کاهش انحراف فرکانس یک ریزشبکه متصل به شبکه اصلی با استفاده از منطق فازی و الگوریتم PSO

208216534290
وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پایان نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی برق قدرت
عنوان : کاهش انحراف فرکانس یک ریزشبکه متصل به شبکه اصلی با استفاده از منطق فازی و الگوریتم PSO
استاد راهنما : دکتر عبدالرضا شیخ الاسلامی
استاد مشاور: مهندس عماد صمدائی
دانشجو : محمدرضا زینی حاجیکلا
(بهمن 1393)
تشکر و قدردانی
شکر شایان نثار ایزد منان که توفیق را رفیق راهم ساخت تا این پایان نامه را به پایان برسانم. از استاد فاضل و اندیشمند جناب آقای دکتر شیخالاسلامی به عنوان استاد راهنما و آقای مهندس عماد صمدائی به عنوان مشاور که همواره نگارنده را مورد لطف و محبت خود قرار دادهاند، کمال تشکر را دارم.
در پایان از زحمات خانواده خوبم و همسر مهربانم و دوستان عزیزم و سایر کسانی که در تدوین این تحقیق مرا یاری نمودند متشکرم و از خداوند منان سلامت و سعادت ایشان را خواستارم.
چکیده
امروزه به علت به وجود آمدن ریز شبکهها و گرایش وتمایل متصل شدن این شبکهها به هم و شبکه اصلی مسائلی از قبیل پایداری فرکانسی و ولتاژی مطرح شده است که کارهای زیادی در راستای کنترل فرکانس این قبیل سیستمها صورت گرفته است که روشهای مختلفی را برای شبکههای مختلف اتخاذ کردهاند از جمله کنترل کننده PI وکنترل کننده FGSPI و PID-Fuzzy و….
در این پایان نامه به ارائه یک سیستم کنترلی مناسب در یک شبکه دو ناحیهای که ناحیه اول شامل منابع تولید انرژی از انرژیهای تجدیدپذیر از جمله واحد بادی و خورشیدی و ناحیه دوم شامل منابع تولید انرژی از انرژیهای فسیلی از جمله واحد دیزلی، بخار و آبی میباشد پرداخته شده است. ابتدا به مدلسازی دینامیکی مناسب از اجزای این سیستم مبادرت شده است و براساس مدل دینامیکی ارائه شده، اقدام به طراحی کنترلکننده صورت گرفته است. سه نوع استراتژی کنترلی برای این سیستم، طراحی و در محیط سیمولینک متلب شبیهسازی شده است. اولین استراتژی کنترلی، طراحی کنترلکننده کلاسیک(PID) میباشد. دومین استراتژی کنترلی، طراحی کنترلکننده فازی میباشد و سومین استراتژی کنترلی بهینهسازی کنترلکننده فازی با الگوریتم هوشمند PSO میباشد. مشاهده خواهید کرد در استراتژی اول انحراف فرکانس T-Line به 0.06 هرتز میرسد و زمان زیادی طول میکشد که به مقدار پایدار خود صفر برسد و در استراتژی دوم مشاهده خواهید کرد که کنترل کننده فازی توانسته این نتیجه را بهبود ببخشد به طوری که انحراف فرکانس را به 0.018 هرتز رسانده و زمان 10 ثانیه طول کشیده تا به حالت ماندگار خود یعنی 0.012 هرتز برسد یعنی نتیجه در استراتژی دوم به نسبت استراتژی اول 13 برابر شده است. از آنجایی که حالت پایدار در استراتژی دوم مقدار مطلوبی نبوده در استراتژی سوم سعی به بهبود آن شده است. مشاهده خواهید کرد انحراف فرکانس T-Line نسبت به استراتژی دوم به نصف کاهش یافته به طوری که ماکزیمم مقدار 0.009 هرتز را تجربه کرده و زمان 6.2 ثانیه طول کشیده به حالت پایدار خود مقدار صفر برسد. در نهایت قابل ذکر است که کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم هوشمند pso توانسته انحراف فرکانس را نسبت به دو کنترل کننده دیگر به طور مشهودی بهبود دهد.
