توضیحات
پروژه شبیه سازی استراتژی کنترل دروپ اینورتر در ریزشبکه(میکروگرید) تحت حالت جزیره ای در نرم افزار متلب
ریزشبکه
ریزشبکه ها شبکه هاي فشار ضعیفی هستند که شامل منابع DER مثل میکروتوربین، سلولهاي خورشیدي و ذخیرهکنندههاي توان مثل باتري و … در کنار بارهاي قابل کنترل به همراه یک سیستم کنترل قوي هستند. استفاده از روشهاي کنترلی جدید در کنار منابع تولید پراکنده با درنظرگرفتن سطوح امنیت، کیفیت، دسترسپذیري توان در شبکه هاي توزیع به طور کلی شبکه هاي توزیع را در این جهت سوق میدهد که از حالت تابع بودن به حالت فعال و پویا (اکتیو) تبدیل شوند.
شکل نماي کلی از یک ریزشبکه.
در شکل فوق شماي کلی از یک شبکه ریزشبکه نشان داده شده است. همانطور که در شکل فوق مشاهده میشود، این شبکه در بالادست به شبکة فشار متوسط سراسري متصل می شوند و توانایی کار در حالت جدا از شبکه را نیز دارا میباشند. از دید مصرف کننده یک ریزشبکه هم توانایی تأمین برق و هم گرما را دارد و از طرف دیگر افزایش کیفیت برق، کاهش انتشار آلودگی، کاهش افت ولتاژ و انرژي با قیمت کمتر مطرح میگردد.
ریزشبکه شامل یک عملکرد هماهنگ بین پاسخگویی بار و تولید توسط منابع تولیدپراکنده، در کنار بیشینه کردن سود رسیده به مشترکین و شبکه بالادست است. عناصر زیادي در ریزشبکه بکار رفته اند. مهمترین عناصر موجود در ریزشبکه به قرار زیر است :
1-منابع تولیدپراکنده و ذخیره کننده هاي انرژي،
2-کلیدهاي اتصال به شبکه،
3-سیستم هاي کنترلی.
هر سه عنصر فوق در شکل فوق مشاهده میشوند.
ساختار و عناصر یک شبکه ریزشبکه:
در شکل زیر یک دیاگرام شماتیکی دیگر از ریزشبکه آورده شده است. طبق شکل ریزشبکه یک بخش کوچکی از شبکه توزیع است که در پایین دست شبکة فوق توزیع قرار دارد و شامل انواع مختلفی از منابع DER و مصرف کنندههاي برق و انرژي گرمایی است. منابع DER شامل منابع تولیدپراکنده و منبع ذخیرة کننده انرژی با خصوصیات و ظرفیت هاي مختلف میباشد. ریزشبکه توسط یک کلید و ترانس همراه آن توانایی اتصال و جداشدن از شبکه را دارد و مشترکین مختلفی مثل خانگی، تجاري، صنعتی را سرویس دهی می کند.
شکل دیاگرام شماتیکی از ریزشبکه به همراه عناصر تولیدکننده و مصرف کننده انرژي در آن.
ریزشبکه همان طور که در شکل ملاحظه میگردد ابتدا به شبکه بالادست وصل است و در کنار وظیفه تأمین توان(در حد نیاز)، کنترل و استراتژيهاي بهرهبرداري به منظور حداقل بخشی از بار مصرفی را برعهده دارد. بعد از جداشدن از شبکة بالادست ریزشبکه باید توانایی تأمین بار مشترکین خود را داشته باشد. از این رو منابع DER باید توانایی تأمین بارهاي خود دریافت جزیره ای را داشته باشند.
