بهبود کنترل فرکانس دو میکرو شبکه مجاور در حالت مستقل با استفاده از مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک

چکیده

کلمات کلیدی

مقدمه

ساختار و مشخصات میکرو شبکه نمونه

شکل 1: سازه های میکروشبکه ها و ارتباط آنها از طریق مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک

مدل سازی منابع تولید توزیع شده

منابع قابل کنترل

منابع تجدید پذیر

دستگاه های ذخیره سازی انرژی

مدل سازي اینورتر هاي رابط منابع انرژي

طرح کنترل برای اینورتر رابط منابع تولیدی

طرح کنترل برای اینورتر رابط دستگاه های ذخیره سازی

ساختار سیستم مبدل منبع ولتاژ بک تو بک

شکل 2. دیاگرام کلی مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک

شکل 3. ساختار طرح کنترل PQ.

شکل 4: طرح کنترل پیشنهادی مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک.

شکل 5. الگوریتم کنترل فرکانس دو میکروشبکه متصل با استفاده از مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک.

الگوریتم کنترل پیشنهادی برای  مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک

نتایج شبیه سازی

شکل 6، گشت فرکانس را در زمانی که جزیره اتفاق می افتد، نشان می دهد.

شکل 7. توان اکتیو تزریقی توسط منابع قابل کنترل. (a) در میکروشبکه1، (b) در میکروشبکه2.

شکل 8.  فرکانس میکروشبکه در طول یک خطای تک فاز به زمین بر روی میکروشبکه1

شکل 9 خروجی های توان میکرو منابع مختلف در طول همان خطاها در میکروشبکه2 را نشان می دهد

شکل 10. فرکانس میکروشبکه به دلیل تغییرات عرضه / تقاضا؛ (a) ماهیت متناوب افزایش باد و بار، (b) تغییرات انرژی خورشیدی و عدم پذیرش بار.

به طور معمول، میکروشبکه از ژنراتورهای توزیع (DGها)، دستگاه های ذخیره سازی و بارهایی میباشد که می توانند در حالت متصل به شبکه یا جزیره ای عمل کنند میکروشبکه ، هم برای تامین کنندگان و هم برای مصرف کنندگان مزیت دارد؛ از این رو، در سطح توزیع با منحنی های مختلف بار و انواع DG در آینده نزدیک مقدار زیادی از میکروشبکه ها خواهند بود که مازاد / کمبود عرضه خود را با یکدیگر و یا شبکه برق به اشتراک می گذارند. پس از وقوع خطا در یک میکروشبکه مستقل، آن، از شبکه تاسیسات قطع می شود و در یک حالت مستقل عمل می کند. برای میکروشبکه ها همراه با تمام DG های مبتنی بر اینورتر، فرکانس ممکن است به طور قابل توجهی از مقدار اسمی، پس از قطع از شبکه برق، منحرف شود؛ این برای مصرف کنندگان غیرمجاز است. در این مقاله، اتصال دو میکروشبکه مجاور مبتنی بر اینورتر با فرکانس های مختلف، با استفاده از مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک (BTB VSCها) با کنترل کننده های محلی برای حفظ فرکانس در شرایط اضطراری پیشنهاد می شود. با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، دو میکرو شبکه میتوانند نقش عرضه / تقاضای کمکی برای یکدیگر را بدون نیاز به پیاده سازی لینک ارتباطی بین دو میکروشبکه بازی کنند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک با استراتژی کنترل پیشنهادی، می توانند به طور همزمان کارکرد کنترل فرکانس دو میکروشبکه را به طور موثر بهبود دهند.

