یک راهبرد دقیق کنترل توان برای واحدهای تولید پراکندۀ با واسط الکترونیک قدرت در یک ریزشبکه چندباسه ولتاژ پایین

یک راهبرد دقیق کنترل توان برای واحدهای تولید پراکندۀ با واسط الکترونیک قدرت در یک ریزشبکه چندباسه ولتاژ پایین

چکیده- در این مقاله، برای ریزشبکه ولتاژ پایین یک راهبرد کنترل توان ارائه می‌شود، جائی که در آن امپدانس خط عمدتا مقاومتی، امپدانس نابرابر بین واحدهای تولید پراکنده (DG)، و محل بارهای ریزشبکه باعث می‌شوند روش مرسوم کنترل droop فرکانس و ولتاژ غیرممکن باشد. راهبرد کنترل توان ارائه شده شامل یک اندوکتانس مجازی در خروجی اینورتر واسط و یک الگوریتم تسهیم و کنترل دقیق توان است که در این الگوریتم هم اثر افت ولتاژ امپدانس و هم اثر بار محلی DG در نظر گرفته شده است. بخصوص اینکه اندوکتانس مجازی می‌تواند با معرفی یک امپدانس به شدت اندوکتیو حتی در شبکه ولتاژ پایین با امپدانس مقاومتی خط، به طور موثر مانع تزویج بین توان‌های حقیقی و راکتیو شود. از طرف دیگر، بر اساس امپدانس به شدت اندوکتیو، الگوریتم تسهیم دقیق توان راکتیو به این صورت عمل می‌کند که افت ولتاژهای امپدانس را تخمین زده و صحت و دقت تسهیم و کنترل توان راکتیو را بهبود می‌بخشد. در نهایت اینکه، با در نظر گرفتن محل‌های مختلف بارها در یک ریزشبکه چندباسه، با به کارگیری یک تخمین آنلاین آفست توان راکتیو برای جبرانسازی اثرات تقاضاهای توان بار محلی DG، دقت کنترل توان راکتیو را می‌توان بهبود داد. راهبرد کنترل توان پیشنهادی در این کار، شبیه‌سازی شده و بصورت عملی روی یک ریزشبکه ولتاژ پایین نمونه تست شده است.

 

عبارات کلیدی- تولید پراکنده (DG)، روش کنترل droop، ریرشبکه، اینورتر موازی، کنترل توان، تسهیم توان، منبع انرژی تجدیدپذیر (RES) .

 

1. مقدمه

 

با افزایش نگرانی‌ها در مورد محیط زیست و هزینه انرژی، صنعت برق با تغییرات اساسی مواجه است که این تغییرات شامل منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) یا ریزمنابعی مثل سلول‌های فوتوولتائیک، توربین‌های بادی کوچک، و ریزتوربین‌ها است که به شکل تولید پراکنده (DG) با شبکه قدرت یکپارچه و ترکیب شده‌اند. سیستم‌های تولید پراکنده مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر معمولا از طریق یک واسط الکترونیک قدرت و سیستم‌های ذخیره انرژی به شبکه متصل می‌شوند [1].

سازماندهی منظم این سیستم‌های تولید پراکنده تشکیل یک ریزشبکه می‌دهد [2]-[7]. در مقایسه با یک DG تنها، ریزشبکه ظرفیت و قابلیت‌های کنترلی بیشتری برای رفع الزامات کیفیت توان و قابلیت اطمینان سیستم دارد. همچنین ریزشبکه فرصتی فراهم می‌کند تا بتوان تولید پراکنده را از طریق تولید همزمان برق و گرما (CHP) بهینه‌سازی کرد، که هم اکنون مهم‌ترین ابزار بهبود راندمان انرژی است. ریزشبکه خود را به عنوان یک بار قابل دیسپاچینگ به شبکه معرفی می‌کند و لذا از مسائل و مشکلاتی که برای واحدهای DG تنها پیش می‌آید مصون است [2]. علاوه بر این، ریزشبکه می‌تواند در حالت متصل به شبکه و یا حالت جزیره‌ای خودکفا عمل کند که این موضوع هم برای شبکه خوب است و هم برای مصرف‌کنندگان. بسته به محل و ظرفیت واحدهای DG، ریزشبکه می‌تواند در یک سطح ولتاژ متوسط و یا پایین کار کند. از آنجا که بیشتر ریزمنابع دارای ظرفیت توان نسبتا کم و در حول و حوش چند صد کیلووات هستند، در این مقاله ریزشبکه به صورت ولتاژ پایین در نظر گرفته شده است.