ریزشبکه از دید CERTS
از نظر CERTS، ریزشبکه یک شبکه کوچک همراه با تولیدکننده هایی با توان پایین که در آن مصرف توان تولید الکتریسیته و حرارت بسیار به همدیگر نزدیک هستند. منابع تولیدکننده توان در ریزشبکهها بیشتر منابع انرژي نو هستند. ریزشبکه داراي دو جزء اساسی، کلیدهاي اتصال به شبکه و تولیدکننده هاي کوچک است. ریزشبکهها، سه ساختار اصلی دارند: ریزشبکه AC، ریزشبکه DC و ریزشبکه ترکیبی AC-DC. در یک ریز شبکه AC، مولدهای پراکنده و سیستم‌های ذخیره انرژی، از طریق تجهیزات الکترونیک قدرت به باس AC متصل میشوند. با استفاده از کنترل قطع/وصل (on/off) در نقطه اتصال مشترک (PCC)، میتوان ریزشبکه را به دو حالت متصل به شبکه یا جزیرهای سوئیچ کرد.
شکل ساختار کلی یک ریزشبکه AC.
ریزشبکه DC، یک باس DC برای منابع تولید پراکنده، سیستم‌های ذخیره انرژی و بارهای DC دارد. همانطور که در شکل زیر می‌بینیم، این شبکه DC، از طریق اینورتر الکترونیک قدرت به شبکه برق AC متصل میشود.
شکل ساختار کلی یک ریزشبکه DC.
بارهای AC و DC را در سطوح ولتاژ مختلف میتوان با یک ریزشبکه DC و از طریق مبدل های الکترونیک قدرت تغذیه کرد. تغییرات تولید توان منابع پراکنده و مصرف توان بارها را نیز میتوان با استفاده از سیستم‌های ذخیره انرژی متصل به باس DC تنظیم کرد. در یک ریزشبکه DC، منابع تولید پراکنده، از طریق یک مبدل ولتاژ به باس DC متصل میشوند. وقتی منابع توان و بارهای DC زیادی در سیستم وجود داشته باشد، این ساختار اقتصادی‌تر است.
یک ریزشبکه ترکیبی AC-DC که در شکل زیر آن را مشاهده می‌کنید، از باس‌های DC و AC تشکیل شده و هر دو نوع بارهای DC و AC را تغذیه می‌کند. ریزشبکه ترکیبی را میتوان به عنوان یک ریزشبکه AC در نظر گرفت که در آن، شبکه DC از طریق یک اینورتر به باس AC متصل میشود و مانند یک منبع توان عمل می‌کند. یک ریزشبکه AC-DC ترکیبی، مشخصه‌های هر دو ریزشبکه AC و DC را با هم دارد و می‌تواند بارهای مختلف را بهتر تغذیه کند.
شکل ساختار کلی یک ریزشبکه DC-AC ترکیبی.
از دید کنسرسیوم CERTS ریزشبکه فقط شامل بارهاي با اهمیت است در حالیکه در تمامی مقالات و مراجع دیگر ریزشبکه همه انواع بار را شامل میشود. از طرفی در این حالت چون همه بارها اهمیت بالایی دارند، باید ظرفیت منابع موجود در ریزشبکه حداقل با بارهاي موجود برابر باشند.
اهداف شکل گیري ریزشبکه:
یکی از مهمترین هدفها به منظوررفتن به سمت ریزشبکه جلوگیري از اتلاف انرژي است. در گذشته نحوة مصرف انرژي به صورت نشان داده شده در شکل زیر بوده است. همانطور که در شکل ملاحظه میشود انرژي فسیلی مصرف شده براي تولید الکتریسیته بخشی به انرژي الکتریکی تبدیل و بخشی هم به صورت انرژي گرمایی هدر میرود. از طرفی مقداري انرژي فسیلی جهت تأمین انرژي گرمایی مصرفکنندگان مصرف میشود. یکی از معایب بزرگ این حالت این است که انرژي گرمایی زیادي هدر میرود. جلوگیري از اتلاف انرژي یکی از مهمترین دلایلی است که بشر را به سمت ریزشبکهها سوق داده است.
شکل نماي کلی از نحوه مصرف انرژي در گذشته.
