عنوان لاتین مقاله:
A Multifunction Control Strategy for the Stable Operation of DG Units in Smart Grids
عنوان فارسی مقاله:
یک استراتژی کنترلی چند منظوره برای عملکرد پایدار واحدهای DG در شبکه های هوشمند
و گزارش سمینار درس شبکه های هوشمند
این مقاله دارای شبیه سازی و ترجمه می باشد
چکیده: این مقاله توسعه یک استراتژی کنترلی چند منظوره برای بهره برداری پایدار واحدهای تولید پراکنده (DG) در حین ادغام با شبکه برق را تشریح میکند. مدل کنترلی پیشنهاد شده مبتنی بر تئوری کنترل مستقیم لیاپانوف (DLC) میباشد و ناحیه پایدار برای بهره برداری مناسب واحدهای DG در حین ادغام با شبکه برق را ارائه میکند. جبران تغییرات لحظه ای در مؤلفه های مرجع جریان در سمت ac و تغییرات ولتاژ dc در سمت dc ِ سیستم واسط به مقدار کافی در این طرح کنترلی در نظر گرفته شده اند، که نقش اساسی و نوآورانه این مقاله در مقایسه با استراتژیهای کنترلی قبلی میباشد. بکارگیری تکنیک DLC در تکنولوژی DG میتواند تزریق پیوسته توان اکتیو ماکزیمم در فرکانس اصلی از منبع DG به شبکه برق را تأیید کند، تمام توان راکتیو و مؤلفه های هارمونیکی جریان بارهای متصل به شبکه را از طریق ادغام پیوند DG با شبکه، جبران نماید. کاربرد این مفهوم در سیستمهای شبکه هوشمند میتواند کاهش تنش روی شبکه برق را در حین پیک تقاضای انرژی، تضمین نماید. نتایج شبیه سازی و آزمایش جهت نمایش تخصص و عملکرد تکنیک DLCپیشنهاد شده در تکنولوژی DG ارائه شده است.
واژه های شاخص_ کنترل مستقیم لیاپانوف (DLC)، تولید پراکنده (DG)، مدیریت توان، شبکه های هوشمند.
فهرست واژه ها
اندیسها
k & j a,b,c.
اختصارات
DG: Distributed generation
تولید پراکنده
DLC: Direct Lyapunov control
کنترل مستقیم لیاپانوف
PF: Power factor
ضریب توان
APF: Active power filter
فیلتر توان اکتیو
LPF: Low-pass filter
فیلتر پایین گذر
VSC: Voltage source converter
مبدل منبع ولتاژ
PCC: Point of power coupling
نقطه اتصال توان
PI: Proportional-integral
اتگرال نسبی
PLL: Phase locked loop[1]
حلقه قفل شده در فاز
متغیرها
: Grid currents
جریانهای شبکه
: Load currents
جریانهای بار
: DG currents
جریانهای تولید پراکنده
: Currents of transistors
جریانهای ترانزیستورها
: Current of dc capacitor
جریان مستقیم خازن
: Load currents in harmonic frequencies
جریانهای بار در فرکانسهای هارمونیکی
: Current components d-axis
مؤلفه های محور d جریان
: Current components q-axis
مؤلفه های محور q جریان
: dc current
جریان مستقیم
: Instantaneous variation of
تغییرات لحظه ای
: Instantaneous variation of
تغییرات لحظه ای
: Voltage at dc side
ولتاژ سمت dc
: Grid voltage
ولتاژ شبکه
: Reference voltage vector at PCC
بردار مرجع ولتاژ
: Voltage of each phase at PCC
ولتاژ هر فاز
: Reference value of dc side voltage
مقدار مرجع ولتاژ سمت dc
: Switching of transistors
سوییچینگ ترانزیستورها
: Switching of transistors in each leg
سوییچینگ هر پایه ترانزیستورها
: Switching state function
تابعحالت سوییچینگ
پارامترها
: Equivalent resistance of the ac filter, coupling transformer,
