مبحث ریزشبکه به عنوان یکی از جدیدترین چالش ها در زمینه های مهندسی قدرت و کنترل می باشد. در کنترل ریزشبکه هدف اساسی کنترل ولتاژ / فرکانس با استفاده از توان راکتیو / اکتیو می باشد. به این معنی که با استفاده از ورودی های توان اکتیو و راکتیو به ترتیب فرکانس و ولتاژ در ریزشبکه کنترل می شوند. اساس کار همین است. البته در جزئیات کار تفاوت های زیادی بین روش های کنترل وجود دارد.
در کنترل ریزشبکه ، سطوح کنترلی مختلف بکار برده می شود که هر کدام هدف خود را دارند. این روش های کنترل به صورت زیر می باشند :
در شکل زیر شمای کلی از یک ریزشبکه نمایش داده شده است.
هدف اساسی در این پایان نامه برق قدرت ، بهبود کار در کنترل ثانویه ریزشبکه با استفاده از مدل سازی غیرخطی مبدل منبع ولتاژ بکار رفته بر روی منابع DG می باشد. در این پایان نامه فرض بر عدم در نظر گیری دینامیک داخلی منابع DG می باشد. به این ترتیب فرض می شود منابع DG نظیر سلول خورشیدی و توربین بادی که به صورت منبع جریان مدل می شوند در نقطه MPPT (ردیابی نقطه حداکثر توان) خود کار می کنند. در مرحله دوم از کار با طراحی یک کنترل کننده به روش بازگشت به عقب (bakstepping) سعی در بهبود وضعیت کنترلی سیستم نسبت به حالت عدم وجود این کنترل کمکی داشته باشیم.
در اکثر مباحث ریزشبکه، منابع تولید به صورت ترکیب مولد(نظیر سلول خورشیدی، توربین بادی و یا باتری) با اینورتر در نظر گرفته می شوند. در این نحوه مدلسازی دینامیک داخلی مولد DG نادیده گرفته می شود. مبدل منبع ولتاژ (VSC – Voltage Source Converter) یکی از روش های مدل سازی منابع DG به همراه اینورتر در ریزشبکه ها می باشد. روش های کنترل ریزشبکه شامل کنترل های اولیه تا ثانویه به راحتی قابل پیاده سازی بر روی این منابع می باشد. در این منابع ، پیش فرض قدرتی کار مبنی بر در نظر گیری یک منبع DC توان نامحدود می باشد. کنترل برداری این کار شامل تعیین زاویه فرکانسی، فرکانس و دامنه ولتاژ برای تولید بردار ولتاژ می باشد. به منظور تولید این بردار از ورودی های توان اکتیو و راکتیو استفاده می شود. اما جنبه دیگر کار مدل سازی کار غیرخطی VSC و طراحی یک بخش کنترل غیرخطی برای این مبدل می باشد. شماتیک کار کنترلی این سیستم در حضور بخش غیرخطی آن بصورت زیر می باشد.
طبق شماتیک بالا ، مشخص است که در کنترل ریزشبکه از حلقه های تو در توی کنترلی استفاده شده است. این مسئله در کنترل اولیه ریزشبکه به منظور تولید بخش فرکانس و زاویه فرکانسی ریزشبکه به کار گرفته شده است. در شکل زیر فرآیند این حلقه نمایش داده شده است.
در این کنترل مقادیر دروپ به صورت بهره در مسیرهای کنترل زاویه فرکانسی و فرکانس قرار داده شده اند و از ورودی توان اکتیو به منظور کنترل استفاده شده است. خروجی این کار فرکانس و زاویه را به ما خواهد داد. با در نظر گرفتن مقدار رفرنس برای فرکانس (60 هرتز و یا 50 هرتز) و البته زاویه فرکانسی که با در نظر گرفتن زاویه اولیه و تغییر فرکانس با زمان به سیستم داده می شود. به این ترتیب مقادیر خطا بدست آمده و بلوک های کنترلی کار تکمیل خواهد شد.
بخش دوم کار شامل کنترل ولتاژ با استفاده دروپ می باشد. این بخش کار به عنوان کنترل ثانویه ریزشبکه شناخته می شود. در این مرحله از کنترل ریزشبکه با استفاده از توان راکتیو نسبت به تولید اندازه ولتاژ اقدام می شود.
در نظر گرفته می شود که تولید توان اکتیو و راکتیو در بلوک کنترلی متناسب با میزان بار در ریزشبکه می باشد. به این ترتیب تغییرات بار می تواند بر روی این تولیدات تاثیر مستقیم داشته باشد تا تعادل توان در ریزشبکه محقق شده و پایداری ولتاژ / فرکانس را در ریزشبکه داشته باشیم.
آنچه به عنوان ارزیابی نهایی از کار عنوان می شود. مشخصه های زمانی پاسخ های سیستم در کنترل ریزشبکه می باشد. متغیرهای اساسی کنترل ریزشبکه شامل ولتاژ و فرکانس ریزشبکه می باشد. این دو متغیر بایستی بتوانند در سناریوهایی نظیر :
به خوبی کنترل شوند.
همانطور که بیان شد طراحی سطوح کنترلی به عنوان اولین گام در کنترل ریزشبکه در این پروژه مورد توجه قرار گرفته است. در بخش دوم از کار طراحی کنترل غیرخطی برای ریزشبکه در نظر گرفته شده است. در این طراحی از روش گام به عقب استفاده شده است. این روش از جمله متدهای مقاوم شناخته می شود(مقاومت به جهت پایداری در حضور اغتشاش و عدم قطعیت).
در کنترل کار از مدل سازی ماشین سنکرون با توان خروجی محدود شده استفاده شده است. تا بتوان سناریو سازی های مرتبط با کار را انجام داد. به منظور ارزیابی کار از تست این کار بر روی مدل های ریزشبکه استاندارد استفاده کرده ایم. مدل استاندارد اولین ریزشبکه بصورت شکل زیر می باشد.
در نهایت به منظور ارزیابی دقیق تر و بیان نتایج کار در یک ریزشبکه گسترده شده از مدل استاندارد دوم استفاده شده است که شماتیک قدرتی آن به صورت شکل زیر می باشد.
در این چهاچوب به منظور کنترل منابع تولید جریان نظیر سلول خورشیدی و توربین بادی از مولدهای منبع جریان و برای منابع تولید ولتاژ نظیر باتری از مبدل منبع ولتاژ استفاده شده است. در این باره در نمونه کارهای بعدی توضیحات کافی ارائه خواهد شد. در ادامه نتایج شبیه سازی کار نمایش داده شده است.
به منظور انجام شبیه سازی کار از نرم افزار متلب و تکنیک به کارگیری همزمان کدنویسی در متلب استفاده شده است. شماتیک قدرتی کار در محیط سیمولینک مدلسازی شده است. در این مدلسازی منابع کنترلی به طور استاندارد جایگذاری شده اند.
به منظور ارسال بخش های کنترلی، از لوپ های کنترلی فیدبک دار استفاده شده است. تا شماتیک های کنترلی معادل شکل های اول و دوم پیاده سازی شود. به منظور پیاده سازی بخش غیرخطی از کدنویسی در بلوک های Matlab function استفاده شده است.
برخی از نتایج شبیه سازی در ادامه کار آورده شده است. نتایج برای ریزشبکه استاندارد اول می باشد.
منبع : برق تِک