شکل فوق استراتژي مصرف انرژي در ریزشبکه نشان میدهد. در ریزشبکه با حضور منابع تولیدپراکنده در نزدیک مصرفکنندگان هم از انرژي الکتریکی تولیدشده میتوان استفاده کرد و هم انرژي گرمایی ناشی از منابع تولیدکننده، قابل استفاده خواهدبود.
شکل نماي کلی از نحوه مصرف انرژي در ریزشبکه.
به این ترتیب اولاً تلفات شبکة بالادست کاهش می یابد(کاهش تلفات الکتریکی) ثانیاً انرژي غیرالکتریکی مثل حرارت را میتوان بازیافت.
در سال های اخیر، مسایل مهمی چون امنیت انرژی، آلودگی های زیست محیطی و پدافند غیر عامل باعث شده است که سیاست گذاری های دولت ها به سمت توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر از قبیل باد، خورشید و پیل های سوختی گرایش پیدا کنند. ریزشبکه بستر مناسبی را برای کنار هم قرار دادن منابع تولید پراکنده مخصوصا منابع تجدیدپذیر و بار، جهت افزایش قابلیت اطمینان، بهره وری انرژی، کاهش تلفات و آلودگی های زیست محیطی و ارتقای غیرمستقیم شبکه قدرت فراهم می کند. کنترل و بهره برداری ریزشبکه دارای چالش هایی از قبیل مدیریت توان، مدیریت انرژی، حفاظت، کیفیت توان و پایداری می باشد. در این میان مدیریت توان در ریزشبکه مخصوصا در حالت جزیرهای حائز اهمیت است. اهداف مدیریت توان در یک ریزشبکه، شامل تقسیم مناسب توان بین منابع انرژی و تنظیم مناسب ولتاژ و فرکانس است. ضمن اینکه پایداری و قابلیت اطمینان شبکه با به کارگیری روش های تقسیم توان متکی بر رابط مخابراتی نباید تحت تاثیر قرار گیرد. همچنین در یک ریزشبکه ترکیبی، سیستم مدیریت توان باید قابلیت تقسیم توان مبادله شده بین دو شبکه AC و DC توسط مبدل های واسط را داشته و از اضافه بار مبدل ها و توان چرخشی بین ریزشبکه های AC و DC جلوگیری به عمل آورد.
کاهش منابع فسیلی و افزایش آلودگی های زیست محیطی محققان را به سمت استفاده بیشتر از انرژی های پاک سوق داده است؛ به طوری که نفوذ منابع تولید انرژی پاک به ویژه نیروگاه های بادی و خورشیدی نه تنها در مناطق دوردست بلکه در شبکه های توزیع سراسری نیز به شدت رو به افزایش است. این نفوذ روزافزون نیازمند بررسی اثرات سوء بر روی شبکه سراسری در جهت کاهش تلفات، افزایش قابلیت اطمینان کیفیت توان و بهبود پایداری است. از مهمترین دلایل این تغییر ساختار، کاهش منابع سوخت فسیلی، توسعه گسترده منابع تولید پراکنده (DER) و آگاهی مردم از اثرات سوء زیست محیطی ناشی از منابع تولید انرژی فسیلی و هسته ای می باشد.
از مزایای منابع تولید پراکنده (DG) در مقایسه با منابع تولید انرژی سنتی می توان به اثرات زیست محیطی کمتر، نصب آسان تر، راندمان بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتر اشاره نمود. لیکن ظرفیت پایین تولید توان در این نوع از منابع در جهت تامین بارهای محلی، تجميع انواع مختلف منابع تولید پراکنده را توجیه نموده است. بر این اساس شبکه های محلی کوچک تحت عنوان ریزشبکه وظیفه تجمیع این منابع را در جهت افزایش ظرفیت تولید و قابلیت اطمینان به عهده خواهند داشت.
تعریف ریزشبکه:
در تعریف کلی، یک ریزشبکه شامل منابع تولید انرژی، ذخیره کننده ها (ESS) و بارهای الکتریکی بوده که می تواند به صورت متصل به شبکه سراسری و یا مستقل از آن (جزیره ای عمل نماید. این امر موجب افزایش قابلیت اطمینان، امنیت بیشتری راندمان بالاتر و بهبود کیفیت توان تحویلی به مصرف کننده می شود.