and connection cables
مقاومت معادل فیلتر ای سی، تزویج ترانسفورماتور و کابلهای ارتباطی
: Equivalent inductance of the ac filter, coupling transformer,
and connection cables
اندوکتانس معادل فیلتر ای سی، تزویج ترانسفورماتور و کابلهای ارتباطی
: dc capacitor
خازن dc
: Reference active power of DG
توان اکتیو مرجع DG
Maximum active power of DG
توان اکتیو ماکزیمم DG
: Reference reactive power of DG
توان راکتیو مرجع DG
: Load reactive power
توان راکتیو بار
: Grid angular frequency
فرکانس زاویه ای شبکه
: Constant coefficient of switching function in dynamic
state operation
ضریب ثابت تابع سوییچینگ در بهره برداری حالت دینامیکی
: Constant coefficient of switching function in dynamic
state operation
ضریب ثابت تابع سوییچینگ در بهره برداری حالت دینامیکی
: Fundamental frequency
فرکانس اصلی
: Cut-off frequency[2]
فرکانس برش
1- معرفی
مفهوم DG واحدهای نسبتاً کوچک تولیدی را شامل میشود که در نقطه مصرف بار یا نزدیک به آن قرار داشته باشد [1]. کاربرد تکنولوژی DG در سیستم قدرت میتواند مزایای بسیاری از هردو سمت شبکه و تقاضا را بدست آورد [2] و [3].
DG قابلیت کاهش قیمت، بازده بالا و قابل اطمینان سازی را دارد و میتواند تولید انرژی نزدیک مرکز بار را ساده نماید [4] و [5]. بنابراین، DG میتواند بعنوان یک عملکرد مفید برای بارهای مشترکین مسکونی، تجاری و صنعتی جهت ارائه یک نیروی برق مطمئن و کم قیمت، محسوب گردد [6] و [7]، و همچنین چندین DG یکپارچه میتوانند برای اطمینان از کیفیت برق و ارائه انرژی مطمئن به بارهای بحرانی (اضطراری) مورد استفاده قرار گیرند [8].
منابع انرژی تجدید پذیر گزینه مناسبی برای قدرتمند سازی سیستم مرتبط در خط مشی (پلتفرم)DG میباشد. این منابع انرژی با هردو مورد کاهش تقاضای انرژی از شبکه برق و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای برای مقررات زیست محیطی، مطابقت دارد [9] و [10].
تزریق توان از DG به شبکه در حین پیک تقاضا میتواند مصرف انرژی را بهینه سازد و تنش از نقطه نظر شبکه را کاهش دهد، همچنین قیمت مصرف انرژی از نقطه نظر مشترکین را کاهش دهد [11] و [12]. اما افزایش تعداد واحدهای DG در شبکه برق میتواند برخی مشکلات را در بهره برداری و مدیریت کل شبکه برق بوجود آورد[13]. بنابراین، یک تکنیک کنترلی هوشمند ِ واحدهای DG برای هماهنگی توان بین سمتهای شبکه، بار، و DG در سیستمهای شبکه هوشمند به شدت مورد نیاز است.
مطالعات متعددی در مراجع مختلف گزارش شده اند که به کنترل سیستم مربوط به DG برای ادغام منابع انرژی تجدید پذیر و تجدید ناپذیر با شبکه قدرت، اشاره دارند [14]–[19].
مثلاً، یک تکنیک کنترلی توپولوژی (ساختار) چند سطحی مبدل برای ادغام انرژی تجدید پذیر با شبکه در [20] پیشنهاد شده است. کاربرد این تکنیک کنترلی عمدتاً در رابطه با تزریق مؤلفه های هارمونیکی جریان و جبرانسازی توان راکتیو بارهای غیر خطی از طریق یک منبع انرژی تجدید پذیر در سیستمهای فشار متوسط و فشار قوی میباشد. همچنین، مدیریت نظارت توان جهت کنترل انتقال و به حداقل رساندن حالتهای گذرا در ولتاژ و فرکانسهای DGها پیشنهاد گردیده است [21].
