میکروگرید^[۲۴]
میکروگریدها یا ریزشبکه‌ها مفهوم تازه‌ای می‌باشند که بهره‌برداری از انرژی تجدیدپذیر را ممکن ساخته‌اند. یک میکروگرید به تعدادی واحد تولید پراکنده و بارهای مربوطه اطلاق می‌شوند که هماهنگی غیرمتمرکز تولیدات پراکنده را به منظور استفاده بهینه از آنها فراهم می سازد. واحدهای تولیدی میکروگریدها عموما از نوع انرژی‌های نو بوده و به دلیل استفاده از واسطه‌های الکترونیک قدرت کنترل‌پذیری بالایی دارند. انگیزه اصلی این ایده در رفع مشکلات اساسی مربوط به نفوذ ظرفیت قابل ملاحظه ای از تولیدات پراکنده در شبکه شکل گرفت [۲۴]. در واقع بجای چندین واحد تولید پراکنده کوچک که مشکلات اساسی در تعامل صحیح با شبکه قدرت دارند، میکروگرید به عنوان یک واحد کنترل شده نسبتا بزرگتر مشکلات کمتری را در اتصال به شبکه خواهد داشت. سطح ولتاژ ریزشبکه‌ها معمولا در سطح فشار ضعیف یا متوسط بوده و کنترل بخش‌های مختلف آنها بصورت محلی صورت می‌گیرد. اولویت اصلی در مدیریت یک میکروگرید تامین توان بارهای محلی در کیفیت مطلوب بوده و تبادل توان با شبکه اصلی در اولویت بعدی قرار دارد [۲۴]. میکروگرید می‌تواند در دو مد کاری وصل به شبکه^[۲۵] و جدا از شبکه^[۲۶] کار کند. یک انگیزه دیگر میکروگریدها می تواند ایده “نصب کن، رها کن”^[۲۷] در مورد واحدهای تولید پراکنده باشد. برای اینکه پس از نصب هر واحد منبع تولید پراکنده به کمترین نظارت بر تعاملات بین شبکه اصلی و واحد مورد نظر نیاز داشته باشیم، ایده بکارگیری این واحدها در یک ریزشبکه کاملا کنترل شده می‌تواند مطرح شود. از دیدگاه شبکه میکروگرید به عنوان یک نهاد کنترل شونده دیده می‌شود. بطوریکه می تواند همانند یک بار واحد یکپارچه در نظر گرفته شود، که این باعث بالا رفتن امنیت و قابلیت اطمینان شبکه می گردد. از دیدگاه مصرف کننده میکروگریدها می توانند امکان تحقق واحدهای CHP را فراهم سازند[۲۴]. به هر حال موانع جدی در فراگیر شدن ایده میکروگریدها وجود دارد که از جمله آنها می توان به وابستگی تولید منابع آن به شرایط محیطی و جغرافیای، ظرفیت کم منابع و عدم تدوین استانداردهای لازم برای حالتهای وصل به شبکه و جدا از شبکه اشاره کرد. بنابراین موضوعات مربوط به میکروگریدها نیازمند تحقیق بیشتر هم از لحاظ تئوری و هم از نظر پیاده سازی ایده ها در آزمایشگاه هستند. [۲۵]