بدیهی است اتصال منابع متنوع به یک ریزشبکه و اتصال آن به شبکه سراسری چالش هایی را به همراه خواهد داشت. از جمله چالش های پیش رو در جهت افزایش قابلیت اطمینان شبکه و بهره گیری از مزایای بالقوه منابع تولید پراکنده در یک ریزشبکه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
– برنامه ریزی و مدیریت توان و انرژی واحدها در شرایط نامعینی بار و تولید
– عملکرد اقتصادی و قابل اطمینان منابع با حداکثر سطح نفوذ منابع خارج از اختیار در حالت جزیره ای
– مدیریت سمت بار (DSM)
– حضور رقابتی منابع تولید انرژی قابل کنترل : سیستم حفاظتی موجود در شبکه توزیع در حضور منابع تولید پراکنده
– پایداری ولتاژ و فرکانس به ویژه با افزایش نفوذ منابع مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت – پایداری دینامیکی ریزشبکه
– کیفیت توان در حضور بارهای نامتعادل، غیر خطی و هارمونیکی – اتصال ریزشبکه به شبکه سراسری – کنترل توان اکتیو و راکتیو
– تشخيص حالت جزیره ای
– تغییر حالت عملکردی ریزشبکه
آنچه ریزشبکه را از شبکه قدرت سراسری متمایز می نماید مدل پایا و دینامیکی متفاوت منابع، عدم تعادل توان به دلیل حضور منابع تولید پراکنده و بارهای تکفاز و همچنین کنترل متفاوت منابع تولید پراکنده مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت می باشد.
با استفاده از این فن آوری، کنترل ولتاژ، فرکانس و توان به آسانی صورت می پذیرد. ضمنا با توسعه فن آوری های الکترونیک قدرت و کنترل، امکان اتصال منابع تولید انرژی تجدیدپذیر و ذخیره سازها با ابعاد بزرگتر از طریق واسطهای الکترونیک قدرت به ریزشبکه میسر می شود.
منابع مورد استفاده در ریزشبکه ها عموما شامل ژنراتورهای دیزلی، توربین های گازی ، پیل سوختی (FC)، میکروتوربین ، توربین بادی (WT) و سلول خورشیدی(PV) است. تمامی منابع نامبرده به غیر از نیروگاه بادی و سلول خوشیدی جزء منابع در اختيار محسوب می شوند. منابع در اختیار به منابعی اطلاق می شود که خروجی آنها به شرایط محیطی و آب و هوایی نظیر نور خورشید و سرعت باد وابسته نباشد. از این رو منابع در اختیار در ریزشبکه های جزیره ای می توانند به عنوان منابع مستقل نقش پایداری ولتاژ را ایفا نماید. از بین منابع فوق الذکر، ژنراتورهای دیزلی، توربین گازی، میکروتوربین و توربین بادی دارای ماهیت خروجی AC و پیل سوختی و سلول خورشیدی دارای ماهیت DC هستند.
حضور سیستم های ذخیره ساز انرژی با قابلیت پاسخگویی سریع، با تزریق یا مصرف توان اکتیو و یا راکتیو مورد نیاز، می تواند در بهبود پایداری، کیفیت توان و قابلیت اطمینان منابع خارج از اختیار نقش اساسی داشته باشد. از مهمترین ذخیره سازها در ریزشبکه میتوان به انواع باتری ها، ابرخازن(SC)، سلف ابررسانا (SMES) و چرخ گردان اشاره کرد. بسته به ماهیت خروجی منابع و نیاز بار، ریزشبکه ها می تواند در دو نوع AC و DC مورد بهره برداری قرار گیرد. هر یک از این دو نوع دارای مزایا و معایبی بوده که در مقالات متعدد مورد بررسی قرار گرفته است.
