یک میکروگرید مجموعه ای یکپارچه از واحدهای تولید میکرو، منابع ذخیره کننده انرژی و بارها است که معمولاً دارای توان کمتر از ۱۰۰ کیلووات می‌باشد. یک میکروگرید می‌تواند در دو مود مستقل از شبکه یا متصل به شبکه مورد بهره برداری قرار بگیرد.  المان‌های به کار رفته در یک میکروگرید عبارت‌اند از: واحدهای تولید پراکنده، سیستم‌های ذخیره انرژی و بارها. میکروگریدها در سطح توزیع توسط یک کلید قدرت در PCC[1] به سیستم قدرت متصل می‌شوند.

۲-۱-۱- ژنراتورهای توزیع شده

میکروگرید ها می‌توانند یک روش هماهنگ شده برای تسهیل نفوذ منابع تولید پراکنده نظیر واحدهای فتوولتائیک، بادی، بیوماس، واحدهای تولید همزمان برق و حرارت [۲](CHP) و غیره به سیستم قدرت ارائه دهند و قابلیت اطمینان منطقه را افزایش دهند. این منابع تولید توان دارای هزینه‌های پایین و همچنین ولتاژ پایینی هستند و می‌توانند از نظر زیست محیطی مفید واقع شوند. این واحدها معمولاً با استفاده از واسط‌های الکترونیک قدرت که دارای انعطاف پذیری بالایی نیز هستند به شبکه متصل می‌شوند. از آنجایی که تولید توان به صورت متمرکز در زمان افزایش تقاضای انرژی دارای قابلیت اطمینان کمتری است، یکپارچه سازی واحدهای DG می‌تواند یک راه مؤثر برای مقابله با این مشکل باشد.

شبیه سازی انواع ریزشبکه در سیمولینک متلب و دیگسایلنت

 

۲-۱-۲- سیستم‌های ذخیره انرژی

ادوات ذخیره کننده انرژی یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های میکروگرید هستند که باعث عملکرد موفقیت آمیز آن می‌شوند ]۱[. تابع اصلی ادوات ذخیره کننده انرژی در یک میکروگرید، برقراری تعادل بین عرضه و تقاضای انرژی است. پایداری، کیفیت توان و قابلیت اطمینان به واسطه استفاده از سیستم‌های ذخیره انرژی بهبود می‌یابند. علاوه بر این آ‌نها کارایی کلی میکروگرید را به سه طریق افزایش می‌دهند.

  • DGها می‌توانند در یک خروجی پایدار و ثابت راه اندازی شوند یا به صورت بهینه مرجع کنترل را با وجود نوسانات بار دنبال کنند.
  • آن‌ها توانایی سازگار شدن با تغییرات دینامیکی به وجود آمده در انرژی اولیه را ارائه می‌دهند.
  • آن‌ها به DGها اجازه می‌دهند که به عنوان واحدهای قابل دیسپاچ کار کنند.

در بین تکنولوژی‌های ذخیره کننده موجود، باتری‌ها، چرخ‌های طیار و ابر خازن‌ها در سیستم میکروگرید قابلیت اجرایی بیشتری دارند. در حالتی که از چرخ طیار استفاده می‌شود، این می‌تواند به عنوان یک سیستم ذخیره انرژی مرکزی برای کل میکروگرید به کار گرفته شود. زمانیکه از باتری استفاده می‌شود، می‌توان باتری را به باس dc میکروگرید متصل کرد و یا به عنوان سیستم ذخیره مرکزی به کار گرفت. ابر خازن‌ها در مقایسه با باتری‌ها و چرخ طیار انتخاب گران تری هستند.

۲-۱-۳- بارها

میکروگرید می‌تواند انرژی الکتریکی را به انواع مختلف بارها (مسکونی، تجاری، صنعتی و غیره) عرضه کند. این بارها به منظور عملکرد مطلوب به بارهای بحرانی و غیر بحرانی تقسیم شده‌اند. این عملکرد شامل جنبه‌هایی شبیه به سرویس دهی اولیه بارهای بحرانی، بهبود کیفیت توان بارهای معین، بهبود قابلیت اطمینان بارهای از پیش تعیین شده و غیره است. به طور کلی، مصرف کنندگان تجاری و صنعتی که به درجه بالایی از کیفیت توان و قابلیت اطمینان نیاز دارند به عنوان بارهای بحرانی تعیین شده‌اند. این طبقه بندی بارها در پیاده سازی سیستم میکروگرید به منظور دستیابی به استراتژی‌های بهره برداری مورد انتظار زیر مهم هستند.

  • تسهیل حذف بار/ تولید درون میکروگرید برای تأمین توان ورودی/ خروجی (توان‌های رفت و برگشتی) در مود متصل به شبکه.
  • تسهیل حذف بار/ تولید به منظور پایدار کردن ولتاژ و فرکانس سیستم جزیره شده.
  • بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان بارهای حساس و بحرانی.
  • کاهش بار پیک برای بهینه کردن نرخ خروجی واحدهای تولید پراکنده.