در دهه های اخیر، استفاده از DG ها در هر دو طرف عرضه کننده و مصرف کننده، به طور صعودی افزایش می یابد. دلایل مهم علاقه به استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر، می تواند به شرح ذیل باشد: [1-3[. _ کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به علت تولید برق. _ افزایش هزینه های سوخت های فسیلی و محدودیت های آنها. _ استفاده موثر از منابع انرژی (تولید حرارت و برق ترکیبی). _افزایش سریع مصرف انرژی در کشورهای در حال توسعه و محدودیت ظرفیت خطوط انتقال. _ افزایش بارهای حساس در طرف مصرف کنندگان و استفاده از منابع پشتیبان. نفوذ فزاینده منابع انرژی توزیع شده در شبکه توزیع، یک مفهوم جدید به نام "میکروگرید" (ریز شبکه یا میکروشبکه) را معرفی می کند که به گروه های بار و منابع DG مختلف اشاره می کند که می توانند در حالت ماکروگرید (ابزار متصل به شبکه) یا حالت مستقل (جزیره) اجرا شوند. [2]در حالت عادی، یک میکرو شبکه در حالت متصل به شبکه کار می کند که در آن ولتاژ و فرکانس ریز شبکه(میکروگرید) توسط ماکروگرید تعیین می شود. هنگامی که میکروشبکه از شبکه قطع شود، در حالت جزیره ای اجرا می شود که در آن، استراتژی کنترل باید تغییر کند تا یک مرجع برای ولتاژ و فرکانس ایجاد کند [4[.از سوی دیگر، اکثر منابع DG به واسطه ی رابط های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شوند. داشتن این رابط ها، ویژگی های فنی و عملیاتی را به میکروشبکه ارائه می دهد که آن را از انواع سنتی، متفاوت می سازد. این تفاوت ها یک زمینه جدید تحقیقات در کنترل، بهره برداری و حفاظت از میکروگرید ها(میکرو شبکه ها)، ایجاد می کند. مرجع [3]، تحقیقات قبلی که در زمینه میکروشبکه توسط اتحادیه اروپا، ایالات متحده، ژاپن، و کانادا انجام شده، را بررسی می کند. استراتژی های مختلف محلی و کنترل مرکزی برای به اشتراک گذاری توان بین واحدهای تولیدی در میکروشبکه ها، به خوبی ارائه شده است. در [5]، استراتژی مدیریت کنترل میکروشبکه با چند واحد تولیدی و افت مشخصه ها برای کنترل توان اکتیو در حالت جزیره ای ارائه شده است و یک رویکرد جدید برای کنترل انرژی شارژ قابل دسترسی به دلیل محدودیت دستگاه های ذخیره سازی انرژی، پیشنهاد شده است. علاوه بر این، بازده دقیق رویکرد افت مشخصه ها در پایداری فرکانس میکروشبکه با توربین های بادی، در [6]، نتیجه گیری می شود. مرجع [7]، نقش رابط های الکتریک قدرت در میکروشبکه ها، به ویژه اینورتر منبع ولتاژ (VSI) را مشخص می کند و روش افت مشخصه ها را، به عنوان روشی دقیق و اثبات شده برای کنترل میکروشبکه ها، معرفی می کند. یک میکروشبکه در یکی از این دو حالت عمل می کند: اگر مقدار انرژی تولید شده در میکروشبکه ، کمتر از بار مصرف کننده باشد، شبکه اصلی، کمبود منبع انرژی را جبران می کند. اگر تولید برق بیش از بار مصرف کننده باشد، مازاد انرژی تولید شده به شبکه اصلی تزریق خواهد شد. با توجه به حالت های عملیاتی ذکر شده، میکروشبکه های مجاور می توانند در طول شرایط خطا همکاری کنند تا تولید و مصرف را متعادل کنند. از این رو، میکروشبکه ها می توانند با استفاده از استراتژی کنترل مناسب به یکدیگر كمك كنند و عملكرد آنها را در وضعیت فردی بهبود دهند. با توجه به این نکته مهم، اتصال مستقیم دو میکروشبکه مجاور با کنترل کننده مرکزی برای بهبود عملکرد دینامیکی آنها در [8] ارائه شده است و بهبود قابل توجهی در مقایسه با عملیات فردی به دست آمده است. در این مقاله، اتصال بین دو میکروشبکه مجاور از طریق مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک با کنترل کننده های محلی پیشنهاد شده است. در این سیستم، دو میکروشبکه به یکدیگر کمک می کنند تا فرکانس را در حالت مستقل بدون هیچ سیستم ارتباطی بین آنها، بهبود دهند. نتایج نشان می دهد که کنترل فرکانس دو میکروشبکه متصل، به طور قابل توجهی در طول حالت جزیره ای بهبود یافته است. مشارکت اصلی ما، بر استفاده از منطق های کنترلی اعمال شده به کنترل محلی مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک برای ارائه عملیات مشترک برای دو ریز شبکه فردی، بدون نیاز به اطلاع هر کدام از عرضه و یا تقاضای دیگری، تاکید دارد. الگوریتم پیشنهاد شده، ضرورت مبادله انرژی بین دو میکرو شبکه را به صورت محلی مشخص می کند. پس از وجود چنین ضرورتی، انرژی مبادله ای بین آنها را به گونه ای تنظیم می کند تا حداکثر همکاری با حداقل تغییرات در توان خروجی میکرو منابع را به دست آورد. بنابراین، مبدل های منبع ولتاژ بک تو بک پیشنهادی، می توانند به طور مؤثر فزونی / کمبود عرضه میکروشبکه ها را فقط با اندازه گیری فرکانس هر میکروشبکه و بدون نیاز به هر گونه لینک ارتباطی، شناسایی کنند. پس از شناسایی نیاز، انرژی تبادلی بین دو میکروشبکه را تنظیم می کند. لازم به ذکر است که سیستم پیشنهادی می تواند دو میکروشبکه را با فرکانس اسمی و سطوح ولتاژ مختلف متصل کند، عملکرد ثابت باقی می ماند.