۱- مقدمه
امروزه نیاز به کاهش نشت کربن دی‌اکسید در زمینه تولید برق، توسعه فناوری‌های اخیر در حوزه تولید ریز و همچنین تجدید ساختار صنعت برق فاکتورهای اصلی برای افزایش رشد استفاده از تولید ریز هستند. درواقع اتصال واحدهای تولید کوچک با نسبت توان کمتر از ۱۰۰ کیلووات به شبکه‌های برق ولتاژ پایین به‌طور بالقوه قابلیت اطمینان مصرف‌کنندگان نهایی را افزایش می‌دهد و همچنین برای بهره‌برداری سیستم سراسری و برنامه‌ریزی مفید است و سرمایه‌گذاری برای تقویت و توسعه شبکه در آینده را کاهش می‌دهد. مفهوم ریزشبکه و تولید توزیع‌شده دو موضوعی هستند که در بخش سیستم‌های توزیع برق ارائه شده‌اند. یک ریزشبکه مجموعه‌ای یکپارچه از واحدهای ریزمنابع، منابع ذخیره‌کننده انرژی و بارها است که معمولاً دارای توان کمتر از ۱۰۰ کیلووات می‌باشد. یک ریزشبکه می‌تواند در دو مود مستقل از شبکه یا متصل به شبکه مورد بهره‌برداری قرار بگیرد. همچنین ریزشبکه می‌تواند به‌عنوان یک شبکه ولتاژ پایین تعریف شود که علاوه بر بارهای خودش و سیستم‌های متصل به آن، می‌تواند هم توان و هم گرما را به بارهای محلی ارائه دهد که چنین سیستمی را با عنوان تولید همزمان برق و حرارت (CHP) می‌شناسیم.
در شبیه سازی ریزشبکه های باید به چند نکته توجه کرد. بعنوان مثال ریزشبکه ای که قرار است طراحی شود به شبکه سراسری متصل می شود یا مستقل از شبکه است. ریزشبکه های مستقل از شبکه یا ایزوله معمولا در نقاطی که دسترسی به شبکه برق سراسری امکان پذیر نیست اجرا می شوند. پس از تعیین مود کاری ریزشبکه نوبت به ولتاژ تولیدی ریزشبکه می رسد که آیا DC است یا AC. ریزشبکه های هایبرید هم وجود دارند که دارای هر دو منبع AC و DC هستند و برق خروجی آنها می تواند بصورت کلی DC و یا AC باشد که این بستگی به نیاز مصرف کننده و بار است. تعیین نوع ولتاژ خروجی در عمل ممکن است هزینه هایی را در پی داشته باشد. بعنوان مثال اگه یک ریزشبکه که شامل توربین بادی، سلول خورشیدی و ژنراتور سنکرون است، اگر بخواهد دارای ولتاژ خروجی DC باشد توربین بادی و ژنراتور نیاز به یکسو کننده دارند که این عمل باعث افزایش هزینه ها می شود. ولی در نهایت این نیاز مصرف کننده است که تعیین می کند ولتاژ خروجی AC باشد یا DC.
پس از تعیین نوع ولتاژ، باید به این نکته توجه کرد که اگر ریزشبکه قرار است به شبکه AC یا HVDC متصل شود باید قوانین سنکرونیزم با شبکه را رعایت کند. در حالتی که ریزشبکه به شبکه برق سراسری متصل می شود، باید ولتاژ خروجی آن در دامنه و فاز (فرکانس) با شبکه سنکرون شود. در این حالت دو روش سنکرون کردن وجود دارد که یکی اکتیو و دیگری راکتیو است (برای اطلاعات بیشتر درباره سنکرونیزم ریزشبکه به اینجا مراجعه کنید). در حالتی که ریزشبکه ما دارای خروجی DC است و باید به شبکه HVDC متصل شود باید دامنه آن با دامنه ولتاژ شبکه HVDC برابر باشد.
پس از تعیین الزامات اولیه نوبت به ارزیابی واحدهای تولید پراکنده درون ریزشبکه و نحوه کنترل آنها می رسد. سیستم کنترل ریزشبکه قلب تپنده آن است و بدون یک روش کنترل دقیق ریزشبکه کارایی خود را از دست می دهد مخصوصا اگر ریزشبکه دارای واحدهای تولیدی تجدیدپذیر خورشیدی یا بادی باشد. روش های کنترلی زیادی برای کنترل واحدهای تولید پراکنده در ریزشبکه وجود دارند که نمونه ای از آنها در شکل زیر دیده می شود.
۲- کنترل اولیه میکروگرید (Primary control)
هدف این سطح کنترل، تنظیم فرکانس و دامنه ولتاژ مرجع برای تغذیه حلقه های کنترل ولتاژ و جریان داخلی و کاهش جریان های چرخشی است. کنترل اولیه باید پاسخ سریعی به هرگونه تغییر در عرضه و تقاضا داشته باشد (کمتر از چند میلی ثانیه). همانطورکه قبلا ذکر شد، مبدل های توان در میکروگرید به دو دسته grid-forming و grid following تقسیم می شوند که هر کدام دارای چندین روش کنترل هستند. روش های کنترل اولیه در حالتی که مبدل توان از نوع grid-forming است، خود به دو دسته با و بدون لینک مخابراتی تقسیم می شود. استراتژی های کنترل grid-forming براساس کنترل ولتاژ و در مود جزیره ای میکروگرید هستند و حداقل یکی از مبدل های توان برای ارائه ولتاژ مرجع به مبدل های دیگر باید در این مود عمل کند. مطابق شکل بالا، کنترل اولیه در این مود به دو دسته با و بدون لینک مخابراتی تقسیم می شود. وجود لینک مخابراتی در میکروگرید هزینه سرمایه گذاری را افزایش می دهد و همچنین خطوط مخابراتی برای فواصل دور آسیب پذیر هستند که قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری سیستم را کاهش می دهند. اما در مقابل تقسیم بار و تنظیم ولتاژ در این روش نسبت به حالت بدون لینک مخابراتی بسیار دقیق است.
پس از انتخاب روش کنترلی مناسب برای ریزشبکه نوبت به انتخاب نرم افزار مناسب برای شبیه سازی است. یکی از رایج ترین نرم افزارها برای شبیه سازی سیمولینک متلب است که کاربرد وسیعی در شبیه سازی برق قدرت دارد. این نرم افزار برای تحیلی خیلی مناسب است اما اگر به دنبال شبیه سازی یک سیستم واقعی و کاربردی هستید، نرم افزار دیگسایلنت نرم افزار مناسب تری است. این نرم افزار که در اکثر شرکت های برق داخلی و خارجی برای تحلیل و پایش شبکه مورد استفاده قرار می گیرد، ابزار کارامدی برای شبیه سازی ریزشبکه و به خصوص سیستم قدرت است. نتایجی که در خروجی این نرم افزار بدست می آید کاملا واقعی بوده بطوری که شرکت های برق برای کنترل شبکه و نظارت بر روی واحدها به این نرم افزار اعتماد کرده اند. نرم افزار ETAP دیگر نرم افزاری است که قابلیت های متلب و دیگسایلنت را دارا می باشد و می توان نمره خوبی در امر شبیه سازی ریزشبکه به آن داد.
در پایان امیداورم این نوشته برای دوستان گلم مفید واقع بشه و در صورت هر گونه راهنمایی یا سوال با من از طریق کانال تلگرام زیر در تماس باشد. بر روی لینک زیر کلیک کنید تا وارد کانال شبیه سازی تخصصی برق قدرت شوید.
Matpower23@
۰۹۰۱۳۲۹۶۶۱۳