چکیده:
در دهه‌های اخیر با توجه به پیشرفت‌های فناوری و مسائل زیست‌محیطی به مفهوم تولیدات پراکنده توجه بیش‌تری شده است. افزایش عمق نفوذ تولیدات پراکنده و حضور واحدهای متعدد در کنار یکدیگر مفهوم ریز شبکه را به بار می‌آورد. با توجه به این‌که ریز شبکه‌ها عمدتاً در سطح سیستم توزیع مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند، روشهای کنترلی در سطح ولتاژ بالا نتیجه مناسبی در شبکه فشار ضعیف نخواهد داشت.
در بررسی کنترل توان راکتیو در ریز شبکه، هدف تولید یک انرژی الکتریکی باکیفیت توان و قابلیت اطمینان مطلوب است. روشهای کنترلی سنتی موجود عملکرد مناسبی در تقسیم توان راکتیو و بهبود سطح ولتاژ در نقطه اتصال مشترک نداشته، بنابراین نیاز به معرفی روشهای جدید توسعه‌یافته می باشد که از آن می‌توان به روش کنترل دروپی بهبودیافته، الگوریتم‌های بهینه‌سازی جهت تسهیم توان با در نظر گرفتن محدودیت‌های عملکردی ریز شبکه‌ها، الگوریتم خودتنظیم بهره کنترل‌کننده انتگرالی، الگوریتم سیستم توان راکتیو توسعه‌یافته با بهره‌برداری حداکثری از منابع تولید پراکنده اشاره کرد. یکی از موارد مهم در کنترل توان راکتیو در زمان وقوع خطا می‌باشد که ریز شبکه می‌تواند با تزریق درست توان راکتیو تأثیرات نامطلوب این پدیده را کاهش دهد.
واژه‌های کلیدی: ریزشبکه-توان راکتیو-کنترل ولتاژ-تقسیم توان راکتیو-کنترل درون کنترل توان راکتیو در ریز شبکه ها
با توجه به مطالب ارائه شده در این سمینار می توان بیان کرد که :
استفاده از سوخت های فسیلی و پیامد های ناشی از آن به خصوص موضوع انتشار آلاینده ها در محیط زیست باعث شده است که بشر به منابع انرژی پاک روی بیاورد.
قابلیت ویژه ریز شبکه ها، امکان بهره برداری در دو حالت متصل به شبکه و جزیره ای را فراهم می کند، که این ویژگی باعث جلوگیری از ناپایداری ریزشبکه در زمان خاموشی سراسری می شود.
ریزشبکه ها تفاوت زیادی با سیستم های سنتی دارند. یک قسمت مهمی از منابع در ریزشیکه ها به طور کامل قابل توزیع نیستند. در کل تفاوت های این چنینی باعث شد تا روش های کنترلی جدیدی برای مسائل کنترلی در ریزشبکه ها ارائه شود. از جمله این روش ها می توان به کنترل دروپ بهبود یافته ، امپدانس مجازی و استفاده از DSTATCOM اشاره کرد.
روش کنترل سلسله مراتبی شامل سه سطح است که در حالت جزیره ای سطح سوم آن نادیده گرفته می شود. در این طرح کنترلی ، سطح اولیه شامل کنترل کننده های محلی تولیدات پراکنده است که متشکل از کنترل کننده های ولتاژ و جریان، حلقه امپدانس مجازی و کنترل کننده های دروپی توان اکتیو وراکتیو است.
استفاده از DSTATCOM جهت جبران سازی ولتاژ و توان راکتیو و همچنین خذف هارمونیک های ناشی از بار،به خصوص در ریزشبکه های تکفاز که فیدر ها از نظر جغرافیایی در فواصل دور از هم قرار دارند می تواند موثر باشد، چرا که استفاده از جبرانساز های سه فاز ممکن است جبران سازی درست نشود.
روش کنترلی با استفاده از امپدانس مجازی و فرکانس هارمونیکی واحد تولید پراکنده یک روش بهینه کنترل توان راکتیو است که می تواند تنظیم دقیق امپدانس معادل واحد تولید پراکنده را در هر دو فرکانس اصلی و فرکانس هارمونیکی انتخاب شده انجام دهد.
برخلاف روش های سنتی، کنترل امپدانس مجازی که تنها یک عبارت پیش خور از جریان خط به ولتاژ مرجع واحد تولید پراکنده اضافه می شود، فرکانس های هارمونیکی با استفاده از جریان خط واحد تولید پراکنده تنظیم می شود. با این تغییر اثر عدم تطبیق امپدانس در امپدانس های فیزیکی فیدر، جبران می شود و در نتیجه دقت بهتری برای تقسیم توان راکتیو و توان هارمونیکی بدست می آید.
