کنترل ریزشبکه با واحدهای انرژی تجدید پذیر

توضیحات محصول

در این سمینار روش های موجود کنترل ریزشبکه های هیبریدی مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این سمینار ابتدا ساختار ریزشبکه به صورت جز به جز بررسی شده است و مزایا و معایب ریزشبکه توضیح داده شده اند. در فصل دوم کلیه روش های موجود برای کنترل ریزشبکه ها دسته بندی شده و بصورت کامل همراه با دیاگرام و روابط ریاضی تشریح شده اند. در فصل سوم از آنجایی که واحدهای انرژی تجدیدپذیر کیفیت توان بالایی ارائه نمی دهند قابلیت اطمینان و کیفیت توان ریزشبکه ها مورد بررسی قرار گرفته اند و راه حل های کنترلی برای بهبود این پارامترها ارائه شده است.

مباحثی که در این سمینار مورد بحث قرار گرفته شده اند در ادامه امده اند.

فصل اول: معرفی ریزشبکه

فصل دوم: روش های کنترل ریزشبکه

فصل سوم: اثر یکپارچه‌سازی DGها بر کیفیت توان و قابلیت اطمینان

در ادامه قسمتی از مسائل بحث شده در این سمینار آمده است.

کنترل اولیه ریزشبکه (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 ریزشبکه به دو دسته grid-forming و  grid following تقسیم می شوند که هر کدام دارای چندین روش کنترل هستند. شکل ۲-۱ روش های کنترل اولیه در ریزشبکه را با توجه به دسته بندی مبدل های توان نشان می دهد. 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 ریزشبکه هستند و حداقل یکی از مبدل های توان برای ارائه ولتاژ مرجع به مبدل های دیگر  باید در این مود عمل کند. وجود لینک مخابراتی در ریزشبکه 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. در ادامه به معرفی روش های کنترلی مبتنی بر grid-forming می پردازیم و سپس سه روش کنترلی مربوط به مبدل های grid-following مورد بررسی قرار می گیرند.

• تناقض بین تقسیم بار و تنظیم ولتاژ و فرکانس: یکی از معایب روش کنترل افت تناقض بین تقسیم بار و تنظیم ولتاژ است. روش های اصلی پیشنهادی می توانند به کنترل بازگشتی، شیب دینامیکی و کنترل افت زاویه بهره بالا بجای کنترل فرکانس تقسیم بندی شوند. روش کنترل بازگشتی نیز به کنترل سلسله مراتبی اشاره دارد. روش کنترل افت زاویه بهره بالا تقسیم بار مناسب در میکروگرید را بویژه در یک سیستم ضعیف تضمین می کند اما پایداری سیستم را به مخاطره می اندازد. که برای بهبود عملکرد این کنترل استفاده از یک حلقه کنترل تکمیلی پیشنهاد می شود. در این روش زوایای اولیه براساس سطح مطلوب تقسیم توان تنظیم می شوند و ضریب افت توان اکتیو با توجه به مقدار مینیمم و ماکزیمم تقاضای بار و نسبت تقسیم بار انتخاب می شود. این روش به زیرساخت مخابراتی نیازی ندارد اما به سیستم GPS نیاز دارد. روش شیب دینامیکی نیز یک روش مقایسه ای است که جریان خروجی هر مبدل با جریان مربوط به تقسیم بار مناسب از پیش تنظیم شده مقایسه می شود که تشریح کامل این روش از حوصله این پروژه خارج است.
• تقسیم بار هارمونیکی: روش کنترل افت تقسیم توان اکتیو و راکتیو خوب را تضمین می کند اما تقسیم بار هارمونیکی مربوط به بارهای غیرخطی موجود در میکروگرید را درنظر نمی گیرند. طرح های اصلی که بیشتر در مقالات یافت می شوند عبارتند از: استفاده از یک حلقه اضافی که بهره و پهنای باند ولتاژ مرجع را در حضور مولفه های هارمونیکی برای کنترل افت کاهش می دهد، تزریق یک سیگنال AC، امپدانس مجازی، ضرایب افت هارمونیکی و استراتژی فیلترینگ هارمونیکی هماهنگ.
• سلف های تزویجی: این بخش ها اندازه و وزن سیستم را افزایش می دهند. این سلف های فیزیکی می توانند جایگزین امپدانس یا مقاومت مجازی شوند.
• امپدانس خط: امپدانس خط مبدل های موازی بر عملکرد روش کنترل افت اصلی اثر می گذارد. چندین روش از قبیل حلقه اضافی با تخمین پارامترهای خط، ضریب افت ولتاژ با استفاده از توان های اکتیو و راکتیو خروجی و تخمیت افت ولتاژهای خط (امپدانس) برای غلبه بر این مشکل پیشنهاد شده اند.
• پاسخ دینامیکی: روش کنترل افت اصلی یک پاسخ دینامیکی نوسانی آهسته ارائه می دهد که با چند راه حل می توان بر آن غلبه کرد. این راه حل ها عبارتند از: افت زاویه به جای افت فرکانس، روش افت مبتنی بر پارامترهای فیلتر تزویجی، تئوری کنترل بعلاوه روش های مشتق و افت مبتنی بر نتیجه شده از نابرابری ماتریس خطی (LMI).
• یکپارچه سازی منابع انرژی تجدیدپذیر: سرانجام، آخرین نقطه ضعف روش کنترل افت عملکرد ضعیف آن با منابع انرژی تجدید پذیر است. یک کنترل افت غیرخطی در مرجع و یک ردیابی نقطه ماکزیمم توان هیبریدی در مرجع ارائه شده است.