پیاده سازیهای مختلف سخت افزاری برای تکنولوژی DG، ساختارهای کنترلی برای سیستم مربوطه، و استراتژیهاس کنترلی تحت شرایط خطا در [22] مورد خطاب قرار گرفته اند.
یک الگوریتم کنترلی در [23] برای تولید جریان مرجع در حلقه کنترل مدار مبدل مربوطه در یک سیستم DG تحت شرایط خطای شبکه، پیشنهاد گردیده است.
مؤلفه های تولید شده جریان مرجع میتوانند یک پشتیبانی انعطاف پذیر ولتاژ در حین رخ دادن هرگونه خطا در ولتاژ شبکه را فراهم سازند.
یک تکنیک کنترلی بدون PLL در [24] برای ادغام منابع DG با شبکه توزیع برق پیشنهاد شده است. با حذف PLL از حلقه کنترلی DG، مشکلات همگام سازی(سنکرون کردن) میان لینک DG و شبکه برق میتوانند برطرف شوند.
بعلاوه، حلقه کنترلی پاسخ دینامیکی سریعتری به تغییرات بار در پارامترهای شبکه دارد. عملکرد این طرح کنترلی در تکنولوژی DG از طریق نتایج شبیه سازی و آزمایش در حین شرایط عملکرد حالت گذرا و حالت ماندگار، اعتبار یافته است. انتقال یکپارچه مبدلهای تکفاز مربوطه بین حالتهای مستقل و متصل به شبکه[3] در [25] معرفی شده است. استراتژی پیشنهاد شده یک طرح کنترلی پایدار برای مبدل تکفاز میباشد که به طور همزمان در حالت مستقل و حالت متصل به شبکه کار میکند.
همچنین طرحهای کنترلی دیگر برای دستیابی به یک PF واحد در شبکه برق توسط ادغام منابع DG با شبکه قدرت پیشنهاد گردیده اند [26] و [27].
Pouresmaeil et al.[28]یک تکنیک فیدبک خطی سازی برای کنترل یک مبدل نقطه فشرده خنثی[4] برای جبرانسازی مؤلفه های هارمونیکی جریان بارهای متصل به شبکه ارائه کرده است. با استفاده از این تکنیک کنترلی، مقدار قابل توجهی از جریانهای بار در فرکانسهای هارمونیک میتواند توسط لینک DG جبران گردد، سپس، توان کل تزریقی از شبکه به بار خالی از توان راکتیو و فرکانسهای هارمونیکی خواهد بود. با معرفی این روش کنترلی، تکنولوژی DG میتواند بعنوان یک دستگاه APF در یک سیستم قدرت نمونه در نظر گرفته شود.
چندین تکنیک کنترلی دیگر با مفهوم پیشنهاد شده اند که در اغلب مقالات ارائه شده راه حلی برای مشکل جدی در شبکه قدرت پشنهاد شده و مورد بحث قرار گرفته است[29].
در این مقاله، مؤلفان یک استراتژی کنترلی چند منظوره مبتنی بر تکنیک DLC، برای عملکرد پایدار مدل پیشنهاد شده و کنترل VSC بعنوان قلب سیستم مربوطه میان منابع DG و شبکه برق را معرفی کرده اند.
اثرات تغییرات لحظه ایمتغیر در بهره برداری سیستمهای DG به مقدار کافی در طرح کنترلی پیشنهاد شده، در نظر گرفته شده است که سهم تازه ای برای این روش کنترلی در قیاس با دیگر استراتژیهای موجود میباشد.
در واقع، سهم این استراتژی در سیستمهای DG میتواند بعنوان یک راه حل تازه در شبکه توزیعبرای جبرانمسائلمختلفمورد نیازبه صورت همزمان در حین اتصال بارهای غیرخطی به شبکه برق، معرفی گردد.
ادامه این مقاله به 4 بخش سازماندهی شده است. پس از معرفی، دیاگرام شماتیکی کلی مدل DG پیشنهاد شده در بخش 2 معرفی گردیده و تحلیل حالت دینامیکی