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

. بطور کلی یک میکروگرید شامل یک یا چند منبع تولید پراکنده و سیستم ذخیره انرژی، بارهای حساس و غیرحساس توزیع شده و یک سیستم کنترلی مشتمل بر کنترلرهای محلی^[۲۸] و کنترلر مرکزی^[۲۹] است. میکروگرید به یک شبکه توزیع ولتاژ پایین وصل شده و بارها (مخصوصا بارهای گرمایی) نزدیک منابع تولید پراکنده می‌باشند. واحدهای منبع تولید پراکنده بصورت “نصب کن، استفاده کن”^[۳۰] می‌باشند.
میکروگریدها از نظر ساختار بصورت AC و DC هستند [۲۴]. در برخی از حالات میکروگریدها بصورت ترکیبی از هر دو ساختار بهره برداری می‌شوند. از آنجاکه شبکه‌های AC رواج بیشتری دارند، میکروگریدهای AC گسترش بیشتری یافته‌اند [۲۶]. نوع DC نیز به کاربردهایی نظیر شبکه‌های برق کشتی‌ها و هواپیماها معطوف می‌شود [۲۷]. میکروگریدهای AC به دو دسته میکروگریدهای AC فرکانس بالا و فرکانس سیستم قدرت تقسیم می شوند. نوع فرکانس بالا بیشتر کاربردهای نظامی و نیز هوا-فضا داشته [۲۸]، در صورتی که نوع فرکانس پایین که مد نظر ما در این تحقیق است، از کاربردهای عمومی‌تری برخوردار است. اقبال عمومی در استفاده از میکروگریدها رو به رشد است به طوری که موسسه تحقیقاتی Pike پیش بینی کرده است که تا سال ۲۰۱۵ بیش از سه گیگاوات میکروگرید با سرمایه ای در حدود ۸ میلیارد دلار در دنیا نصب خواهد شد.
تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه میکروگریدها صورت گرفته و پروژه های متعددی در سطح جهان برای بررسی کارآیی آنها انجام شده است. از جمله این پروژه‌ها می توان به موارد ذیل اشاره کرد: ۱- میکروگریدهای AEP CERTS، Mad River، BC Hydro Boston Bar و GEC در آمریکا، ۲- میکروگرید EU More ، Kythnos، CESI و Demotec در اروپا، ۳- پروژه‌هایAichi Expo، Kyotango، Hachinohe و Sendai توسط سازمان توسعه فناوری انرژی تجدیدپذیر و صنعت ((NEDO 4- میکروگرید Shimizu در ژاپن ۵- Hsinchiang در چین ۶- میکروگرید Hydro-Quebec در کانادا [۲۴]. ساختار میکروگریدهای AC شباهت زیادی با شبکه‌های توزیع استاندارد دارند با این تفاوت که میکروگرید می‌تواند بصورت جدا از شبکه اصلی نیز فعالیت کند.
در یک تقسیم بندی مطالعات صورت گرفته در زمینه میکروگریدها را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. 1. مطالعات استاتیکی شامل: که شامل مطالعه پخش بار،عملکرد بازار^[۳۱]در میکروگرید، اندازه منابع تولید پراکنده و….

1. 1. مطالعات دینامیکی شامل: کنترل و مدیریت میکروگرید، آنالیز پایداری و…

1. 1. مطالعات گذرا شامل: کنترل و کیفیت توان، مطالعات حفاظتی ، مطالعات حالت گذرا منابع تولید پراکنده و..