خطا در شبکه یکی از مهم ترین مشکلات در شبکه می باشد. تولیدات پراکنده می توانند با تزریق توان راکتیو، تاثیرات نامطلوب این اختلالات را در طول خطا و پس از آن کاهش دهند. در نتیجه خطر قطع های آبشاری و فروپاشی ولتاژ کاهش خواهد یافت. کنترل توان راکتیو مطرح شده، مقدار بیشینه و کمینه ولتاژ های فاز را در حدود تعیین شده برای حالت کار دائم نتقطه ی اتصال مشترک تنظیم می کند.
در حالت افت ولتاژ سه فاز، کنترل با تزریق توان راکتیو به منظور افزایش ولتاژ فازها بالاتر از کمترین حد مجاز صورت می گیرد. در حالت افت ولتاژ نامتعادل با تزریق هر دو مولفه مثبت و منفی توان راکتیو ولتاژ فاز کنترل می شود.
فهرست مطالب کنترل توان راکتیو در ریز شبکه ها
فصل ۱: مقدمه ۱
۱-۱- مقدمه ۲
فصل ۲: مفاهیم ریزشبکه ۶
۲-۱- مقدمه ۷
۲-۱-۱- تعریف کلی ریز شبکه ۹
۲-۱-۲- مزایای اقتصادی و فنی ریز شبکه‌ها ۹
۲-۱-۳- چالش‌های فنی ریز شبکه‌ها برای شبکه توزیع ۱۰
۲-۱-۴- طبقه‌بندی و طرح مجاز اتصال مولدهای پراکنده به شبکه ۱۲
۲-۱-۵- مطالعات موردنیاز برای اتصال مولدهای پراکنده به شبکه ۱۶
۲-۱-۶- مطالعات پخش بار جهت اتصال DG به شبکه توزیع ۱۷
۲-۱-۷- مطالعات اتصال کوتاه جهت اتصال DG به شبکه توزیع ۱۹
۲-۱-۸- ملاحظات اساسی در مطالعات اتصال کوتاه ۲۰
۲-۱-۹- مشکلات بهره برداری در شرایط جزیره ای ۲۲
۲-۱-۱۰- استفاده از نتایج مطالعات اتصال کوتاه و پخش بار ۲۲
کنترل توان راکتیو در ریز شبکه ها
۲-۱-۱۱- کیفیت توان ۲۳
۲-۱-۱۲- مطالعات کیفیت توان جهت اتصال DG به شبکه توزیع ۲۴
۲-۱-۱۳- پدیده‌های کیفیت توان ۲۵
۲-۱-۱۴- تأثیر پدیده‌های کیفیت توان عملکرد DG ها ۲۷
۲-۲- استراتژی کنترلی ریزشبکه ها ۲۹
۲-۲-۱- بهره‌برداری و مدیریت DG توسط کنترل‌کننده‌ها ۳۰
۲-۲-۲- کنترل‌کننده ریز منبع MC 30
۲-۲-۳- کنترل‌کننده مرکزی MGCC 31
۲-۲-۴- سیستم مدیریت توزیع DMS 32
۲-۲-۵- سطوح کنترلی در ریز شبکه ۳۲
۲-۲-۶- ساختار کنترلی متمرکز ۳۳
۲-۲-۷- ساختار کنترلی غیرمتمرکز ۳۴
فصل ۳: توان راکتیو ۳۷
۳-۱- توان راکتیو ۳۸
۳-۲- مدیریت توان راکتیو در ریز شبکه ۳۸
۳-۲-۱- الگوریتم به اشتراک گذاری توان راکتیو ۳۹
۳-۳- کنترل دروپ بهبودیافته برای تقسیم توان راکتیو ۴۳
۳-۳-۱- کنترل دروپ سنتی ۴۵
۳-۳-۲- تحلیل خطای به اشتراک‌گذاری توان راکتیو ۴۶
۳-۳-۳- کنترل دروپ بهبود یافته ۴۷
۳-۴- تقسیم توان راکتیو و جبران سازی اعوجاج هارمونیکی ولتاژ توسط کنترل دروپ ۴۸
۳-۴-۱- طرح ریز شبکه سلسله مراتبی ۴۹
۳-۴-۲- ساختار کنترل اولیه اینورتر ۵۰
۳-۴-۳- حلقه کنترل دروپ بیرونی ۵۰
۳-۴-۴- حلقه‌های کنترل داخلی ۵۲
۳-۴-۵- حلقه امپدانس مجازی خازنی ۵۳
۳-۴-۶- ساختار کنترل ثانویه ۵۶
۳-۴-۷- حلقه جبران ساز توان راکتیو ۵۷
۳-۴-۸- حلقه بهبود ولتاژ ۵۸
۳-۴-۹- جبرانساز هارمونیکی ثانویه ۵۹
۳-۵- کنترل‌کننده PI خودتنظیم برای کنترل توان راکتیو VSC ها ۶۰
۳-۵-۱- بهره‌برداری از ریز شبکه ۶۱
۳-۵-۲- کنترل CSPI 63
۳-۵-۳- ساختار سیستم کنترل CSPI 64
۳-۵-۴- عامل منتقد ۶۵
۳-۵-۵- تنظیم بهره ۶۶
۳-۶- تقسیم دقیق توان راکتیو با استفاده از امپدانس مجازی ۶۸
۳-۶-۱- تحلیل تقسیم توان راکتیو ۶۸
۳-۶-۲- کنترل کننده پیشنهادی ۷۱
۳-۷- استفاده از DSTATCOM به منظور جبرانسازی توان راکتیو ۷۳
۳-۷-۱- ساختار ریز شبکه مورد نظر ۷۳
۳-۷-۲- کنترل و ارتباط به منظور جبرانسازی توان راکتیو ۷۴
۳-۸- کنترل توان راکتیو با وجود محدودیت ولتاژ در حین خطا ۷۹
۳-۸-۱- بیان ریاضی مسئله ۸۰
۳-۸-۲- منابع تولید پراکنده تحت خطای شبکه ۸۲
۳-۸-۳- شناسایی افت ولتاژ ۸۳
۳-۸-۴- طرح کنترلی ۸۵
۳-۸-۵- مفهوم پشتیبانی ولتاژ ۸۶
