یک روش شناسی[1] طراحی چند متغیره برای کنترل ولتاژ یک ریزشبکه با یک واحد DG[2]

گزارش سمینار درس تولید پراکنده و انرژیهای تجدید پذیر

این مقاله دارای شبیه سازی و ترجمه می باشد

چکیده: این مقاله یک روش شناسی (متودولوژی) طراحی برای تنظیم ولتاژ یک ریزشبکه با DG تک واحدی جزیره ای و بار مربوطه اش را پیشنهاد میکند. متودولوژی طراحی کنترلر بر اساس مجموعه ای از مدلهای چند ورودی-چند خروجی (MIMO)ِ سیستم ریزشبکه میباشد و بطور همزمان،شکل دهی حلقه باز و تجزیه سیستم را توسط یک روش بهینه سازی برجسته، اجرا میکند. روند طراحی کنترل شامل: 1) تعیین مجموعه مدلهای غیر پارامتری سیستم در نقاط بهره برداری مختلف، 2) تعیین کلاس کنترلر، و 3) شکل دهی حلقه باز سیستم، توسط کمینه سازی[1] مجموع نرم (اندازه) دوم مربعِ[2] خطاها بین توابع تبدیل حلقه باز سیستم و توابع تبدیل حلقه باز مطلوب، میباشد. مطابق متودولوژی طراحی پیشنهادی، دو کنترلر ولتاژ تکمیل شده d-q، برای تنظیم ولتاژهای بار یک ریزشبکه با DGتک واحدی، پیشنهاد شده است. کنترلرهای پیشنهادی،پایداری مقاوم و پاسخگویی دینامیکی رضایت بخش سیستم را علیرغم ابهاماتِ (عدم قطعیت) پارامتری بار و همچنین وجود بارهای غیر خطی، تضمین میکند. این مقاله جوانب تئوری پیچیده، در فرآیند طراحی کنترلرها را تشریح و عملکرد کنترلرها را مطابق مطالعات شبیه سازی و آزمایشات، ارزیابی میکند.

کلمات کلیدی:بهینه سازی برجسته[3]، کنترل چند متغیره دیجیتال، تولید پراکنده، حالت جزیره ای، شکل دهی حلقه، ریزشبکه، تنظیم ولتاژ، مبدل منبع ولتاژ.

1- معرفی

رشد ثابت در نفوذ واحدهای تولید پراکنده، علاقه قابل توجهی را در ادغام بهینه شبکه، کنترل و بهره برداری واحدهای DG، در زمینه ریزشبکه ها، ایجاد کرده است [1]. ریزشبکه ها بعنوان یک ویژگی اساسی شبکههای فعال توزیع، در نظر گرفته شده اند و در صورتیکه بطور موثر در هردو حالت متصل به شبکه و جزیره ای کنترل شوند، هماهنگگردند و عمل کنند، قادرند بطور کامل از واحدهای DG بهره ببرند[2]-[7].

در حالت متصل به شبکه بهره برداری یک ریزشبکه، ولتاژ و فرکانس در نقطه اتصال مشترک (PCC)[4] توسط شبکه، تحمیل شده است. در این صورت، هر واحد DG تبادل توان حقیقی/راکتیوش را بر اساس تکنیکهای معروف کنترل جریانهای d-q، کنترل میکند [2] و [3]. در حالت بهره برداری جزیره ای، فرکانس و ولتاژ، دیگر توسط شبکه تحمیل نشده اند و تکنیکهای کنترل جریانهای d-qِ مورد استفاده قرار گرفته در حالت متصل به شبکه، دیگر نمیتوانند عملکرد پایدار ریزشبکه جزیرهای را تضمین کنند. بنابراین در پی یک رویداد جزیره ای، جزیره ای شدن می بایستی هرچه سریعتر، تشخیص داده شود [8]، و یک استراتژی کنترلی مناسب باید جهت تنظیم ولتاژ و فرکانس ریزشبکه و مدیریت/تقسیم توان در میان واحدهای DG، اتخاذ گردد. این مقاله بر روی توسعه یک متودولوژی طراحی کنترلر دیجیتال چند متغیره، برای کنترل ولتاژ یک ریزشبکه با DG تک واحدی جزیره ای، تمرکز دارد. اگرچه، متودولوژی طراحی پیشنهادی، در زمینه ریزشبکه بررسی شده است،اما به همان میزان برای هر کاربرد تبدیل انرژی مبتنی بر VSC، مناسب میباشد.

کنترل یک ریزشبکه جزیره ای، بطور گسترده مورد بررسی قرار گرفته و استراتژیهای کنترلی مختلفی پیشنهاد شده اند [9]-[29]. اغلب استراتژیهای گزارشات ذکر شده، روشهایی بر اساس افت فرکانس/توان حقیقی و ولتاژ/توان راکتیو، برای کنترل ولتاژ و فرکانس ریزشبکه
های جزیره ای با چندین واحد DG، هستند [1] و [10]-[18]. در زمینه یک ریزشبکه با DG تک واحدی، چندین استراتژی کنترلی حالت جزیره ایپیشنهاد و گزارش شده اند [25]-[28]. استراتژی کنترلی در [25] برای یک بار متعادل از پیش تعیین شده در نظر گرفته شده است و نمیتواند با تغییرات بزرگ تطبیق داده شود. جهت بهبود پایداری و استقامت یک ریزشبکه با وجود شرایط بار خطی و متعادل، یک کنترلر گاوسی درجه دوم خطی در [26] پیشنهاد شده است. مرجع [27] یک کنترلر چند متغیره برای تنظیم ولتاژ یک ریزشبکه با بار RLC محلیش، با پارامترهای نامشخص مختل کننده مقادیر نسبی نامی را پیشنهاد میکند. روش کنترلی پیشنهادی در [27] به یک کنترلر چند متغیره مرتبه بالا اشاره دارد.با اینکه کنترلر طراحی شده پایداری مقاومی برای تغییرات پارامترهای بار دارد، عملکرد تنها برای حالت نامی تضمین شده است. برای تطبیق بارهای بشدت نامتعادل، یک استراتژی کنترلی در [28] پیشنهاد شده است که از یک اسیلاتور داخلی برای دستیابی به فرکانس و یک سیستم کنترلی فیدبک برای تنظیم ولتاژ، بهره میبرد. با وجود بارهای غیر خطی و جریانهای بار هارمونیکینامناسب، ولتاژهای یک ریزشبکه بشدت منحرف میشوند و کیفیت توان رو به وخامت میرود. نتیجتاً، هیچ یک از استراتژیهای کنترلی فوق الذکر نمیتوانند اثرات مضر هارمونیکها را از بین ببرند/کاهش دهند. بنابراین، پایداری مقاوم یک ریزشبکه نمیتواند برای تغییرات بزرگ پارامترهای بار تضمین گردد.

[1]Methodology

[2]Distributed Generation