کلمات کلیدی: کنترل فرکانس- الگوریتم هوشمند PSO – دو ناحیهای- کنترل کننده Fuzzy – کنترل کننده کلاسیک PID
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق
1-1 مقدمه2
1-2 اهداف پایان نامه3
1-3 ساختار پایان نامه 4
فصل دوم: پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه6
2-2 تولید پراکنده 6
2-2-1 تعریف تولید پراکنده6
2-2-2 انواع تولیدات پراکنده6
2-2-3 مزایای تولیدات پراکنده 7
2-2-4 بهرهبرداری از واحدهای تولید پراکنده 8
2-2-5 مشارکت منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع 8
2-3 سیستمهای مستقل و وابسته9
2-3-1 سیستم متصل به شبکه10
2-3-2 مفهوم ناحیه کنترلی در سیستم قدرت10
2-4 سیستم ترکیبی(هیبریدی)10
2-4-1 مزایای ریز شبکهها و چالشهای سیستمهای ترکیبی12
2-5 انرژیهای تجدیدپذیر12
2-5-1 انرژی باد13
2-5-1-1 مزایای بهره برداری از انرژی بادی14
2-5-1-2 توربینهای بادی متصل به شبکه 15
2-5-1-3 توربین بادی منفرد متصل به شبکه15
2-5-1-4 توربین بادی یا مزارع بادی متصل به شبکه16
2-5-2 انرژی خورشیدی16
2-5-2-1 فتوولتائیک17
2-5-2-2 کاربرد سلولهای فتوولتائیک18
2-5-2-3 مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک19
2-5-2-4 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه20
2-6 سیستمهای ترکیبی در شبکه قدرت20
2-7 نیروگاه آبی22
2-7-1 مزایای نیروگاه آبی23
2-7-2 معایب نیروگاه آبی23
2-8 نیروگاههای دیزلی24
2-9 کنترل فرکانس شبکه25
2-9-1 اهداف کنترل فرکانس شبکه25
2-10کنترل کنندهها29
2-11 کنترل کلاسیک29
2-11-1 زمان صعود29
2-11-2 زمان نشست29
2-11-3 بیشترین فراجهش30
2-11-4 انتگرال قدر مطلق خطا30
2-12 تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID با روش زیگلرنیکلز 31
2-13 سیستمهای Fuzzy32
2-14 طراحی کنترل کنندههای فازی33
2-15 ساختار یک کنترل کننده فازی33
2-15-1 پیش پردازنده34
2-15-2 فازی کننده34
2-15-3 پایگاه قواعد34
2-15-4 موتور استنتاج34
2-15-5 غیر فازی ساز35
2-15-6 پس پردازنده35
2-16 الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات37
2-17 تاریخچه الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات39
2-18 هوش جمعی40
2-19 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات43
2-20 الگو بهینه محلی و بهینه سراسری46
فصل سوم: ساختار شبکه
3-1 ساختار شبکه پیشنهادی49
3-1-1 مدل تولید واحد بخار50
3-1-2 مدل تولید واحد هیدرو50
3-1-3 مدل دیزل ژنراتور51
3-1-4 مدل تولید ژنراتور توربین بادی52
3-1-5 مدل تولید توان فتوولتائیک54
3-2 مدل و روش کنترلی پیشنهادی54
فصل چهارم: نتایج شبیهسازی
4-1 مقدمه57
4-2 ساختار شبکه57
4-3 سیستم با کنترل کننده PID59
4-4 بهره کنترل کننده کلاسیک60
4-5 مقایسه نتایج کنترل کننده کلاسیک با کنترل کننده فازی61
4-5-1 ساختار کنترل کننده فازی61
4-5-2 بهره کنترل کننده فازی62
4-5-3 بخش فازی ساز62
4-5-4 پایگاه قواعد کنترل کننده فازی64
4-6 سیستم با کنترل کننده فازی65
4-7 ساختار کنترل کننده Fuzzy-pso67
4-7-1 بهره کنترل کننده Fuzzy-pso67
4-7-2 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات68
4-8 سیستم در حضور کنترل کننده Fuzzy-pso 69
فصل پنجم: جمعبندی نهایی ، پیشنهادات و منابع
5-1 جمعبندی نهایی 73
5-2 پیشنهادات 74