به طورکلی، ریزشبکه های AC به دلیل تبعیت از شبکه های AC سنتی، فراوانی بارهای AC و تجربه بالای بهره برداری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ليکن از آنجا که بیش از ۳۵٪ از بارهای مسکونی و تجاری از نوع DC است، اخيرا استفاده از شبکه های DC برای تامین این بارها مورد توجه قرار گرفته است. به علاوه منابع مهم تولید انرژی و ذخیره سازها دارای خروجی DC هستند؛ لذا اتصال این ادوات به شبکه DC بدون مبدل اضافی، بهینه به نظر می رسد. از طرف دیگر، مشکلات کنترل توان راکتیو به عنوان یکی از چالش های مهم در ریزشبکه AC در نوع DC وجود ندارد. لذا امروزه ریزشبکه های DC نیز همانند نوع AC بسیار مورد توجه محقیقین این مبحث قرار گرفته است. در طرح جامع تری استفاده از ریزشبکه های AC-DCترکیبی که دارای دو ریزشبکه AC و DC است مرسوم شده است.
در ریزشبکه ترکیبی شبکه های AC و DC در یک نقطه از طریق مبدل الکترونیک قدرت معروف به مبدل اینترلینک (یا واسط) با یکدیگر مرتبط می گردند. از آنجا که مدیریت توان و انرژی، کنترل و بهره برداری در ریزشبکه های ترکیبی AC/DCدر مقایسه با نوع AC و DC از پیچیدگی های بیشتری برخوردار است، تاکنون حالت های بهره برداری متنوعی برای بهبود معیارهای مدیریت توان و پایداری مورد بررسی قرار گرفته است.
اتصال ریزشبکه به شبکه سراسری در نقطه اتصال مشترک (PCC) صورت می پذیرد، با این تفاوت که نقطه PCC در ریزشبکه AC می تواند شامل یک کلید استاتیکی دو طرفه (دو تریستور موازی معکوس) بوده که وظیفه قطع، وصل و انتقال توان اکتیو و راکتیو را در هر دو جهت برعهده دارد. در صورتی که استفاده از کلید استاتیکی در اتصال ریزشبکه DC به شبکه AC سراسری کفایت ننموده و لازم است از مبدل های الکترونیک قدرت در نقطه PCC استفاده شود. پر واضح است که در ریزشبکه های AC به دلیل وجود تنها یک کلید دوجهته، لازم است اتصال ریزشبکه به شبکه سراسری پس از عملیات سنکرون سازی صورت پذیرد.
کنترل در ریزشبکه ها:
عملکرد ایمن ریزشبکه در حالت های متصل به شبکه سراسری یا مستقل از آن و قطع یا وصل) موفق ریزشبکه از (به) شبکه سراسری به سیستم کنترلی بستگی دارد. کنترل کننده ها می بایست عملکرد بی وقفه سیستم را در شرایط مختلف شبکه تضمین نمایند. به دلیل تنوع در تولید و بار، نیاز به استراتژی های کنترلی هوشمند و مقاوم امری ضروری است. از آنجا که منابعی نظیر توربین بادی و PV در شرایط مختلف محیطی دارای خروجی توان متفاوتی می باشند، لازم است با به خدمت گرفتن سیستم کنترلی مناسب، بازده و قابلیت اطمینان ریزشبکه در مقابل این تغییرات حفظ شود.
در حالت متصل به شبکه سراسری، ریزشبکه می تواند بسته به میزان تولید، میزان مصرف و سیاست بهره برداری، توان از شبکه سراسری دریافت یا به شبکه سراسری تزریق نماید. در این حالت، کنترل ولتاژ ریزشبکه توسط شبکه سراسری انجام پذیرفته و DGها عموما در حالت کنترل توان جریان قرار می گیرند. برای استفاده بهینه از انرژی، لازم است نیروگاه های بادی و سلول خورشیدی در نقطه حداکثر توان تولیدی(MPPT) فعالیت نموده و توان اکتیو و راکتیو مرجع سایر DGها توسط مرکز کنترل ریزشبکه(MGCC) تعیین شود. تعیین مقادیر مرجع توان معمولا طوری انتخاب می شود تا هزینه انرژی ریزشبکه در این حالت به حداقل برسد.
