یک راهبرد دقیق کنترل توان برای واحدهای تولید پراکندۀ با واسط الکترونیک قدرت در یک ریزشبکه چندباسه ولتاژ پایین

چکیده

عبارات کلیدی

1. مقدمه


2. ساختار ریزشبکه

شکل1. ریزشبکه نمونه با سیستم‌های DG با واسط الکترونیک قدرت

1. روش سنتی droop فرکانس و ولتاژ

1. کنترل droop فرکانس و ولتاژ

شکل2. تسهیم توان حقیقی از طریق کنترل droop فرکانس

1. تزویج توان در ریزشبکه ولتاژ پایین


2. عدم صحت کنترل توان راکتیو به علت امپدانس خط

شکل3. تسهیم توان راکتیو با کنترل سنتی droop ولتاژ

شکل4. دیاگرام تسهیم توان راکتیو با اثرات امپدانس (اندوکتاسن) خط.

1. اندوکتانس مجازی برای تفکیک P-Q


2. الگوریتم کنترل توان راکتیو با دقت بهبودیافته

شکل5. طرح کنترل ولتاژ برای اینورتر واسط DG.

شکل6. طرح تحقق اندوکتانس مجازی

. تحقق کنترلر توان

شکل7. عبور توان راکتیو از دو DG با در نظر گرفتن شیب‌های ΔE/Q آنها (K_Qi).

شکل8. طرح ارائه شده تسهیم و کنترل توان راکتیو

1. جبرانسازی اثرات بار محلی DG

شکل9. دو DG موازی متصل به شبکه با حضور بارهای محلی.

شکل10. رابطه Q-E با بارهای محلی DG.

شکل11. دیاگرام تخمین K_Qi و آفست توان راکتیو (Q_{i_Local}^*).

1. جبرانسازی هرچه بیشتر افت ولتاژ ناشی از عبور توان حقیقی


2. نتایج شبیه‌سازی

جدول : 1پارامترهای شبیه‌سازی و آزمایشگاهی سیستم

شکل12. عملکرد تسهیم توان بدون بار محلی DG. (الف) عبور توان حقیقی با روش سنتی droop. (ب) عبور توان راکتیو با روش سنتی droop. (ج) عبور توان راکتیو با الگوریتم دقیقی droop ارائه شده. (انتقال حالت متصل به شبکه به حالت جزیره‌ای ریزشبکه در t = 1.5 s).

شکل13. تسهیم توان راکتیو با بار محلی در DG1. (الف) روش سنتی تسهیم. (ب) روش ارائه شده. (ریزشبکه در لحظه t = 1.5 s از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره‌ای تبدیل می‌شود).

شکل14. توان‌های حقیقی و راکتیو در طی راه‌اندازی DG1. (ریزشبکه در لحظه  t = 1.5 s از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره‌ای تبدیل می‌شود.)

1. تایید آزمایشگاهی

شکل15. چیدمان سخت‌افزاری سیستم ریزشبکه.

شکل16. عملکرد تسهیم توان بدون بار محلی DG. (الف) عبور توان حقیقی. (ب) عبور توان راکتیو. (الگوریتم تسهیم ارائه شده در لحظه  t = 0.3 s فعال می‌شود.)

شکل17. تسهیم توان راکتیو با بار محلی در DG1. (الف) بدون پیاده‌سازی آفست توان محلی. (ب) با جبرانسازی توان محلی. (الگوریتم تسهیم ارائه شده با/ بدون آفست توان محلی در t = 0.3 s فعال می‌شود.)

شکل18. توان‌های حقیقی و راکتیو در طی شروع توان راکتیو دو پله‌ای DG1.

1. نتیجه‌گیری


2. جدول:  خلاصه عملکرد روش‌های مختلف کنترل توان

در این مقاله، برای ریزشبکه ولتاژ پایین یک راهبرد کنترل توان ارائه می‌شود، جائی که در آن امپدانس خط عمدتا مقاومتی، امپدانس نابرابر بین واحدهای تولید پراکنده (DG)، و محل بارهای ریزشبکه باعث می‌شوند روش مرسوم کنترل droop فرکانس و ولتاژ غیرممکن باشد. راهبرد کنترل توان ارائه شده شامل یک اندوکتانس مجازی در خروجی اینورتر واسط و یک الگوریتم تسهیم و کنترل دقیق توان است که در این الگوریتم هم اثر افت ولتاژ امپدانس و هم اثر بار محلی DG در نظر گرفته شده است. بخصوص اینکه اندوکتانس مجازی می‌تواند با معرفی یک امپدانس به شدت اندوکتیو حتی در شبکه ولتاژ پایین با امپدانس مقاومتی خط، به طور موثر مانع تزویج بین توان‌های حقیقی و راکتیو شود. از طرف دیگر، بر اساس امپدانس به شدت اندوکتیو، الگوریتم تسهیم دقیق توان راکتیو به این صورت عمل می‌کند که افت ولتاژهای امپدانس را تخمین زده و صحت و دقت تسهیم و کنترل توان راکتیو را بهبود می‌بخشد. در نهایت اینکه، با در نظر گرفتن محل‌های مختلف بارها در یک ریزشبکه چندباسه، با به کارگیری یک تخمین آنلاین آفست توان راکتیو برای جبرانسازی اثرات تقاضاهای توان بار محلی DG، دقت کنترل توان راکتیو را می‌توان بهبود داد. راهبرد کنترل توان پیشنهادی در این کار، شبیه‌سازی شده و بصورت عملی روی یک ریزشبکه ولتاژ پایین نمونه تست شده است.

با افزایش نگرانی‌ها در مورد محیط زیست و هزینه انرژی، صنعت برق با تغییرات اساسی مواجه است که این تغییرات شامل منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) یا ریزمنابعی مثل سلول‌های فوتوولتائیک، توربین‌های بادی کوچک، و ریزتوربین‌ها است که به شکل تولید پراکنده (DG) با شبکه قدرت یکپارچه و ترکیب شده‌اند. سیستم‌های تولید پراکنده مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر معمولا از طریق یک واسط الکترونیک قدرت و سیستم‌های ذخیره انرژی به شبکه متصل می‌شوند [1]. سازماندهی منظم این سیستم‌های تولید پراکنده تشکیل یک ریزشبکه می‌دهد [2]-[7]. در مقایسه با یک DG تنها، ریزشبکه ظرفیت و قابلیت‌های کنترلی بیشتری برای رفع الزامات کیفیت توان و قابلیت اطمینان سیستم دارد. همچنین ریزشبکه فرصتی فراهم می‌کند تا بتوان تولید پراکنده را از طریق تولید همزمان برق و گرما (CHP) بهینه‌سازی کرد، که هم اکنون مهم‌ترین ابزار بهبود راندمان انرژی است. ریزشبکه خود را به عنوان یک بار قابل دیسپاچینگ به شبکه معرفی می‌کند و لذا از مسائل و مشکلاتی که برای واحدهای DG تنها پیش می‌آید مصون است [2]. علاوه بر این، ریزشبکه می‌تواند در حالت متصل به شبکه و یا حالت جزیره‌ای خودکفا عمل کند که این موضوع هم برای شبکه خوب است و هم برای مصرف‌کنندگان. بسته به محل و ظرفیت واحدهای DG، ریزشبکه می‌تواند در یک سطح ولتاژ متوسط و یا پایین کار کند. از آنجا که بیشتر ریزمنابع دارای ظرفیت توان نسبتا کم و در حول و حوش چند صد کیلووات هستند، در این مقاله ریزشبکه به صورت ولتاژ پایین در نظر گرفته شده است.