۳-۸-۶- راه‌حل پیشنهادی ۸۸
۳-۸-۷- دامنه ولتاژ فاز ۸۸
۳-۸-۸- هدف مؤلفه های مثبت و منفی ولتاژ ۸۹
۳-۸-۹- مراجع توان راکتیو ۹۰
فصل ۴: نتیجه گیری و پیشنهاد ۹۲
۴-۱- نتیجه گیری ۹۳
۴-۲- پیشنهاد ۹۴
مراجع ۹۶
برخی از مراجع
- Han, Y. Liu, Y. Sun, M. Su, and J. M. Guerrero, “An improved droop control strategy for reactive power sharing in islanded microgrid,” Power Electronics, IEEE Transactions on vol. 30 ,no.6, pp. 3133-3141, June 2015.
- Aminzadeh, S., Hagh, M. T., & Seyedi, H. (2020). Reactive power management for microgrid frequency control. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 120, 105959.
- Kanakadhurga, D., & Prabaharan, N. (2022). Demand side management in microgrid: A critical review of key issues and recent trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 156, 111915.
- Nawaz, A., Zhou, M., Wu, J., & Long, C. (2022). A comprehensive review on energy management, demand response, and coordination schemes utilization in multi-microgrids network. Applied Energy, 323, 119596.
- Thirunavukkarasu, G. S., Seyedmahmoudian, M., Jamei, E., Horan, B., Mekhilef, S., & Stojcevski, A. (2022). Role of optimization techniques in microgrid energy management systems—A review. Energy Strategy Reviews, 43, 100899.
-
uddanti, S., & Salkuti, S. R. (2021). Review of energy management system approaches in microgrids. Energies, 14(17), 5459.
- Seidi Khorramabadi and A. Bakhshai, “Critic-Based Self-Tuning PI Structure for Active and Reactive Power Control of VSCs in Microgrid Systems,” Smart Grid, IEEE Transactions on, vol. 6 ,no.1, pp. 92-103, Jan. 2015.
- Acosta, M. N., Gonzalez-Longatt, F., Topić, D., & Andrade, M. A. (2021). Optimal Microgrid–Interactive Reactive Power Management for Day–Ahead Operation. Energies, 14(5), 1275.
- Milczarek, M. Malinowski, and J. M. Guerrero, “Reactive Power Management in Islanded Microgrid—Proportional Power Sharing in Hierarchical Droop Control,” Smart Grid, IEEE Transactions on vol. 6 ,no.4, pp. 1631 – 1638, July 2015.
- Mahmood, D. Michaelson, and J. Jiang, “Accurate reactive power sharing in an islanded microgrid using adaptive virtual impedances,” Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 30, no.3, pp. 1605-1617, March 2015.
- Hussain, S. S., Aftab, M. A., & Ali, I. (2018). IEC 61850 modeling of DSTATCOM and XMPP communication for reactive power management in microgrids. IEEE Systems Journal, 12(4), 3215-3225.
- Hussain, S. S., Aftab, M. A., & Ustun, T. S. (2020). Performance analysis of IEC 61850 messages in LTE communication for reactive power management in microgrids. Energies, 13(22), 6011.
- Deng, W. Pei, and Z. Qi, “Impact and improvement of distributed generation on voltage quality in micro-grid,” in Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, 2008. DRPT 2008. Third International Conference on, Nanjuing, 6-9 April 2008, pp. 1737-1741.
- Sridhar, N., & Kowsalya, M. (2021). Enhancement of power management in micro grid system using adaptive ALO technique. Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing, 12(2), 2163-2182.