5-3 منابع75
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (2-1) تنظیم ضرایب کنترل کننده کلاسیک با استفاده از روش زیگلرنیکولز32
جدول(2-2) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی36
جدول (3-1) مقادیر مورد استفاده در شبکه دو ناحیهای پیشنهادی55
جدول(4-1) بهره کنترل کننده PID ناحیه اول61
جدول(4-2) بهره کنترل کننده PID ناحیه دوم 61
جدول(4-3) بهره کنترل کننده فازی ناحیه اول62
جدول(4-4) بهره کنترل کننده فازی ناحیه دوم62
جدول(4-5) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی 64
جدول(4-6) اختصارات پایگاه قواعد کنترل کننده فازی65
جدول(4-7) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه اول68
جدول(4-8) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه دوم68
جدول(4-9) پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات 69
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل(2-1) نیروگاه بادی منجیل 14
شکل (2-2) انرژی ساطع شده از خورشید17
شکل (2-3) نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا18
شکل (2-4) نمونهای از یک شبکه ترکیبی 22
شکل (2-5) سد بتنی کارون 4 23
شکل (2-6) تابع کنترلی کنترلکننده TCPS 26
شکل (2-7) واحد خازنی ذخیره انرژی27
شکل (2-8) شبکه ایزوله با کنترلکننده PI 28
شکل (2-9) مدل کنترل فرکانسی ریز شبکه 28
شکل (2-10) نمایش بلوکی استفاده از کنترل کننده فازی به صورت مستقیم33
شکل (2-11) دیاگرام بلوکی ساختار کنترل کننده فازی34
شکل (2-12) گروهی از ماهیها که خطر شکارچی را پشت سر میگذارند 38
-9271010858500شکل (2-13) چند مثال از الگوههای موجود در طبیعت39
شکل (2-14) مراحل الگوریتم بهینهسازی انبوه ذرات43
شکل (3-1) بلوک دیاگرام شبکه پیشنهادی49
شکل (3-2) ) مدل دینامیکی یک نیروگاه حرارتی50
شکل (3-3) مدل دینامیکی یک واحد آبی51
شکل (3-4) مدل دیزل و گاورنر توسط معادله خطی مرتبه اول51
شکل (3-5) مدل استاندارد دیزل ژنراتور و سرعت گاورنر51
شکل (3-6) توان خروجی ژنراتور توربین بادی53
شکل (3-7) تابه انتقال ژنراتور توربین بادی53
شکل (3-8) مدل طراحی شده توربین بادی53
شکل (3-9) مدل دینامیکی واحد خورشیدی54
شکل (4-1) ساختار شبکه پیشنهادی57
شکل (4-2) تغییرات بار مصرفی در شبکه58
شکل (4-3) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده PID59
شکل (4-4) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده PID59
شکل (4-5) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID (روش سعی و خطا)60
شکل (4-6) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID (روش زیگلرنیکولز)60
شکل (4-7) ساختار کنترل کننده فازی62
شکل (4-8)تابع عضویت ورودی اول63
شکل (4-9) تابع عضویت ورودی دوم63
شکل (4-10) تابع عضویت خروجی کنترل کننده فازی64
شکل (4-11) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده فازی65
شکل (4-12) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده فازی65
شکل (4-13) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکننده فازی66
شکل(4-14) انحراف فرکانسT-line شبکه در حضور کنترلکننده فازیو کلاسیک به صورت مجزا66
شکل(4-15)بلوک دیاگرام سیستم کنترلی Fuzzy-PSO67
شکل(4-16) انحراف فرکانس ناحیه اول در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO69