در ادامه روش کنترل افت در میکروگرید های AC و DC بررسی می شود و با توجه به اینکه سطوح کنترل ثانویه و ثالثیه با زیرساخت مخابراتی پیاده سازی می شوند، این روش ها با درنظر گرفتن جریان خروجی اینورترها برای ریزشبکه های AC مطالعه می شوند.

کنترل ریزشبکه به روش توزیع شده

اساس این روش کنترل، تقسیم عمل کنترل بین کنترل کننده مرکزی و کنترل کننده های محلی است. کنترل کننده مرکزی وظیفه تعقیب مناسب ولتاژ مرجع است. این کنترل کننده دارای طبیعتی فرکانس پایین است که مولفه های فرکانس پایین ولتاژ بار را با ولتاژ مرجع کنترل (مقایسه) می کند و مرجع جریان فرکانس پایین  که پهنای باند نسبتا کمی دارد و می تواند توسط یک لینک مخابراتی با پهنای باند پایین ارسال شود را برای مبدل ها تعیین می کند. در واقع فقط بخش فرکانس پایین سیکنال انتقالی از کنترل کننده مرکزی به واحدهای محلی که دارای پهنای باند پایینی است از لینک مخابراتی عبور می کند.

بنابراین، یک لینک مخابراتی با پهنای باند پایین برای توزیع سیگنال های کنترلی به هر کدام از واحدها مورد نیاز است. کنترل کننده های محلی نیز وظیفه حذف اغتشاشات فرکانس بالا مانند حذف هارمونیک ها بدون استفاده از لینک مخابراتی. این کنترل کننده ها همانطور که در بلوک دیاگرام شکل زیر مشاهده می شود، مولفه ای فرکانس بالای ولتاژ بار را با یک سطح صفر مقایسه می کنند. ورودی کنترل کننده های جریان از سه قسمت تشکیل شده است. اولین بخش شامل مرجع جریان فرکانس پایین از طرف کنترل کننده مرکزی بر ای تقسیم توان و تنظیم ولتاژ براساس فرکانس اصلی است. دومین ورودی کنترل کننده های جریان، خروجی کنترل کننده های ولتاژ محلی است که جریان خروجی اینورترها را  را تعیین می کند و باعث بهتر شدن کیفیت توان می شود. سومین ورودی نیز مولفه فرکانس بالای اندازه گیری شده جریان خروجی است. در نتیجه، تنظیم ولتاژ و تقسیم توان بصورت مرکزی کنترل می شوند. مزیت اصلی این روش این است که برای تقسیم توان بین واحدها به یک لینک مخابراتی با پهنای باند پایین نیاز دارد. روش کنترل توزیع شده نوعی از روش Master/slave است. یک بلوک کنترل مرکزی مرجع ولتاژ را کنترل می کند و بر جریان خروجی واحدهای اثر می گذارد. در نهایت دامنه ولتاژ، فرکانس و تقسیم توان بصورت مرکزی کنترل می شوند. بنابراین، کنترل توزیع شده فقط به شبکه مخابراتی با پهنای باند پایین نیاز دارد.