تعریف ریزشبکه:

از لحاظ تاریخی، توان با تولید متمرکز توسط خطوط انتقال به پست‌های توزیع منتقل شده است. با گسترش منابع تولید انرژی پراکنده (DGها) و تکنولوژی شبکه‌های هوشمند، بسیاری از منابع توزیع شده به شبکه توزیع متصل شده‌اند. نیاز به کاهش نشت  در تولید برق، توسعه فناوری‌های اخیر در حوزه تولید میکرو و تجدید ساختار صنعت برق فاکتورهای اصلی افزایش رشد استفاده از تولید میکرو هستند. یکپارچه سازی منابع تولید توزیع شده توسط میکروگرید میسر می‌شود. در واقع میکروگریدها می‌توانند یک روش هماهنگ شده برای تسهیل نفوذ DG به سیستم قدرت ارائه دهند و قابلیت اطمینان منطقه را افزایش دهند. بنابراین یک میکروگرید یک واحد تولید توان در محل است که می‌تواند در دو مود مستقل یا متصل به شبکه سراسری کار کند. در حقیقت نصب واحدهای تولید کوچک به شبکه‌های ولتاژ پایین(LV) به طور بالقوه قابلیت اطمینان مصرف کنندگان را افزایش می‌دهد و به علاوه برای بهره برداری سیستم سراسری و برنامه ریزی آن در آینده مفید است. به این مفهوم که سرمایه گذاری را برای تقویت و توسعه شبکه در آینده کاهش می‌دهد. در این بین، میکروگرید می‌تواند به عنوان یک شبکه ولتاژ پایین تعریف شود که علاوه بر تأمین بارهای الکتریکی می‌تواند گرما و در برخی موارد سرما را نیز به مصرف کنندگان ارائه دهد. مفهوم میکروگرید(MG) و تولید پراکنده (DG) دو موضوعی هستند که در بخش سیستم‌های توزیع الکتریکی ارائه شده‌اند. میکروگریدها معمولاً به صورت موازی با شبکه کار می‌کنند اما با این وجود حالت‌هایی وجود دارند که میکروگرید به صورت عمدی یا غیر عمدی از شبکه جدا شده و به صورت یک جزیره مستقل عمل می‌کند. همچنین میکروگرید جزیره شده می‌تواند مجدداً به شبکه متصل شود که این امر نیازمند برقرار بودن الزامات سنکرونیزم در هنگام اتصال است.

یک ریزشبکه 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. ریزشبکه‌ها می‌توانند یک روش هماهنگ شده برای تسهیل نفوذ منابع تولید پراکنده نظیر واحدهای فتوولتائیک، بادی، بیوماس، واحدهای تولید همزمان برق و حرارت (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 ازنظر زیست محیطی مفید واقع شوند. این واحدها معمولاً با استفاده از واسط‌های الکترونیک قدرت که دارای انعطاف‌پذیری بالایی نیز هستند به شبکه متصل می‌شوند. ازآنجایی‌که تولید توان به‌صورت متمرکز در زمان افزایش تقاضای انرژی دارای قابلیت اطمینان کمتری است، یکپارچه‌سازی واحدهای DG می‌تواند یک راه مؤثر برای مقابله با این مشکل باشد.

سیستم‌های فتوولتائیک و پیل سوختی

همان‌طور که در قبلاً اشاره شد، سیستم‌های فتولتائیک و پیل سوختی ساختار مشابهی دارند. اگرچه هر دو سیستم ذکرشده دارای ولتاژ پایینی هستند، اما اکثر این واحدها می‌توانند به یکدیگر متصل شوند و توان و ولتاژ مورد نیاز را به مصرف‌کننده ارائه دهند. این سیستم‌ها معمولاً به تقویت‌کننده ولتاژ نیاز دارند که این عمل می‌تواند در سطح DC یا AC انجام شود. برای داشتن جریان خروجی هموار، یک فیلتر LCL معمولاً بین خروجی این سیستم‌ها و شین اصلی قرار می‌گیرد.

سیستم‌های توربین بادی

در این قسمت به معرفی توربین‌های بادی که با و بدون مبدل‌های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می‌شوند پرداخته می‌شود. تقسیم‌بندی کلی این توربین‌ها به‌صورت زیر است:

سیستم‌های توربین بادی بدون الکترونیک قدرت: این ساختارها معمولاً دارای ژنراتور القایی قفس سنجابی هستند که به‌طور مستقیم به شبکه متصل می‌شوند. برای کاهش جریان هجومی در این ژنراتورها از سافت استاتر استفاده می‌شود. علاوه بر این به یک بانک خازنی برای تأمین توان راکتیو ژنراتور القایی لازم است.

