بهبود کارآیی شبکه های توزیع با استفاده از سیستم تولید پراکنده انعطاف پذیر

دنیای مدرن امروزی به شدت نیازمند انرژی برق با کیفیت و قابلیت اطمینان بالاست. گسترش به کارگیری تجهیزات الکتریکی جدید همانند میکروپرسسورها، کامپیوترها، وسایل الکترونیکی حساس و ... اهمیت این موضوع را بیشتر مشخص می سازد. بازارهای رقابتی فعال، کهنه و قدیمی شدن شبکه های انتقال و توزیع، نیاز به سرمایه گذاری کلان برای توسعه و نو کردن شبکه و زیر ساخت های پایه ای آن و نیاز به استفاده از منابع انرژی پاک همگی چالش های امروز صنعت برق در جهت افزایش قابلیت اطمینان ، امنیت و کیفیت توان هستند. در نظر گرفتن چالش های یاد شده و نیاز به یک روش بهینه تر برای بهبود کارآیی سیستم های توزیع که همانا بهبود مهم ترین و اصلی ترین وظیفه آن یعنی رساندن انرژی الکتریکی با قابلیت اطمینان بالا(بدون وقفه) و بالاترین کیفیت به مشتریان است، صنعت برق را به سوی استفاده از تکنولوژی های جدیدی مثل سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر در شبکه انتقال و تولید پراکنده، سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر توزیع و custom power در شبکه های توزیع سوق داده است. منابع انرژی پراکنده(der) یکی از عناصر مهم و جدانشدنی سیستم های توزیع جدید هستند، که از این میان منابع انرژی تجدیدپذیر و پاک به علت کاهش منابع سوخت های فسیلی و نقش مهمی که این منابع در کاهش گازهای گلخانه ای دارند، بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. انرژی خورشیدی در قالب سیستم های فتوولتاییک یکی از مهم ترین این نوع از انرژی ها است، که می تواند به شبکه فشار ضعیف وصل گردد از این جهت انرژی خورشیدی تنها منبع انرژی تجدیدپذیر است که می تواند به طور گسترده در شهرها مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از سیستم های فتوولتاییک روز به روز با افزایش تقاضای انرژی برای تامین انرژی الکتریکی گسترش می یابد. اما از آنجا که قیمت تمام شده این سیستم ها بالاست و به علت غیرخطی بودن مشخصه آرایه های فتوولتاییک، استفاده از این سیستم ها بدون به کارگیری مبدل های الکترونیک قدرت و روش های کنترلی مناسب در بازده بالا امکان پذیر نمی باشد، که این موضوع باعث افزایش هزینه می گردد. از طرفی به هنگام شب و یا تابش کم آفتاب که آرایه های فتوولتاییک توانایی خروجی خود را از دست می دهند مجبور خواهیم بود که سیستم را از شبکه جدا نماییم، که عمل کنترل آنرا دشوارتر خواهد نمود و سیستم در این حالت بدون استفاده خواهد ماند. استفاده روزافزون از مبدل های الکترونیک قدرت در صنایع و رشد مداوم استفاده از تجهیزات پربازده از قبیل محرکه های پربازده با قابلیت تنظیم سرعت موتور و خازن های موازی تصحیح ضریب قدرت برای کاهش تلفات موجب افزایش سطح هارمونیکی در شبکه های قدرت شده است. هم چنین اتصال شبکه ها به یکدیگر و تشکیل شبکه های بزرگتر موجب شده است که معیوب شدن یک عنصر تبعات نامطلوب بیشتری را به دنبال داشته باشد. در حالت کلی مشکلات سیستم های توزیع از لحاظ کیفیت توان را می توان از دو دید مختلف بررسی نمود: 1. از دید مصرف کننده: اغتشاشاتی که از شبکه به مصرف کنندگان تحمیل می شود.