در یک پیکربندی غیرشعاعی سیستم به علت حضور واحدهای DG، پیچیدگی کنترل توان ریزشبکه به طور اساسی بیشتر می‌شود، و ویژگی “plug and play” عاملی که اطمینان می‌دهد نصب واحدهای DG بیشتر، راهبردهای کنترلی واحدهای DG ای که از قبل در ریزشبکه موجود بودند را تغییر نخواهد داد. یک روش محبوب برای تحقق این ویژگی “plug and play” به کارگیری کنترل droop فرکانس و ولتاژ برای تنظیم توان‌های حقیقی و راکتیو با تقلید از مشخصات عملکرد موازی ژنراتورهای سنکرون است، که ابتدا در [8] برای عملکرد موازی منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) ارائه شد. همانطور که اخیرا در [9]، [10] بحث شده است، با اینکه تحلیل پایداری این کنترل droop یک جنبه مهم است، موقع پیاده‌سازی یک سیستم ریزشبکه ولتاژ پایین، این روش در معرض برخی مسائل قرار می‌گیرد، که بصورت ذیل بیان می‌شوند:

• این روش بر اساس امپدانس به شدت اندوکتیو خط توسعه یافته است. در یک ریزشبکه ولتاژ پایین، از آنجا که فیدر توزیع عمدتا مقاومتی است، این روش droop به علت تزویج توان حقیقی و راکتیو بین واحدهای DG و وقتی هیچ اندوکتانس دیگری موجود نباشد، در معرض گذرای ضعیفی (یا حتی پایداری ضعیف) قرار می‌گیرد.
• امپدانس‌های نابرابر خط و امپدانس‌های خروجی نابرابر DG ها به طور چشمگیری میزان دقت کنترل توان راکتیو را حین عملکرد متصل به شبکه و تسهیم توان راکتیو را در حالت جزیره‌ای به علت افت‌ ولتاژهای نابرابر تحت تاثیر قرار می‌دهد.
• چنانچه بارهای محلی در خروجی DGها موجود باشند، دقت تسهیم توان راکتیو هرچه بیشتر تضعیف می‌شود.

An Accurate Power Control Strategy for
Power-Electronics-Interfaced Distributed Generation
Units Operating in a Low-Voltage Multibus Microgrid
Yun Wei Li, Member, IEEE, and Ching-Nan Kao

Abstract—In this paper, a power control strategy is proposed for
a low-voltage microgrid, where the mainly resistive line impedance,
the unequal impedance among distributed generation (DG) units,
and the microgrid load locations make the conventional frequency
and voltage droop method unpractical. The proposed power control strategy contains a virtual inductor at the interfacing inverter
output and an accurate power control and sharing algorithm with
consideration of both impedance voltage drop effect and DG local load effect. Specifically, the virtual inductance can effectively
prevent the coupling between the real and reactive powers by introducing a predominantly inductive impedance even in a lowvoltage network with resistive line impedances. On the other hand,
based on the predominantly inductive impedance, the proposed
accurate reactive power sharing algorithm functions by estimating
the impedance voltage drops and significantly improves the reactive power control and sharing accuracy. Finally, considering the
different locations of loads in a multibus microgrid, the reactive
power control accuracy is further improved by employing an online estimated reactive power offset to compensate the effects of DG
local load power demands. The proposed power control strategy
has been tested in simulation and experimentally on a low-voltage
microgrid prototype.
Index Terms—Distributed generation (DG), droop control
method, microgrid, parallel inverter, power control, power sharing,
renewable energy resource (RES).

این فایل ورد ترجمه در 27 صفحه و فایل اصلی pdf مقاله در 12 صفحه به خدمتتون ارئه میشود.

280,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد