طراحی کنترل کننده های کارآمد برای پایداری فرکانس و ولتاژ در ریزشبکه ها

با رشد چشمگیر مصرف انرژی الکتریکی در سال های اخیر، سیستم های قدرت مرسوم با مشکلات مختلفی مانند گرمایش جهانی، کمبود سوخت های فسیلی، هزینه بالای احداث نیروگاه های جدید و غیره روبرو شده اند که برای حل این مشکلات، استفاده از منابع تولید پراکنده در چند دهه گذشته مطرح گردیده است. در منابع تولید پراکنده غالباً انرژی اولیه برای تولید برق، منابع انرژی پاک و تجدید پذیر همچون باد، خورشید و انرژی گرمایشی زمین است. هرچند وجود این منابع، با مزایای فراوانی همراه بوده اما افزایش تعداد آن ها مشکلات دیگری را نیز برای سیستم قدرت به وجود می آورد. به عنوان مثال می توان به پیچیده تر شدن سیستم توزیع و انتقال، برهم خوردن تقارن شبکه، از مرکزیت خارج شدن تولید و مشکلات ایجاد شده توسط این منابع برای طرح های حفاظتی اشاره کرد. به منظور بهره برداری بهینه از این منابع، مفهوم جدیدی به نام ریزشبکه در سال 1998 مطرح شد، که یک ریزشبکه را برآیندی از بارها و منابع تولید کوچک در نظر می گرفت که می تواند به صورت مستقل بارهای خود را از لحاظ الکتریکی و گرمایی تغذیه نماید. اساس طراحی کنترلی در ریزشبکه ها بایستی به صورتی باشد که بتوانند بارهای محلی را در هر دو حالت وصل و قطع از شبکه سراسری تغذیه نمایند. پس وجود یکسری کنترل کننده های محلی و مرکزی بین ریزشبکه و شبکه سراسری الزامی است. در حالت مرسوم این کنترل کننده ها بر اساس شرایط کار نامی و آرامش سیستم قدرت، برای یک بار در مقادیر مشخصی تنظیم شده و در سیستم قرار می گیرند. اما بنا به طبیعت نوسانی منابع انرژی ریزشبکه ها و اینرسی پایین این شبکه ها، کنترل کننده های کلاسیک انتگرالی-تناسبی (pi) نمی توانند پاسخ مناسب خود را در گستره وسیعی از نقاط کار حفظ کنند. زیرا در این شبکه ها، اغتشاشات متداول سیستم های قدرت، می تواند آرامش و نقطه کار را به راحتی تغییر دهند، پس به روش های کنترلی کارآمدتر و هوشمندتر بیش از پیش احتیاج است. بر همین اساس در این پایان نامه، پایداری فرکانس و ولتاژ ریزشبکه ها با استفاده از روش های کنترل مقاوم و کنترل هوشمند مورد بررسی قرار گرفته است. از شبکه های عصبی مصنوعی و منطق فازی به همراه الگوریتم ازدحام ذرات1 در امر کنترل فرکانس ریزشبکه ها، به منظور تنظیم بهنگام کنترل کننده های کلاسیک کمک گرفته شده است. همچنین از تئوری های کنترل مقاوم همانند تئوری خاریتانف و مفهوم پایداری حوزه ای، برای تنظیم کنترل کننده ولتاژ در ریزشبکه ها، استفاده شده است. در هر کدام از این روش ها، عملکرد و کارایی مطلوب تر روش های کنترلی پیشنهادی نسبت به روش های رایج، بوسیله شبیه سازی حوزه زمان بروی سیستم های آزمون جداگانه بررسی شده است.