(کمبود، بیشبود، نامتعادلی و هارمونیک ولتاژ) 2. از دید شبکه: پدیده هایی که از طرف مصرف کننده به شبکه تحمیل می شود.(جریان های هارمونیکی، جریان های نا متعادل، توان راکتیو، فلیکر و ...) از میان اغتشاشات یاد شده هارمونیک های جریان از مهم ترین مشکلات کیفیت توان محسوب می گردد که از جانب مصرف کنندگان به شبکه تحمیل شده و باعث آلودگی شبکه می گردد. هارمونیک ها تاثیرات خسارت آوری بر روی تجهیزات شبکه و مصرف کننده ها دارند. آنها باعث گرمای اضافی در ترانسفورماتورها، کابل ها و موتورها، عملکرد ناخواسته رله ها و اندازه گیری اشتباه سیستم های اندازه گیری ولتاژ و جریان می شوند. هم چنین هارمونیک ها در موتورها باعث گرم شدن روتور، ریپل و کاهش گشتاور می شوند. بنابراین بایستی هر چه بیشتر به فکر حل این مساله بود تا از بروز هرگونه مشکل جلوگیری کرد. رایج ترین روش کاهش هارمونیک و جبران سازی توان راکتیو استفاده از فیلترهای پسیو است که به آسانی طراحی شده و از طرفی ارزان و دارای قابلیت اطمینان بالا هستند. ولی فرکانس فیلترینگ ثابت و احتمال ایجاد تشدید از مهم ترین مشکلات آنها می باشند. با پیشرفت روزافزون تکنولوژی ساخت کلیدهای الکترونیک قدرت، فیلترهای اکتیو به عنوان راه حلی مناسب جهت حل مشکلات فیلترهای پسیو و همچنین عملکرد بهتر در مقایسه با آنها مطرح شدند. ولی فیلترهای اکتیو نیز دارای مشکلاتی از قبیل هزینه ساخت زیاد هستند. با توجه به مطالب یاد شده به نظر می رسد، به منظور غلبه بر معایب سیستم های فتوولتاییک و هم چنین جلوگیری از هزینه های گزاف نصب ادوات جبران ساز، می توان با طراحی و کنترل مناسب قابلیت های این ادوات را نیز به سیستم فتوولتاییک اضافه کرده و از سیستم به صورت چند منظوره بهره جست، که از اینگونه سیستم ها به عنوان سیستم تولید پراکنده انعطاف پذیر یاد می شود. هم چنین می توان با استفاده از مبدل های مناسب تلفات را پایین آورد. در همین راستا در این پایان نامه، ابتدا در فصل دوم مروری بر سیستم های تولید پراکنده و به ویژه سیستم فتوولتاییک و انواع روش های موجود برای استخراج حداکثر توان از آرایه های فتوولتاییک خواهیم داشت، سپس انواع اغتشاشاتی را که از جانب مصرف کنندگان می تواند به شبکه تحمیل شده و پیامدهای آن را ذکر خواهیم نمود. سپس مروری بر فیتلرهای اکتیو و روش های کنترلی موسوم خواهیم داشت. در ادامه تاریخچه سیستم های تولید پراکنده انعطاف پذیر در تزریق توان اکتیو و راکتیو کنترل شده به منظور تامین توان مورد نیاز بارها و همچنین رفع اغتشاشات می پردازیم. در فصل سوم به مدل سازی آرایه های فتوولتاییک خواهیم پرداخت. در ادامه روش dp/dv را به همراه مبدل dc/dc بوست و مبدل منبع امپدانسی جاسازی شده که برای استخراج حداکثر توان از آرایه های فتوولتاییک از آنها استفاده خواهیم کرد معرفی و طراحی خواهند شد. سپس روش p-q تصحیح شده که روشی متناسب با ماهیت سیستم های توزیع یعنی شبکه ای دارای نامتعادلی و هارمونیکی و با هر نوع باری است معرفی و تغییراتی در آن برای افزودن قابلیت تزریق حداکثر توان آرایه فتوولتاییک در کنار جبران اغتشاشاتی همانند نامتعادلی و هارمونیک جریان خواهیم داد.