کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک سیستم ذخیره ساز …

در جدول ۱-۱ به دسته بندی منابع بر حسب موضوع مورد بررسی پرداخته شده ،همانطور که می بینم اکثر تحقیقات بر روی کنترل منابع باد و تعدادی نیز بر روش های کنترل تولید فتو ولتائیک متمرکز شده اند.
همچنین سیستم های مورد بررسی از نوع سیستم های مجزا [۲۳] بوده و کمتر به سیستم بهم پیوسته پرداخته شده است.
۲-۴-روش مورد استفاده در این پایان نامه
با توجه به تولید تصادفی و متغیر با زمان منابع تجدید پذیر به یک سیستم کنترل لحظه ای و پویا [۲۴] نیاز داریم، ولی روش های کنترلی مانند الگوریتم ژنتیک[۲۵] [۲۹]و[۳۰] ،شبکه های عصبی[۲۶] [۳۱] و[۳۲] و یا منطق فازی[۲۷] [۳۳]و[۳۴] که به حجم بالای پردازش نیاز دارند ،کارایی نخواهند داشت زیرا زمانبر بوده و سیستم کنترل را دچار وقفه خواهند کرد .همچنین روشهای مبتنی بر پیش بینی، بر اساس احتمالات صورت گرفته و نتایج دقیق و قطعی نخواهند بود و خطاهایی در آنها وجود دارد. همچنین کنترل زاویه گام همانطور که گفته شد،زمانی که سرعت باد به حداکثر مقدار مجاز می رسد یا از آن بیشتر می شود ، میزان تولید در حد بالایی قفل می شود بنابراین این روش کنترلی دیگر به تنهایی پاسخگو نخواهد بود.
در چنین شرایطی یکی از گزینه های قابل قبول، استفاده از سیستم تزریق توان می باشد. بطویکه با برقراری تعادل بین عرضه و تقاضا فرکانس را به حد مطلوب برساند.
ساخت چنین سیستم کنترلی نیازمند این مساله است که کنترل کننده بدنه کنترلی وابسته به پارامترهای داخلی خود سیستم داشته باشد؛ و هدف این خواهد بود که سیستم کنترل به تغییرات داده های خود به شدت حساس بوده و تغییرات را مدیریت کند.
در این پایان نامه تمرکز بر روی استفاده از یک کنترل کننده برای تصمیم گیری و هماهنگ کردن تمام واحدهای تولید ، جهت کمینه کردن نوسانات فرکانس می باشد. سامان دادن کنترل کننده هایی برای تمام واحدهای تولید اگر به درستی انجام گردد و مدیریت شود میتواند نوسانات فرکانس را به طرز قابل قبولی کاهش دهد. برای دستیابی به این هدف از تزریق توان بهره برده شده که هم برای کنترل واحدهای حرارتی معمول و هم برای کنترل واحدهای بادی و خوشیدی به کار رفته، بطوریکه کلیه واحدها را با تعیین توان مرجع برای آنها و مقایسه آن با توان تولیدی اندازه گیری شده، کنترل می کند.[۳۵] چنین دستورات برای باتری ذخیره ساز موجود در شبکه نیز اتخاذ می گردد تا تمام این هماهنگی ها در جهت بهبود پایداری و کیفیت توان شبکه منسجم شوند.
سیستم مورد بررسی بدین صورت عمل می کند که، انرژی منابع تجدید پذیر باد و خورشید در صورت تولید مازاد توسط باتری ذخیره می شود و توسط مبدل های[۲۸] قدرتی که واسطه اتصال آنها به شبکه می باشد،توان تزریقی به شبکه کنترل می گردد تا این منابع بطور سودمند مورد بهره برداری قرارگیرند به طوری که سیستم در حضور واحدهای بادی و خورشیدی نیز قادر به کارکرد قابل قبول بوده ، نوسانات و پایداری شبکه را مورد تهدید قرار ندهند.[۳۶]
این مساله نیازمند وجود یک کنترل کننده در سیستم است. ذخیره ساز باتری نیز باید بتواند زمانی که فرکانس سیستم کمتر از مقدار نامی است انرژی تخلیه کند[۲۹] و زمانی که فرکانس سیستم بالاست انرژی از آن جذب کند[۳۰] [۳۷].فاکتور مهم در بهره برداری از باتری هزینه کل است،که با حداقل کردن ظرفیت واحد ذخیره کاهش می یابد. اگرانحراف در فرکانس سیستم  از مقدار نامی اش  رخ دهد کنترلر باید ظرف چند ثانیه فرکانس را به داخل باند مجاز حول مقدار نامی فرکانس تنظیم کند . [۳۸]
در این پروژه بر خلاف روشهای پیشنهادی نظیر [۳۹] که به پیش بینی سرعت باد نیازمند است، چنین پیش نیازی لازم نداشته و همچنین نیازی به کنترل نمودن زاویه گام توربین بادی نیست. همچنین در مقایسه با روش پیشنهادی با روشهای پیشبینی محور، باید اشاره نموده که روشهای مبتنی بر پیش بینی عموما دقت بسیار بالایی نداشته و برای انجام آنها به نصب تجهیزات اضافی و داشتن مقداری تاخیر در محاسبات نیازمند است [۴۰] ؛ در حالی که روش پیشنهادی نیازمند چنین پیش شرط هایی نیست؛ به علاوه راهکار ارایه شده همچون روشهایی نظیر [۴۱] ، [۴۲] بر اساس شبکه های عصبی، الگوریتم ژنتیک و یا دیگر الگوریتمها پیچیده و زمان بر نمی باشند.