محدود کننده جریان خطا
محدود کننده جریان خطا را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:
۱ محدود کننده جریان خطای پسیو
۲ محدود کننده جریان خطای اکتیو
به طور معمول محدود کننده جریان خطای پسیو، راکتورهای محدود کننده هستند که جریان خطا را به وسیله محدود کردن افت ولتاژ دو سر راکتور محدود کننده جریان خطا، محدود می‌کند. اشکال اصلی محدود کننده‌ی جریان خطای پسیو این است که در شرایط عملکرد نرمال سیستم، این راکتور محدود کننده جریان خطای پسیو باعث افت ولتاژ و مصرف توان می‌شود.
محدود کننده جریان خطای اکتیو یک امپدانس متغیر است که به صورت سری با بریکر وصل می‌شود که در شرایط عملکرد نرمال سیستم دارای امپدانس خیلی کم و در شرایط خطا دارای امپدانس خیلی زیاد است که به صورت تجاری در بازار موجود نمی‌باشد و از آن در آینده در شبکه قدرت استفاده خواهد شد. [۳]
در ادامه چند نمونه از ساختارهای محدود کننده جریان خطا مرور می‌شود.
راکتورهای محدود کننده جریان
راکتور محدود کننده جریان (CLR^[32])، راکتوری است که به صورت سری در خط قرار می‌گیرد و جریان اتصال کوتاه را کاهش می‌دهد. برخی از اتصالات متداول CLR در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.
اصلی‌ترین مزیت CLR سادگی و قیمت پایین آن می‌باشد. از لحاظ هزینه استفاده از CLR می‌تواند روشی مناسب برای کاهش سطح اتصال کوتاه در مقایسه با تعویض کلیدهای قدرت باشد. اما اصلی‌ترین عیب CLR وجود افت ولتاژ در دو سر راکتور آن در زمان عملکرد نرمال سیستم می‌باشد، به گونه‌ای که با در نظر گرفتن این عامل می‌توان CLR را در مقوله‌ی محدود کننده‌های جریان خطا پسیو قرار داد [۲۹].
شکل ‏۲‑۱: برخی از اتصالات متداول CLR
Is-limiter
به دلیل عدم امکان استفاده از فیوزها در ولتاژها و جریان‌های بالا شرکت ABB در سال ۱۹۸۰ این محدود کننده را طراحی کرد. ساختار کلی یک Is-limiterدر شکل۲-۲ نشان داده شده است.
این محدود کننده از دو بخش هدایت کننده موازی تشکیل شده است:
۱– کنتاکتور اصلی
۲ – فیوز موازی با کنتاکتور اصلی
همانطور که در قسمت (b) شکل۲-۲ نشان داده شده است، در کار عادی سیستم قدرت، جریان شبکه از کنتاکتور اصلی عبور می‌کند. در زمان اتصال کوتاه، کنتاکتور اصلی باز شده و جریان از طریق فیوز موازی هدایت می‌شود (قسمت ©). به این ترتیب جریان اتصال کوتاه حداکثر در نیم سیکل اول محدود می‌شود. این محدود کننده معمولاً در مسیر اتصال دو سیستمی استفاده می‌شود، که در صورت اتصال مستقیم جریان عیب آنها از مقادیر نامی تجهیزات بالاتر می‌رود. این محدود کننده قادر است، قبل از اینکه جریان‌های بالا به تجهیزات سیستم آسیبی برسانند، عمل نماید.
شکل ‏۲‑۲: یک Is-limiter نمونه و عملکرد آن
از مزایای این محدود کننده‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• • عملکرد سریع در نیم سیکل اول اتصال کوتاه

• • تقریباً بدون اتلاف توان در عملکرد نرمال سیستم

• • استفاده از خواص سودمند فیوزها در زمان خطا

از معایب این محدود کننده ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• • قیمت بالا