در صورت بروز مشکلات کیفیت توان در شبکه سراسری(نظیر افت شدید ولتاژ، خطا و خاموشی)، ریزشبکه می بایست از شبکه سراسری ایزوله شود. تشخیص جزیره ای شدن ریزشبکه برای تغییر حالت کنترلی منابع ضروری است. در حالت جزیره ای، حداقل یکی از منابع در اختیار می بایست وظیفه تنظیم ولتاژ و فرکانس ریزشبکه را بر عهده گیرد. ضمنا تعادل توان بین تولید و مصرف همواره می بایست حفظ شود. با توجه به نایقینی بار و به ویژه با نفوذ منابع خارج از اختیار نظیر منابع بادی و خورشیدی، پیش بینی و برنامه ریزی توزیع توان بین DGها دچار خطا شده و احتمال بر هم خوردن تعادل توان در ساعات مختلف شبانه روز بالا است. در این صورت ممکن است فرکانس ریزشبکه به کمتر از مقدار کمینهی مجاز افت نماید.
بسته به سلفی و یا مقاومتی بودن امپدانس خطوط ریزشبکه این شرایط زمانی اتفاق می افتد که مجموع توان اکتیو و یا راکتیو تولیدی توسط منابع و ذخیره سازها از مقدار توان اکتیو و یا راکتیو مصرفی کمتر شود.
در مقابل، افزایش فرکانس یا دامنه ولتاژ نیز به دلیل تولید اضافی منابع تولید انرژی به ویژه منابع خارج از اختیار شامل واحدهای باد و سلول خورشیدی دور از ذهن نخواهد بود؛ چراکه سوخت مصرفی این نیروگاه ها رایگان بوده و در راستای عملکرد اقتصادی ریزشبکه همواره لازم است سیستم کنترلی مبدل های متصل به این منابع در حالت MPPT فعالیت نمایند.
افزایش سطح نفوذ این منابع، مدیریت توان و انرژی در ریزشبکه ها را با مشکلات بیشتری مواجه می نماید. بنابراین برنامه ریزی تولید ساعتی و روزانه با پیش بینی توان تولیدی منابع خارج از اختیار و بار در حضور ذخیره سازها از مهمترین مباحث اقتصادی و قابلیت اطمینان در ریزشبکه محسوب می شود. روش های بهینه سازی اقتصادی برای تخصیص توان منابع و تعیین اندازه ذخیره سازها همچنان جزء موضوعات مورد علاقه در این حیطه به شمار می آید. در راستای نیل به این هدف وجود یک سیستم کنترل متمرکز در ریزشبکه و لینک های مخابراتی برای تخصیص توان مرجع منابع مختلف ضروری به نظر می رسد. مقالات بسیاری در خصوص روشهای کنترلی مبتنی بر ارتباطات مخابراتی کار کرده اند. اما عملکرد ضعیف سیستم کنترل متمرکز در ریزشبکه های وسیع با تعداد زیادی از منابع تولید پراکنده، به دلیل فراوانی بار و منبع، تغییر در تعداد DGهای درگیر در لحظه های مختلف، عدم امکان مدیریت اختصاصی DGها و هزینه بالای احداث سیستم مخابراتی و احتمال قطعی آن، محققان را بر آن داشت تا نسبت به بررسی روش های کنترلی غیر متمرکز و بدون نیاز به لینک مخابراتی اقدام نمایند.