۲-۵-نتیجه گیری
در این فصل، توصیفی از سیستمهای قدرت امروزی، نوین به دست داده شد، و چالشهای موجود در شبکه های امروزی که معلول این تغییرات گسترده اند، توصیف گردید. همچنین مطالعات و تحقیقات صورت گرفته در این زمینه بیان گردید ، مهندسین امروز به این نتیجه رسیده اند که با تنش ها و چالشهای موجود در شبکه های قدرت امروزی، امکان استفاده از کنترل کننده های کلاسیک قدیمی وجود ندارد. در این راه، روش تزریق توان پیشنهاد شد .
در فصل بعد به معرفی سیستم مورد مطالعه می پردازیم.
فصل سوم
ساختار سیستم مورد مطالعه و روش کنترل پیشنهادی
– ۱-۳مقدمه
در این فصل ابتدا سیستم قدرت مورد مطالعه ای که در این پایان‌نامه به کار رفته، مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس نحوه تولید توان توسط ژنراتور های سنکرون واحد تولید متداول بیان می گردد و بعد از آن کنترل فرکانس در سیستم قدرت چند ناحیه ای بطور مفصل توضیح داده خواهد شد. همچنین روش کنترل تولید منابع تولید بادی و فتو ولتائیک معرفی شده و سپس ساختار کلی روش پیشنهادی این پایان نامه توسط بلوک دیاگرام مربوطه توضیح داده خواهد شد.
۳-۲- معرفی سیستم قدرت مورد مطالعه
شبکه قدرت مورد مطالعه، یک سیستم پنج شینه [۳۱]می باشد این سیستم در دو شکل ساده و تکامل یافته، به ترتیب در شکل۳-۱ و۳-۲ نشان داده شده است .تفاوت وجزئیات این چیدمان[۳۲] در ادامه توضیح داده شده است.
۲-۳-۱ معرفی شکل اولیه سیستم قدرت بدون حضور منابع تجدیدپذیر
همانگونه که در شکل مشاهده می شود سیستم شامل پنج شین اصلی می باشد، شین بالا سمت چپ، شین اول می باشد. شین دوم در قسمت پایین سمت چپ قرار گرفته است. دو شین دیگر نیز قرار گرفته ، تنها لازم به تذکر است که اگرچه در بعضی مراحل تحقیق، بنا به مقتضیات مطالعه، پاره ای ازجزییات سیستم ممکن است تغییر کند، اما شکل کلی شبکه تا پایان به همین صورتی خواهد بود که در شکلها نمایش داده شده است.
شکل ۳-۱:شکل اولیه سیستم مورد بررسی
قسمت بالا سمت راست شکل، شین سوم هستند، به این معنی که هر دو نماینده یک شین خواهند بود. به طرز مشابه، دو شین واقع در قسمت پایین سمت راست، شین چهارم هستند. شینی که که بین شینهای سوم و چهارم قرار دارد، نماینده شین بی نهایت بوده و آنرا شین پنجم می نامیم. لازم به ذکر است که چند شین میان ناحیه ای نیز در سیستم تعبیه شده تا مقدار توان عبوری از خطوط انتقال بین ناحیه ای اندازه گیری شود. این شین ها چون تنها وظیفه ی اندازه گیری دارند در شمار شین های اصلی سیستم قرار نخواهند گرفت و نیاز به صحبت درباره ی آنها وجود نخواهد داشت. لازم به ذکر است در شکل ساده، تنها بارها و واحد های تولید بخاری در شبکه هستند و واحد تولید تجدید پذیری حضور ندارد.
۲-۳-۲ معرفی شکل نهایی سیستم قدرت با حضور منابع تجدید پذیر و باتری
شکل تکامل یافته ی مورد بررسی، به شکل ساده بسیار شبیه بوده و تمایز آن تنها از نظر واحدهای متصل به شین یک است. در این شکل، شین یک علاوه بر واحد حرارتی متداول، شامل یک نیروگاه بادی، یک نیروگاه خورشیدی و یک باتری ذخیره ساز متصل به سیستم نیز می گردد. این مساله را می توان در شکل ۳-۲ مشاهده نمود. سیستم باتری و سیستم خورشیدی با رنگ بنفش مشخص شده اند:
شکل۳-۲:شکل نهایی سیستم مورد بررسی
۳-۲-۳-معرفی و تفکیک نواحی سیستم قدرت مورد مطالعه
با توجه به عوامل مختلفی که در فصل دوم اشاره شد، از جمله مساله خصوصی سازی، تولیدکنندگان مستقل و… لازم است تا سیستم با به جای شبکه های قدیمی تک ناحیه ای، شامل چند ناحیه کنترلی باشد. سیستم پنج شینه مورد بررسی، از سه ناحیه کنترلی مختلف تشکیل شده است که توسط خطوط بین ناحیه ای به یکدیگر متصل شده اند. این نواحی کنترلی به صورت زیر تعریف شده اند:
شکل۳-۳: نواحی کنترلی سیستم[۴۵]

مطلب دیگر :
سايت مقالات فارسی - بررسی تاثیر اجرای تکنیک ارزیابی متوازن “BSC”بر سنجش عملکرد بانک ملت استان گیلان- ...