• • نیاز به تعویض کنتاکتور و فیوز بعد از هر اتصال کوتاه

• • حساسیت بیش از حد به افزایش جریان

محدود کننده جریان خطای حالت جامد
با رشد سریع ادوات الکترونیک قدرت ایده محدود کننده جریان خطای حالت جامد که دارای کارکردی مشابه Is-limiter است، مطرح شد. به طور معمول در ساختار محدود کننده‌های جریان خطای حالت جامد از ادواتی نظیر بانک خازنی، یک راکتور و سوئیچ الکترونیک قدرت نظیر GTO، تریستور یا سوییچ‌های دیگر با عملکرد سریع استفاده می‌شود.
در شکل ۲-۳ یک نمونه از این محدود کننده‌های جریان خطای حالت جامد نشان داده شده است. در عملکرد عادی سیستم تریستورها خاموش می‌باشند و بانک خازنی و راکتور به صورت سری با هم قرار می‌گیرند. اندازه خازن و سلف به گونه‌ای طراحی شده است، که در عملکرد نرمال سیستم سلف و خازن در حالت رزونانس سری باشند و بنابراین امپدانس این مجموعه برابر صفر باشد. با وقوع خطا تریستورها روشن شده و با اتصال کوتاه کردن دو سر خازن، خازن را از مدار خارج می‌کنند. بنابراین در زمان خطا امپدانس معادل این مجموعه برابر امپدانس راکتور است و این امپدانس باعث کاهش جریان اتصال کوتاه می‌شود. [۳۰].
شکل ‏۲‑۳: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد.
ساختار دیگری از محدود کننده‌های جریان خطای حالت جامد در شکل ۲-۴ نشان داده شده است. در حالت عملکرد عادی سیستم تریستورها خاموش می‌باشند و راکتور L1 و خازن C1 به صورت سری با هم قرار می‌گیرند. همانند محدود کننده جریان قبل، اندازه راکتور L1 و خازن C1 بگونه‌ای طراحی شده است، که در عملکرد نرمال سیستم سلف و خازن در حالت رزونانس سری باشند و بنابراین امپدانس این مجموعه برابر صفر می‌باشد. پس از وقوع خطا تریستورها روشن شده و سلف L2 نیز وارد مدار می‌شود. با توجه به زاویه آتش تریستورها امپدانس معادل محدودکننده جریان خطا متفاوت می‌باشد [۳۱].
شکل ‏۲‑۴: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد
ساختار دیگری از محدود کننده‌های جریان خطای حالت جامد در شکل ۲-۵ نشان داده شده است. این مدار از دو شاخه رزونانسی و دو تریستور پشت به پشت تشکیل شده است. در کار عادی سیستم قدرت تریستورها آتش نمی‌شوند و در نتیجه شاخه های رزونانسی (‍C1 با L1 ) و (C2 با L2 ) اتصال کوتاه می‌باشند. در کار عادی سیستم هیچ‌گونه افت ولتاژی در دو سر محدودکننده وجود نخواهد داشت. بعد از زمان کوتاهی پس از اتصال کوتاه (کمتر از نیم سیکل) مدار کنترل تریستورها را آتش کرده و در نتیجه مدار معادل محدود کننده شبیه شکل ۲-۶ خواهد بود [۳۲].
برای تولید امپدانس متغیری به صورت سری با خط می توان اندازه مقاومت را تغییر داد. در این مدار اندازه مقاومت و همچنین زاویه آتش تریستورها تعیین کننده اندازه امپدانس معادل خواهد بود.
شکل ‏۲‑۵: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد
شکل ‏۲‑۶: مدار معادل محدود کننده رزونانسی سری-موازی در زمان اتصال کوتاه
در شکل ۲-۷ ساختار دیگری از محدودکننده‌های جریان خطای حالت جامد نشان داده شده است. همانگونه که دیده می‌شود، این محدود کننده جریان خطا شامل سه شاخه موازی GTO، سلف محدود‌کننده جریان و برقگیر می‌باشد. در طول شرایط نرمال GTO در حالت هدایت کامل می‌باشد و بنابراین دو سر راکتور محدود کننده جریان اتصال کوتاه بوده و امپدانس معادل محدود کننده تقریباً برابر صفر می‌باشد. در صورتی که در زمان وقوع خطا جریان خطا از یک مقدار از پیش تعیین شده بیشتر باشد، مدار کنترلی فعال و GTOها خاموش می‌شوند. بلافاصله پس از خاموش شدن GTOها، مسیر عبور جریان از طریق شاخه‌ی سلف محدود کننده جریان بسته می‌شود و جریان خطا توسط سلف محدود کننده جریان خطا تا میزان مورد نظر کاهش می‌یابد. هنگامی که سیستم به شرایط عادی بازگشت، GTOها روشن می‌شوند و ولتاژ دو سرشان به صفر می‌رسد و دوباره مسیر جریان از طریق GTOها بسته می‌شود. از برقگیر برای جلوگیری از صدمات حاصل از هر گونه اضافه ولتاژ ناشی از روشن و خاموش شدن لحظه‌ای GTOها استفاده می‌شود.
شکل ‏۲‑۷: ساختار نمونه‌ای از محدودکننده جریان خطای حالت جامد
از مزایای محدود کننده‌های جریان خطای حالت جامد می‌توان به عملکرد بسیار سریع و عدم تولید قوس و نویز در زمان عمل اشاره کرد. از معایب آن می‌توان به هزینه‌ی ساخت بالا، قابلیت اطمینان پایین و مدار جانبی پیچیده اشاره نمود. همچنین قرار گرفتن خازن سری با خط نیز ممکن است باعث بروز مشکلاتی درسیستم شود.
محدود کننده جریان خطای ابر رسانا