این شیوه، بیشترین استقلال را در عملکرد منابع تولید پراکنده فراهم می نماید؛ به طوری که کنترل هر DG براساس اندازه گیری های محلی خود صورت می پذیرد. بنابراین اضافه یا کم شدن یک DG تاثیری بر سیستم کنترلی ریزشبکه نخواهد داشت. مهمترین روش کنترل غیر متمرکز در تخصیص توان منابع، روش کنترل افتی(دروپ) بوده که توسط هر منبع، مستقل از عملکرد دیگر منابع به خدمت گرفته می شود. این روش مشابه روش کنترلی به کار رفته در نیروگاه های سنتی در شبکه سراسری بوده که در بخش های آتی به آن خواهیم پرداخت. در این روش، کنترل ولتاژ باس خروجی مبدل متصل به منبع و تخصیص توان اکتیو و راکتیو منبع به طور همزمان صورت می پذیرد. باتوجه به توضیحات مذکور، ریزشبکه ها معمولا دارای یک ساختار کنترلی سلسله مراتبی بوده که می تواند به لایه های زیر دسته بندی شود.
– کنترل اولیه (محلی)
– کنترل ثانویه
– کنترل ثالثیه(سراسری)
سطح کنترل اولیه، اولین لایه از سیستم کنترل سلسله مراتبی ریزشبکه محسوب شده که دارای پاسخ دینامیکی سریع می باشد. از وظایف اصلی این سطح، کنترل ولتاژ و جریان ها بوده که با اعمال روشهای متنوع کنترلی بر روی مبدل های متصل به آنها قابل انجام است. ضمنا تعیین مراجع توان اکتیو و راکتیو منابع در این لایه کنترلی انجام می پذیرد. لازم به ذکر است در سیستم های کنترلی متمرکز مراجع P و Q توسط لینک مخابراتی به DGها ارسال می شود؛ در صورتی که سیستم کنترل مورد نظر غیر متمرکز باشد، تخصيص توان DGها با اندازه گیری محلی توسط روش کنترل افتی انجام می شود.
کنترل ثانویه، تنظیم ولتاژ و فرکانس كل ریزشبکه را به عهده خواهد داشت؛ به طوری که در صورت خروج مقادیر ولتاژ و فرکانس از بازه مجاز، به دلیل تغییرات ناگهانی در تولید یا مصرف، دستور بازیابی این مقادير از مرکز کنترل متمرکز به DGها صادر می شود. این بازیابی به ویژه در زمان سنکرون سازی ریزشبکه با شبکه سراسری به دلیل تغییر حالت عملکردی ریزشبکه از حالت جزیره ای به حالت متصل به شبکه ضروری است. کنترل ثالثية، آخرین سطح از لایه های کنترلی مربوط به انتقال توان از ریزشبکه به شبکه سراسری و یا بالعکس می باشد. کلیه مباحث اقتصادی، برنامه ریزی و پیش بینی در این سطح واقع شده است. ضمنا مباحث حفاظتی، امنیتی و پایداری سیستم ریزشبکه نیز در این بخش مطرح می شود.
با توجه به توضیحات مذکور، بدیهی است که در کنترل سلسله مراتبی، برای اجرای سطوح کنترلی ثانویه و ثالثية، وجود یک مرکز کنترل متمرکز به همراه لینک های مخابراتی امری ضروری بوده که منجر به افزایش هزینه سرمایه گذاری می شود. از طرفی به دلیل امکان بروز قطعی در سیستم های مخابراتی از قابلیت اطمینان سیستم می کاهد. به همین منظور تلاش برای حذف آن همواره از چالش های مهم محققین به شمار می آید.
تقسیم توان بین DGها در ریزشبکه ها:
تقسیم توان بین DGها بسته به نوع سیستم کنترلی غیر متمرکز یا متمرکز عموما در سطح اول یا دوم از کنترل سلسله مراتبی قرار می گیرد. در حالت متصل به شبکه، مراجع توان اکتیو (P) و راکتیو (Q) توسط سیستم کنترل مرکزی(روش PQ) و یا بخش MPPT تعیین می شود. در این حالت، تعیین مرجع توان DGها عموما بر مبنای عملکرد اقتصادی ریزشبکه صورت می پذیرد؛ به طوری که هزینه تولید توان و انرژی در یک دوره کاری مشخص (معمولا یک روزه) حداقل شود. لیکن در صورتی که ریزشبکه از شبکه سراسری جدا شود، تعیین مرجع توان توسط سیستم کنترل مرکزی با توجه به حفظ تعادل بین تولید و مصرف دشوار می باشد. بنابراین روشهای دیگری برای نیل به این هدف ارائه شده است. در این حالت، هدف اصلی حفظ پایداری ولتاژ ریزشبکه بوده و تعیین توان DGها در اولویت بعدی استراتژی کنترل قرار می گیرد.