  • ناحیه کنترلی:۱ شامل شین اول و دوم
  • ناحیه کنترلی:۲ شامل شین سوم
  • ناحیه کنترلی:۳ شامل شین چهارم و پنجم

طبق تعریف نواحی کنترلی که در ۳-۲-۳توضیح داده شد و در [۴۵] موجود می باشد؛ می دانیم که واحد های موجود در هر ناحیه، تنها از راه خطوط میان ناحیه ای با نواحی کنترلی دیگر مرتبط هستند در اینجا با فرض کم بودن فاصله واحد های تولید و مصرف هر ناحیه، تمام واحد های تولید و مصرف هرناحیه، مستقیما به یک شین متصل شده اند؛ به همین دلیل است که مثلا امپدانسی برای خط میان شین اول و دوم در نظر گرفته نشده است. اما برای خطوط بین ناحیه‌ای مقادیر امپدانس در نظر گرفته شده است.
در اینجا ناحیه کنترلی ۱ شامل منابع تجدید پذیر باد و خورشید به همراه سیستم ذخیره ساز باتری می باشد. با ذخیره انرژی منابع تجدید پذیر به کمک ذخیره ساز انرژی باتری و کنترل تولید آنها با استفاده از مبدل های قدرت متصل به آنها ،این منابع بطور سودمند مورد بهره برداری قرار می گیرند به طوری که سیستم در حضور واحدهای بادی و خورشیدی نیز قادر به کارکرد قابل قبول بوده ، نوسانات و پایداری شبکه را مورد تهدید قرار نمی دهند. این مساله نیازمند وجود یک کنترل کننده در سیستم است در این جا از روش کنترلی تزریق توان در هر کدام از واحدهای تولید حرارتی ، خورشیدی ،بادی و همچنین سیستم ذخیره ساز باتری استفاده شده است. بطوریکه تمام واحدهای تولید را با تعیین توان مرجع برای آنها و مقایسه آن با توان تولیدی اندازه گیری شده، کنترل می کند.به این منظور به ولتاژهای فاز به زمین در هر طرف نیازمندیم .این ولتاژها برای استفاده در PLL و تعیین زاویه چرخش چارچوب مرجع و همچنین محاسبه توان حقیقی مرجع مورد نیاز است. محاسبات توان توسط معادلات چارچوب مرجع صورت گرفته است. ذخیره ساز باتری نیز باید بتواند موقعیکه فرکانس سیستم کمتر از مقدار نامی است انرژی تخلیه کند و زمانیکه فرکانس سیستم بالاست انرژی از آن جذب کند. اگرانحراف در فرکانس سیستم  از مقدار نامی اش  رخ دهد کنترلر باید ظرف چند ثانیه فرکانس را به داخل باند مجاز حول مقدار نامی فرکانس تنظیم کند .
ناحیه کنترلی ۲ شامل واحد تولید و بار و ناحیه کنترلی ۳ نیز متشکل از واحد تولید متداول ،بار و شین بی نهایت[۳۳] می باشد. واحدهای تولید متداول که همان واحدهای تولید حرارتی می باشند ، از منابع اصلی و عمده توان در شبکه هستند که به کمک یک ژنراتور سنکرون مدل می شوند.در این واحدها نیز از کنترلر استفاده شده است هر چند مشخصه افتی این واحد ها در هنگام انحرافات اندکی در فرکانس به تنهایی پاسخگوی سیستم می باشند.
۳-۲-۴-مقدار ولتاژ نامی سیستم و امپدانس خطوط
تمام شین های سیستم مورد بررسی دارای ولتاژ یکسان بوده و در واقع در بخش انتقال هیچ گونه ترانسفورماتوری وجود ندارد. این ولتاژ سراسری برابر با ۲۳۰ کیلو ولت میباشد. لازم به ذکر است واحدهای تولید و بار که ولتاژ نامی داخلی آنها این برابر با ۲۳۰ کیلو ولت نیست، به واسطه ی یک ترانس به شبکه قدرت متصل شده اند. اگرچه خطوط داخلی هر ناحیه کنترلی بدون امپدانس فرض شده است؛ اما خطوط ارتباطی میان ناحیه ای، یعنی خطوط بین شین های دارای امپدانس میباشند. این خطوط مشابه با هم فرض شده و جزییات آنها را می توان در جدول۴-۱ دید.

مطلب دیگر :
کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک سیستم ذخیره ...

خط انتقال بین شین مقاومت به ازای واحد
(  )

برای دانلود فایل متن کامل پایان نامه به سایت 40y.ir مراجعه نمایید.