اكتيو (P-f) و نيز دروپ ولتاژ- توان راكتيو (Q-V) براي هر واحد توليد پراكنده، يك استراتژي كنترل جريان براي ريزشبكه جزیره‌ای با چندين واحد توليد پراكنده ارائه می‌کند و هر واحد توليد پراكنده بـه وسـيله دو مشخصه دروپ مشخص می‌گردد. اصلی‌ترین مزيت روش‌های مبتني بر دروپ، عدم نياز به کابل‌های ارتباطی می‌باشد که این سبب افزایش قابلیت اطمینان در چنین سیستم‌هایی می‌شود. اما اين روش به‌طور مستقيم دینامیک‌های بار را در حلقه كنترل در نظر نمی‌گیرد و تغييرات سريع و یا بزرگ در دینامیک‌های بار منجر به پاسخ ضعيف ريزشبكه و در موارد نيز موجب ناپايداري ولتاژ و یا فركانس می‌گردد. از سوي ديگر مصالحه بين دقت در تقسيم توان و تنظيم فركانس و ولتاژ، منجر به پاسخ گذراي كند، سيستم كنترل ريزشبكه می‌گردد. تقسیم توان مناسب باعث بهبود عملکرد ریزشبکه و قدرت مانور آن در زمان خطا می‌شود و عملکرد ریزشبکه را در شرایط جزیره‌ای تضمین می‌کند. بنابراین نیاز است تا ساختار جدیدی ارائه شود که نه تنها مزایای روش فوق را داشته باشد بلکه بتواند ضعف‌های موجود را برطرف کند. 2-1- مرور آخرین یافته های مرتبط به موضوع در [1] یک استراتژی کنترل دروپ پیشرفته (ADC) برای کنترل ولتاژ اولیه و اشتراک توان راکتیو در بین اینورترهای پشتیبانی از شبکه در MGهای جزیره‌ای ارائه شده است. مقایسه‌ای با سایر تکنیک های کنترل پیشرفته پیشنهاد شده است تا نشان دهد که ADC قادر به تضمین عملکرد بهبود یافته از نظر تنظیم ترکیبی ولتاژ و توان راکتیو است. مقاله [2] یک استراتژی دقیق اشتراک توان راکتیو را پیشنهاد می‌کند که امپدانس‌های تغذیه‌کننده ناهماهنگ را در ریزشبکه‌های ac جزیره‌ای در نظر می‌گیرد. این بر اساس تنظیم بهینه امپدانس پیچیده مجازی برای هر اینورتر است. نتایج شبیه سازی و تایید تجربی برای تایید عملکرد تکنیک پیشنهادی ارائه شده است. در [3]، یک استراتژی کنترلی که برای بهبود اشتراک توان راکتیو پیشنهاد شده است، با حذف وابستگی آن به ارتباطات، تقویت می‌شود. همگام‌سازی مورد نیاز برای اجرای اصلاح توسط هر اینورتر به صورت محلی با استفاده از یک الگوریتم تشخیص تغییر بار تولید می‌شود. کارایی اصلاح پیشنهادی با انجام مطالعات شبیه‌سازی دقیق و با انجام مطالعات تجربی جامع بر روی نمونه آزمایشگاهی تأیید شده است. مقاله [4] یک روش بازیابی ولتاژ و فرکانس را بر اساس الگوریتم اجماع میانگین دینامیکی و یک روش تقسیم توان راکتیو بر اساس الگوریتم اجماع مرتبه اول و روش امپدانس مجازی پیشنهاد می‌کند. یک شبکه ارتباطی یک طرفه ساده با باند ارتباطی باریک برای کنترل توزیع شده پیشنهادی برای کاهش بار ارتباطی و پیچیدگی به کار گرفته شده است. شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌های بلادرنگ سخت‌افزاری رویکرد پیشنهادی را تأیید می‌کنند. 3-1- بیان فضای خالی یا پرسش بی پاسخ در فضای پژوهش موضوعی که کمتر در مقالات به آن پرداخته شده است مديريت توان راکتیو در عین ثابت نگاه‌داشتن فرکانس ريزشبكه، به رفتار مقاوم ريزشبكه در برابر بارهای نامتعادل، بدون بهره‌گیری از هیچ‌گونه سیستم مخابراتی همچنین بهبود قابلیت اطمینان سیستم‌های ریز شبکه با کنترل‌کننده غیرمتمرکز، با اشتراک‌گذاری توان راکتیو و تثبیت فرکانس در یک شبکه میکروگرید در حالت جزیره‌ای می‌باشد. 4-1- بیان ایده محوری (نوآوری یا مشارکت) مقاله در این مقاله یک روش کنترل خودکار مستقل برای به اشتراک گذاشتن توان راکتیو در میان منابع انرژي پراكنده (DER) و تثبیت فرکانس ریزشبکه به‌طور دقیق ارائه می‌گردد. در این روش هیچ‌گونه لینک مخابراتی وجود ندارد و بنابراین