کنترل ریزشبکه

ریزشبکه ها مجموعه ای از مولدهای عمدتا از نوع تجدیدپذیر می باشند که به صورت مشترک برای تغذیه بار(ها) تشکیل یافته اند. ماهیت ریزشبکه به صورت یک تولید پراکنده گسترده می باشد که خود دارای منابع تولید پراکنده می باشد. در یک ریزشبکه عمدتا با منابع تولید پراکنده نظیر سلول خورشیدی، توربین بادی (میکروتوربین)، پیل سوختی، باتری (سیستم ذخیره ساز انرژی)، مولدهای ترکیبی نظیر CHP و همچنین ژنراتورهای سنکرون روبرو هستیم. همانطور که مشخص است خروجی توان این منابع به غیر از ژنراتورهای سنکرون و CHP بصورت DC می باشد. به همین جهت در یک ریزشبکه با دو لینک AC و DC مواجهیم. به این مفهوم ریزشبکه هیبرید گفته می شود. در کنار این منابع به منظور بهره مندی از توان خروجی هر کدام نیاز به سیستم های کنترل می باشد، که به منظور کنترل ریزشبکه بکار می رود.

هرم کنترل ریزشبکه

انواع کنترل ریزشبکه

در یک مفهوم کلی منابع ریزشبکه به دو صورت پراکنده احتمالی و کنترل پذیر می باشند. منابع تولید پراکنده احتمالی براساس ورودی های احتمالاتی (غیرقابل کنترل)، خروجی مورد نظر را تولید می کنند. از جمله این منابع می توان به سلول خورشیدی، توربین بادی و حتی تا اندازه ای پیل سوختی اشاره کرد. این منابع به ترتیب از تابش خورشید، سرعت باد و هیدروژن به منظور تولید توان استفاده می کنند. با توجه به اینکه این ورودی ها خاصیت احتمالاتی دارند، لذا این منابع نیز تولید پراکنده احتمالی می باشند.

به طور مشخص در کنترل منابع تولید پراکنده احتمالی با مسئله کنترل از نوع جریان روبرو هستیم. در این منابع جریان خروجی(توان خروجی) سیستم به صورت CCS (منبع جریان کنترل شده) کنترل می شود.

اما مسئله مهم نیاز کنترل ریزشبکه به منابع کنترل پذیر می باشد. این منابع می توانند نظیر باتری، CHP و یا ژنراتور سنکرون باشند. آنچه ضروری است وجود حداقل یکی از این منابع در یک ریزشبکه می باشد(به لحاظ برقرار بودن پایداری و قابلیت اطمینان ریزشبکه).

منابع کنترل پذیر ریزشبکه نقش اساسی در کنترل ریزشبکه و در نتیجه بدست آوردن پایداری ریزشبکه از نقطه نظر ولتاژ / فرکانس می باشد. بطور کلی و در یک تعریف مشخص ریزشبکه ناپایدار، ریزشبکه ای است که در آن فروپاشی ولتاژ/فرکانس رخ دهد. فروپاشی ولتاژ / فرکانس در ریزشبکه به معنی افزایش مداوم و یا کاهش مداوم متغیر مورد نظر می باشد. از طرفی در ریزشبکه با پدیده افتی(دروپ) نیز روبرو هستیم در نقطه مقابل افتی، کنترل افتی نیز وجود دارد(کنترل دروپ). در پدیده افتی ما با خطای ولتاژ / فرکانس (خطای حالت ماندگار) روبرو هستیم.