سیستم توربین بادی با الکترونیک قدرت: با افزودن مبدل‌های الکترونیک قدرت به توربین‌های بادی، پیچیدگی آنها بیشتر می‌شود و همچنین هزینه این سیستم‌ها افزایش می‌یابد. با استفاده از این سیستم‌ها، توان ورودی و اتصال به شبکه بهتر انجام می‌شود. به‌عنوان مثال هنگام وقفه در سرعت باد، می‌توان به ماکزیمم توان دست یافت و همچنین توان‌های اکتیو و راکتیو درون شبکه با استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت کنترل می‌شوند. سیستم‌های توربین بادی که از مبدل‌های الکترونیک قدرت استفاده می‌کنند، خود به دو دسته با واحدهای الکترونیک قدرت مقیاس جزئی و با واحدهای الکترونیک قدرت مقیاس کامل تقسیم‌بندی می‌شوند. ساختار خاصی از ژنراتور القایی وجود دارد که رتور آن به‌صورت سیم‌پیچی شده است. یک مقاومت اضافی کنترل شده با الکترونیک قدرت به رتور اضافه می‌شود که امکان نسبت تغییر سرعت ۲ درصد به ۴ درصد را فراهم می‌کند. مبدل توانی که مقاومت رتور را کنترل می‌کند، دارای ولتاژ پایین و البته جریان بالایی است. در حالتی هم که از این نوع ژنراتور استفاده می‌شود به سافت استارتر و بانک خازنی نیاز است. روش دیگری که وجود دارد، استفاده از سیستم توربین بادی با الکترونیک قدرت مقیاس جزئی همراه با ژنراتور القایی با رتور سیم‌پیچی شده است که در شکل ۲-۵ نشان داده شده است. در این حالت مبدل الکترونیک قدرت از طریق حلقه‌های لغزان جریان‌های رتور را کنترل می‌کند. اگر ژنراتور به‌صورت فوق سنکرون باشد، توان از هم از طریق رتور و هم از طریق استاتور به شبکه تحویل داده می‌شود. همچنین اگر ژنراتور در حالت زیر سنکرون باشد، توان الکتریکی فقط از طریق رتور به شبکه تحویل داده خواهد شد. تغییرات سرعت حدود ۶۰ درصد با استفاده از یک مبدل با ظرفیت ۳۰ درصد توان نامی به دست می‌آید. با قرار دادن مبدل الکترونیک قدرت با مقیاس کامل بین ژنراتور و شبکه، قابلیت‌های فنی اضافی سیستم توربین بادی با متحمل شدن تلفات ناشی از مرحله تبدیل توان حاصل می‌شود.

سیستم‌های ذخیره انرژی

ادوات ذخیره‌کننده انرژی یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های ریزشبکه هستند که باعث عملکرد موفقیت‌آمیز آن می‌شوند . تابع اصلی ادوات ذخیره کننده انرژی در یک ریزشبکه، 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 ریزشبکه را به سه طریق افزایش می‌دهند.

• DGها می‌توانند در یک خروجی پایدار و ثابت راه‌اندازی شوند یا به‌صورت بهینه مرجع کنترل را باوجود 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 به‌عنوان واحدهای قابل دیسپاچ کار کنند.

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

ریزشبکه‌ می‌تواند انرژی الکتریکی را به انواع مختلف بارها (مسکونی، تجاری، صنعتی و غیره) عرضه کند.  این بارها به‌منظور عملکرد مطلوب به بارهای بحرانی و غیر بحرانی تقسیم شده‌اند. این عملکرد شامل جنبه‌هایی شبیه به سرویس‌دهی اولیه بارهای بحرانی، بهبود کیفیت توان بارهای معین، بهبود قابلیت اطمینان بارهای از پیش تعیین شده و غیره است . به‌طورکلی، مصرف‌کنندگان تجاری و صنعتی که به درجه بالایی از کیفیت توان و قابلیت اطمینان نیاز دارند به‌عنوان بارهای بحرانی تعیین شده‌اند. این طبقه‌بندی بارها در پیاده‌سازی سیستم ریزشبکه به‌منظور دستیابی به استراتژی‌های بهره‌برداری مورد انتظار زیر مهم هستند.

• تسهیل حذف بار/ تولید درون ریزشبکه برای تأمین توان ورودی/ خروجی (توان‌های رفت و برگشتی) در مود متصل به شبکه.
• تسهیل حذف بار/ تولید به‌منظور 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.