قابلیت اطمینان بالایی دارد. در این روش پیشنهادی برای از بین بردن وابستگی به لینک مخابراتی و در نتیجه حفظ مستقل بودن، سادگی و قابلیت اطمینان سیستم، هماهنگ‌سازی DER بدون هیچ ارتباطی انجام می‌شود. با تشخیص محلی تغییر بارها، هماهنگی و هماهنگ‌سازی میان واحدهای DER صورت می‌گیرد. روش پژوهش (تحقیق) یا روش پیشنهادی: در این مقاله پس از طراحی و مدل‌سازی روش کنترلی پیشنهادی، به منظور بررسی نحوه عملکرد آن، سیستم کنترلی مذکور بر روی یک ریزشبکه شامل منابع تولید پراکنده پیاده‌سازی می‌شود و منحنی‌های مربوط به تغییرات فرکانس، توان اکتیو، ولتاژ ترمینال و توان راکتیو در دو حالت مختلف تغییر ناگهانی بارهای محلی و حضور بارهای نامتعادل در سیستم مورد تحلیل و بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه منحنی‌های مذکور در حالت عدم حضور کنترل‌کننده پیشنهادی نیز به دست می‌آیند تا صحت عملکرد روش پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گیرد. در آخر به منظور ارزیابی مزیت روش پیشنهادی، نتایج حاصل با نتایج مقالات معتبر قبلی که در این زمینه ارائه شده است مقایسه می‌گردد. لازم به ذکر می‌باشد که کلیه مراحل شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK انجام می‌گیرد. پیاده سازی و نتایج حاصل یا انتظاری (مورد انتظار): نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که برای حالتی که کنترل‌کننده غیرمتمرکز وجود نداشته باشد، منحنی فرکانس زاویه‌ای سیستم بسیار به تغییرات بارها حساس بوده و در نهایت بازیابی فرکانس صورت نگرفته و فرکانس سیستم تغییر می‌کند. کنترل‌کننده غیرمتمرکز، پس از ایجاد تغییر در سیستم مانند ورود بار و یا خروج بار از شبکه، خطا را احساس کرده، سپس به واحدهای تولید پراکنده پیام می‌دهد که با اشتراک‌گذاری توان راکتیو در سیستم علاوه بر جبران‌سازی ولتاژ و تنظیم محدوده آن، مقدار فرکانس سیستم نیز به مقدار اولیه خود بازگردد. بحث و نتیجه گیری: نتایج شبیه‌سازی برای حالتی که کنترل‌کننده غیرمتمرکز وجود نداشت مورد بررسی قرار گرفت که نشان می‌داد، منحنی فرکانس زاویه‌ای سیستم بسیار به تغییرات بارها حساس بوده و در نهایت بازیابی فرکانس صورت نگرفته و فرکانس سیستم تغییر می‌کند. هنگامی که کنترل‌کننده غیرمتمرکز بر روی سیستم پیاده شد، با اشتراک‌گذاری توان راکتیو، علاوه بر کنترل ولتاژ، فرکانس سیستم به مقدار اولیه بازیابی شد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که کنترل‌کننده پیشنهادی بلافاصله پس از ایجاد تغییر در سیستم مانند ورود بار و یا خروج بار از شبکه، خطا را احساس کرده، سپس به واحدهای تولید پراکنده پیام می‌دهد که با اشتراک‌گذاری توان راکتیو در سیستم علاوه بر جبران‌سازی ولتاژ و تنظیم محدوده آن، مقدار فرکانس سیستم نیز به مقدار اولیه خود بازگردد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که اگر در هنگام عملکرد کنترل‌کننده، ناگهان تغییری در سیستم رخ دهد، کنترل‌کننده عملیات را متوقف و دوباره بر اساس تغییرات جدید عملیات کنترلی را انجام می‌دهد که این نشان‌دهنده سرعت و آنلاین بودن همیشگی کنترل‌کننده نسبت به کوچک‌ترین تغییرات به وجود آمده در سیستم می‌باشد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که برای حالتی که بار نامتعادل در سیستم وجود دارد، باز هم کنترل‌کننده به خوبی عمل کرده و کنترل سیستم و بازیابی فرکانس به خوبی صورت می‌گیرد. در واقع تقسیم توان مناسب باعث بهبود عملکرد ریزشبکه و قدرت مانور آن در زمان خطا می‌شود و عملکرد ریزشبکه را در شرایط جزیره‌ای تضمین می‌کند.