معرفی سطوح کنترل ریزشبکه

همانطور که در بخش قبل بیان شد، اساس پایداری در ریزشبکه برمبنای منابع کنترل پذیر قرار گرفت. در این منابع هر اندازه فرآیند کنترلی بکار رفته دقیق تر، مقاوم تر و کاربردی تر باشد باعث بهبود بیشتر پایداری در ریزشبکه می گردد. به همین منظور در یک ریزشبکه سطوح کنترل مختلف به صورت متوالی بکار گرفته می شود. هر کدام از این سطوح کنترلی بخشی از وظایف پایداری ریزشبکه را بر عهده دارند. بر این اساس در یک ریزشبکه :

1. سطح کنترل اولیه ریزشبکه (Primary Control) : در این کنترل پایداری اولیه فرکانس / زاویه فرکانسی در نظر گرفته می شود. این نوع کنترل وظیفه جلوگیری از فروپاشی ولتاژ / فرکانس را بر عهده دارد. یکی از متداول ترین روش ها به این منظور کنترل دروپ فرکانس می باشد.
2. سطح کنترل ثانویه ریزشبکه (Secondary Control) : در این کنترل افتی فرکانس / ولتاژ هدف پایداری است. به این مفهوم که پیشامدهایی نظیر جزیره ای شدن و یا تغییر بار و حتی وقوع خطا می توانند باعث بروز خطای حالت ماندگار در متغیرهای اساسی ریزشبکه گردند. به این منظور از این نوع کنترل استفاده می شود.
3. سطح کنترل ثالثیه : این نوع کنترل برای ریزشبکه های گسترده با چندین منبع کنترل پذیر ولتاژ کاربرد دارد. در این شرایط نیاز است تا یک سیستم کنترل مستر به منظور ایجاد هماهنگی در ریزشبکه بکار رود. وظیفه این سیستم کنترل مدیریت توان در ریزشبکه می باشد.

کنترل اولیه و ثانویه در ریزشبکه

در شکل بالا نمایی از کنترل اولیه و ثانویه در ریزشبکه نمایش داده شده است. در این کنترل هدف برقراری پایداری برای ولتاژ و فرکانس می باشد. در حضور کنترل ثانویه این امر به هنگام جزیره ای شدن از شبکه بالادست نیز برقرار خواهد بود. به این معنی که افت فرکانس و ولتاژ جبران می گردد.

کنترل ثالثیه ریزشبکه (کنترل سطح سوم ریزشبکه)

در شکل بالا نمای کنترل ثالثیه به صورت تعیین رفرنس توان اکتیو و راکتیو (مدیریت انرژی) در ریزشبکه نمایش داده شده است.

کنترل کننده های فرعی

طبق آنچه بیان شد، اساسی ترین سطوح کنترل ریزشبکه بر سه سطح قرار گرفت. اما در کنار این فرآیند، کنترل کننده های فرعی(Optional) نیز بکار گرفته می شوند. این کنترل کننده ها وظیفه بهبود هر چه بیشتر فرآیند کنترل را برعهده دارند. این کنترل کننده در هر کدام از سطوح کنترل به طور موازی می توانند بکار گرفته شوند. از این نوع کنترلرها می توان به کنترل کننده های با منطق فازی ، کنترل کننده های غیرخطی، مقاوم و تطبیقی اشاره نمود.

هر کدام از این کنترل کننده ها برحسب ویژگی های خود نسبت به بهبود وضعیت ریزشبکه از نقطه نظر قابلیت اطمینان، بهبود مشخصه های زمانی(نظیر نوسانات ریزشبکه)، مقاوم بودن نسبت به عدم قطعیت ریزشبکه، تطبیقی سازی نسبت به پارامترهای متغیر و … بکار گرفته می شوند. البته شرط بکارگیری این کنترل کننده ها بهبود وضعیت می باشد.

منبع : برق تِک

فعالیت ها در زمینه انجام پروژه ریزشبکه

در این بخش می توانید نمونه کارهای مرتبط با ریزشبکه ها که توسط گروه برق تِک انجام شده است را ملاحظه کنید: (برای مشاهده بر روی عنوان کلیک نمایید)

کنترل ریزشبکه-روش دروپ-بهبود غیرخطی

طراحی ریزشبکه هیبرید با کنترل فازی

کنترل مقاوم ریزشبکه در حضور توربین بادی و منابع DG