در میکروگریدهای مستقل اغلب از روش‌های کنترل غیرمتمرکز استفاده می‌شود و حداکثر توان مصرف کنندگان محدود شده و الزامات کیفیت توان در مقایسه با میکروگرید facility بسیار کمتر است. میکروگریدهای utility در یک نقطه مشترک به شبکه سراسری متصل می‌شوند و از نظر جغرافیایی ناحیه بزرگی را در مقایسه با میکروگریدهای facility پوشش می‌دهند. این میکروگرید همچنین می‌تواند به صورت مستقل از شبکه نیز کار کند. یک میکروگرید facility معمولاً به شبکه سراسری متصل شده و می‌تواند با ایجاد یک سیستم تبادل اشتراکی یک راه کسب و کار ارائه دهد. این نوع از میکروگریدها معمولاً در صنایع و سازمان‌ها استفاده می‌شود. شبیه یک سیستم قدرت بزرگ، مسائل پایداری یک میکروگرید می‌تواند به پایداری ولتاژ، پایداری سیگنال کوچک و پایداری گذرا تقسیم شود.

 

شبیه سازی ریزشبکه هیبریدی در متلب

۲-۲- بررسی پایداری ولتاژ با منحنی‌های P-V و Q-V

ولتاژ به عنوان بخش یکپارچه ای از سیستم قدرت و همچنین یک جنبه مهم در پایداری و امنیت سیستم قدرت درنظر گرفته می‌شود. پایداری ولتاژ یک سیستم، توانایی آن سیستم در حفظ سطح ولتاژ قابل قبول در همه باس‌ها در شرایط عادی و بعد از خطا است. همچنین فروپاشی ولتاژ به عنوان رخدادی که در آن ناپایداری ولتاژ منجر به ایجاد پروفیل ولتاژ خیلی پایین در بخش مهمی از سیستم می‌شود، تلقی می‌شود. معمولاً فروپاشی ولتاژ در سیستم‌هایی که تحت بارگذاری زیادی باشند (استرس زیاد) یا دارای خطا یا کمبود توان راکتیو باشند اتفاق می‌افتد. در سال‌های اخیر مشکل ناپایداری ولتاژ به دلیل حوادث فروپاشی ولتاژ بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. سیستم از نظر ولتاژ ناپایدار است اگر ولتاژ آن به دلیل قطعی تجهیزات، افزایش تقاضای بار یا کاهش عملکرد کنترل کننده‌ها از سطح قابل قبولی کمتر شود. مسأله پایداری ولتاژ می‌تواند به دو دسته تقسیم شود.

الف) پایداری ولتاژ اغتشاش بزرگ: این مسأله اساساً به توانایی کنترل سیستم کنترل ولتاژ تحت اغتشاش‌های بزرگ شبیه شرایط از دست رفتن یکی از واحدهای تولیدی است.

ب) پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک: این مسأله اساساً به توانایی سیستم در کنترل ولتاژ تحت اغتشاش‌های کوچک نظیر تغییرات بار بستگی دارد.

عوامل اصلی که منجر به فروپاشی ولتاژ می‌شوند عبارت‌اند از:

الف) ناتوانی سیستم در تأمین تقاضای توان راکتیو

ب) محدودیت توان راکتیو ژنراتور

ج) پارامترهای خط انتقال(خط کوتاه و بلند)

د) عملکرد تپ چنجر ترانسفورماتور

و) مشخصات بار

تنظیم ولتاژ در میکروگرید برای دستیابی به قابلیت اطمینان و پایداری در سیستم ضروری است. بدون کنترل ولتاژ محلی، زمینه نوسان توان راکتیو/ ولتاژ در سیستم‌های با نفوذ بالای منابع میکرو فراهم می‌شود. الزامات کنترل ولتاژ در میکروگرید این را تضمین می‌کنند که چرخش جریان راکتیو بین منابع موجود در میکروگرید وجود ندارد. در شبکه‌های قدرت از آنجایی که امپدانس بین ژنراتورها معمولاً به اندازه کافی بزرگ است، این مساله می‌تواند امکان چرخش جریان راکتیو بین منابع را کاهش دهد. در میکروگرید ها که شبکه‌های توزیع شعاعی هستند، مشکل بزرگ چرخش جریان راکتیو بین منابع زیاد است. با خطاهای کوچک در ولتاژ میکروگرید، این جریان‌های چرخشی می‌توانند از مقدار مجاز خود بیشتر شوند. در این شرایط به کنترل کننده افت ولتاژ/ توان راکتیو نیاز است . همانطور که قبلاً ذکر شد مسأله پایداری ولتاژ می‌تواند به دلایل مختلفی از قبیل: محدودیت توان راکتیو،  دینامیک بار و عمل تپ چنجر ظاهر شود. مسأله پایداری ولتاژ در میکروگرید می‌تواند با استفاده از منحنی‌های  و  نشان داده شود. منحنی  حداکثر قابلیت بارپذیری را نشان می‌دهد در حالیکه منحنی  مقدار توان راکتیو مورد نیاز بار برای پروفیل ولتاژ مطلوب را نشان می‌دهد.