به طور کلی، چهار روش اساسی برای عملکرد موازی اینورترهای یک ریزشبکه جزیره ای برای تقسیم توان بین DGها قابل ذکر می باشد:
روش کنترلی فرمانده-فرمانبر:
در این روش یکی از منابع به عنوان فرمانده در حالت کنترل ولتاژ و مابقی DGها در نقش فرمانبر در حالت کنترل توان جریان قرار دارند. اینورتر فرمانده وظیفه تنظیم ولتاژ ریزشبکه و تعیین توان (یا جریان) مرجع DGهای فرمانبر را بر عهده خواهد داشت. بنابراین استفاده از یک لینک مخابراتی با عرض باند کوچک ضروری است.
روش تخصيص متوسط توان:
در این روش، توان اجريان كل بار ریزشبکه اندازه گیری شده و سهم توان/جريان هر DG از متوسط گیری مقدار توان ریزشبکه به نسبت تعداد DGهای درگیر در آن تعیین می شود. به دلیل نیاز به توان كل بارهای مصرفی، این روش عموما در ریزشبکه های با وسعت کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. از نقصهای دیگر این روش وجود لینک مخابراتی برای توزیع توان متوسط بین DGها است.
روش کنترل متناوب دایره وار:
در این روش مرجع توان/جریان DG شماره i از DG شمارهi+1 گرفته می شود. مرجع توان/جریان اولین DG توسط آخرین DG ساخته می شود. در این روش از منطق کنترل فرمانده – فرمان بر استفاده می شود؛ به طوری که DG فرمانده در زنجیره تعیین توان مرجع نقشی ندارد.
روش کنترل افتی (دروپ):
این روش برگرفته از قاعده توزیع توان در ژنراتورهای سنکرون در شبکه های سنتی می باشد. توزیع توان حقیقی به عنوان پارامتر اصلی در بحث توزیع توان در ریزشبکه به دلیل وجود امپدانس خط، با خطا مواجه بوده که لازم است به عنوان چالشی مهم مورد توجه قرار گیرد. مهمترین برتری روش افتی در مقابل روش های پیشین عدم نیاز به شبکه مخابراتی است. لیکن روش کنترل افتی سنتی دارای معایبی بوده که به کارگیری آن را در ریزشبکه های مدرن محدود نموده است. از جمله ایرادات بارز این روش، عملکرد کند حالت گذرای سیستم، وابستگی فرکانس و دامنه ولتاژ به میزان بار مصرفی، کاهش دقت در توزیع توان، کیفیت توان در حضور بارهای غیرخطی و نامتعادل و وجود جریان های چرخشی بین DGها است. اگرچه برای غلبه بر این عیوب تحقیقات فراوانی صورت پذیرفته اما همچنان به عنوان یکی از موضوعات مورد علاقه محققین به شمار می آید.
در تمامی روشهای مذکور، تخصیص توان DGها بر مبنای ظرفیت نامی آنها و بدون توجه به معیارهای اقتصادی صورت می پذیرد؛ در حالیکه در روش های متمرکز، میزان توان تولیدی منابع می تواند بر مبنای عملکرد اقتصادی ریزشبکه نیز انجام پذیرد.
شرح پروژه:
در این پروژه شبیه سازی استراتژی کنترل دروپ اینورتر در ریزشبکه(میکروگرید) تحت حالت جزیره ای در نرم افزار متلب انجام شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
