مکانیسم کنترل ولتاژ شبکه ی توزیع LV: تجزیه و تحلیل تست میدانی مقیاس بزرگ

چکیده

لغات کلیدی

1. مقدمه 

2. ماده و روش ها 

2.1. الگوریتم 

شکل 1. تصویر طرح سوئیچینگ الگوریتم کنترل ولتاژ. 

شکل 2. تصویر طرح فنی لوازم خانگی و کانال های ارتباطی طی طرح اولیه. 

2.2. طرح فنی

2.3. تست میدانی 

شکل 3. نمودار بالایی، پروفایل ولتاژ برای مشارکت 24 ساعته یک خانه ی مسکونی در طرح اولیه را نشان می دهد.

3. تجزیه و تحلیل نتایج 

3.1. نتایج کلی 

شکل 4. مقایسه بین پروفایل های ولتاژ در هر دو محله ی طرح اولیه.

شکل 5. توزیع جمع بندی شده در طول روز برای پخش انحرافات ولتاژ و فعالیت های هوشمند انجام پذیرفته لوازم خانگی.

3.2. تجزیه و تحلیل انتخابی پتانسیل SDWH 

شکل 6. توزیع فعالیت انجام پذیرفته توسط لوازم خانگی ترکیب شده با رواج هر نوع لوازم خانگی در این مطالعه.

شکل 7. افت متوسط ولتاژ خط برای لوازم خانگی مختلف مجهز به SDWH برای هر دو حالت مرجع و کنترل ولتاژ

4. نتیجه گیری 

این مقاله نتایج تست میدانی مکانیسم کنترل ولتاژ محلی در شبکه های توزیع ولتاژ پایین (LV) را ارائه می دهد. هدف اصلی سیستم کنترل ولتاژ کاهش اضافه ولتاژ و ولتاژ کمتر از حد در تغذیه کننده می باشد، و برای این کار از انعطاف پذیری لوازم هوشمند خانگی استفاده می شود. مزیت سیستم کنترل این است که نیازی به شبکه ی ارتباطی بین خانه های مختلف درون شبکه ی LV نمی باشد. سیستم کنترل تنها نیاز به ارتباط بین لوازم خانگی هوشمند در یک خانه دارد، و از اندازه گیری هایی مانند ولتاژ منبع خانگی ارائه شده توسط متر هوشمند که بطور محلی در دسترس می باشند استفاده می کند. سیستم کنترل در آزمایش اولیه ی پاسخ تقاضای خانگی خطی در 85 خانواده از دسامبر 2013 تا سپتامبر 2014 تست شد.

در سال های اخیر، سه تکامل باعث کاهش قابلیت پیش بینی و افزایش در تغییرپذیری شار توان در سیستم برق شده است. ابتدا، سهم انرژی تجدیدپذیر متناوب در حال رشد بوده است. دوم، تولید انرژی تجدید پذیر بطور رو به افزایش به شیوه ای غیرمتمرکز در تولید فتوولتائیک خاص در محله های مسکونی تزریق شده است. سوم، هنگام انتقال از سیستم های دارای سوخت فسیلی به تجهیزات الکتریکی پربازده برای انتقال و گرمسازی، افزایش در بار الکتریکی رخ می دهد. به خاطر ترکیب این سه تکامل، عملگرهای سیستم توزیع (DSO) با شارهای توان پیچیده تر، و همچنین افزایش مقدار حداکثری در تولید و مصرف مواجه می شوند. کنترل ولتاژ بصورت محلی می تواند به حفظ شبکه در محدوده های قابل قبول با توجه به استاندارد EN50160 کمک کند، و در عین حال می تواند ارتقاء های ظرفیت شبکه را به حداقل رسانده، تغییر داده و یا حتی از آن اجتناب کند. برخی از مکانیسم های محلی کنترل ولتاژ برای کاهش اضافه ولتاژ با توجه به تولید پراکنده از قبل اجرا شده است. یکی از ابتدایی ترین و پرکاربردترین معیارها متشکل از تنظیمات مخصوص کشوری می باشد که نیازمند وارون ساز فتوولتائیک (PV) برای قطع خودکار هنگام گذر از حد ولتاژ حداکثری می باشد. با این حال این مکانیسم دارای ایرادات چشمگیری می باشد چرا که باعث بازده پایین تر طرح های PV نصب شده می شود و در نتیجه باعث افزایش بازده مربوط به دوره ی سرمایه گذاری برای مالکان طرح ها می شود. بعلاوه این مکانیسم کنترل ممکن است باعث ولتاژ ناخواسته و کنترل نشده یا تغییرات فرکانسی در صورت وجود نفوذ بالای شود. روش دوم برای کاهش اوج ولتاژ محلی به خاطر تزریق PV بوسیله ی انقطاع تدریجی وارون سازهای PV به خاطر منحنی افت خطی تکه ای می باشد. به جای قطع کامل توان خروجی PV زمانی که حد ولتاژ نقض می شود، این مکانیسم کنترل ولتاژ توان خروجی اکتیو را متناسب با انحراف ولتاژ شبکه کاهش می دهد. گزینه ی سوم برای تنظیم ولتاژ تزریق توان راکتیو به شبکه می باشد. یک مقایسه بین این سه روش در [12] داده شده است. چند درس می توان از اندازه گیری های کنترل ولتاژ منابع انرژی توزیع یافته (DER) یاد گرفت. یک راه حل شامل تطبیق ولتاژ شبکه ی اشاره شده در بالا می باشد که روش های توسعه یافته برای وارون سازهای PV را به بارهای دارای سرجلویی نوع وارون ساز، مانند بارهای الکتریکی وسیله تثبیت می کند. روش دیگر، استفاده از تمامی انعطاف پذیری کاربردهای هوشمند در زمینه ی پاسخ تقاضا برای اجتناب از مسائل ولتاژ می باشد. چند روش برای هماهنگ سازی بارهای مختلف و واحد های تولیدی برای بهینه سازی شارهای توان برای یک هدف خاص توسعه یافته است. با این حال این سیستم ها دارای این ایراد می باشند که مستلزم یک شبکه ی ارتباطی برای ایجاد ارتباط درونی مولفه ها و کل بارهای هوشمند می باشند. این مقاله در مورد تأیید تجربی مکانیسم کنترل ولتاژ برای شبکه های توزیع LV که از انعطاف پذیری موجود دستگاه های هوشمند در یک خانه استفاده می کند، بحث می کند. انعطاف پذیری تمامی انواع لوازم خانگی مورد استفاده قرار می گیرد و تنها محدود به دستگاه های دارای سرجلویی وارون ساز-مانند نمی باشد. مزیت اصلی سیستم کنترل مورد استفاده این است که نیازی به شبکه ی ارتباطی بین خانه های مختلف در شبکه ی LV ندارد، همچنین نیازی به هماهنگی لحظه ای بین خانه ها، تجهیزات اندازه گیری دارای عکس العمل سریع و غیره ندارد. سیستم کنترل توسعه یافته تنها به ارتباط بین کاربردهای مختلف هوشمند در یک خانه متکی می باشد، و تنها از اندازه گیری های بصورت محلی موجود مانند ولتاژ منبع خانگی استفاده می کند. در نتیجه، سیستم کنترل پیشنهادی به راحتی نصب شده و با زیرساخت پاسخ تقاضایی که در حال حاضر در حال توسعه است، مانند درگاه های خانگی و مترهای هوشمند، سازگار می باشد. پارامترهای آرایش بهینه برای این الگوریتم از طریق شبیه سازی بدست آمدند، جایی که تأثیر هر پارامتر کنترلی منحصربفرد بطور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است. دوم یک سری اضافی از تست های آزمایشگاهی برای طرح ریزی یک پروتکل ارتباطی مقاوم و قابل اطمینان و برای رفع ایراد مسائل آرایش اجرا شد. تمامی جزئیات فنی این طرح را می توان در [18] یافت. در نهایت، سیستم کنترل توسعه یافته و تست شده در نمونه اولیه ی واقعی در 85 خانه در پروژه ی خطی اجرا شد، این تست ها از دسامبر 2013 تا اکتبر 2014 اجرا شدند. این مطالعه بخشی از پروژه شبکه های هوشمند خطی بود، یک تحقیق مقیاس بزرگ و پروژه ی تشریحی متمرکز بر روی معرفی شبکه های هوشمند و استراتژی های پاسخ تقاضا در طرح های مسکونی در منطقه ی فلندرز بلژیک از سال 2009 تا 2014 اجرا شد. تمرکز پروژه بر روی یافتن راه حل هایی برای تطبیق مصرف برق مسکونی با باد و انرژی خورشیدی موجود هنگام حفظ سیستم در حالت تعادل در تمامی سطوح توزیع بود. این پروژه ی اولیه که با مقیاس (85 خانه مسکونی) و سطح بالای ادغام تعریف می شود، فرصت منحصربفردی برای تست در پتانسیل واقعی برای پاسخ تقاضا و مطالعه ی مشارکت کاربر طبق تعریفی که اغلب در نوشته ها از آن شده است، ارائه می دهد. کار با خانه های مسکونی و کاربران موجود در وضعیت های حقیقی، کمیت یابی اثراتی مانند خستگی پاسخ مربوط به کاربران و انعطاف پذیری را کمیت یابی می کند.