شکل(4-17) انحراف فرکانس ناحیه دوم در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO70
شکل(4-18) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO70
شکل(4-19) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور سه کنترلکننده Fuzzy, Fuzzy-PSO , PID به صورت مجزا71
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
1-1 مقدمه
پیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانیهای مربوط به بیشینه شدن مصرف سوختهای فسیلی باعث برانگیخته شدن تحقیقاتی راجع به انواع مختلف منابع انرژی جایگزین شده است. انرژی الکتریکی در زندگی روزمره ما رایج ترین نوع انرژی است ولی تولید آن اغلب از طریق سوزاندن سوختهای فسیلی حاصل میآید که این ذخایر سوختی محدودیتهای بسیاری دارد. این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژیهای تولید توان تجدید پذیر از قبیل باد، خورشید و …جلب شود. در این میان استفاده از باد یکی از بهترین راههای تولید انرژی است. باد میتواند در مناطق دور دست از سیستم تامین انرژی متمرکز، به عنوان یک مکمل و یا حتی جایگزین نیروگاههای مرکزی مرسوم مورد استفاده قرار بگیرد[3]. تولید توان باد مشخصات خاص خودش را دارد که متفاوت از سیستمهای تولید موجود است. یک نیروگاه بادی ممکن است در یک لحظه به طور کامل یک بار را تامین کند ولی چند ثانیه بعد کمبود توان قابل توجهی داشته باشد. بنابراین، تولید توان در سیستمهای قدرت دارای عدم قطعیت میباشد، که به طور پیوسته در حال تغییر بوده و پیشبینی آن سخت است [6-4].
از آنجایی که توان باد به طور نامنظم تغییر میکند لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو یک نیاز به ترکیب منابع، مانند باد و فتوولتائیک احساس میشود. سیستم باد- فتو ولتائیک یکی از سیستمهای توان هیبرید است که بیش از یک منبع انرژی استفاده مینماید. سیستم توان هیبرید ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدید پذیر باشند [8-7]. سیستم هیبرید باد- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم نمینماید، زیرا فتوولتائیک در برابر تغییرات سرعت باد و کمبود توان همواره به عنوان یک پشتیبان عمل میکند از طرفی چون خورشید در شب یا روزهای ابری وجود ندارد این پشتیبانی با مشکل مواجه میشود. لذا حس میشود که انرژی فتوولتائیک به تنهایی جهت پشتیبانی سیستم کافی نیست[10-9].لذا شبکهای با واحدهای متشکل از سوختهای فسیلی با این شبکه اتصال داده شده است.

1-2 اهداف پایان نامه
در این پایان نامه، از دو واحد تولید انرژی از انرژیهای تجدیدپذیر (باد و خورشید) و سه واحد تولید انرژی از انرژیهای فسیلی به صورت دو ناحیه جدا برای تولید توان در نظر گرفته شده است. تاکنون کارهای متعددی در زمینهی کنترل مناسب توان هیبرید باد – فتوولتائیک با واحد فسیلی انرژی جهت به دست آوردن عملکرد دینامیکی مطلوب و استخراج بیشترین بهرهوری از انرژی موجود ارائه شده است. یک رویکرد متداول استفاده از کنترلکنندههای کلاسیک میباشد. در سالهای اخیر، کنترلرهای منطق فازی در مهندسی سیستم قدرت، مورد توجه بسیار و رو به رشدی قرار گرفتهاند. منطق فازی یک سیستم استدلالی برای شکل دهی استدلال تقریبی است[13].
سیستم منطق فازی یک چهار چوب بسیار خوب برای مدل کردن کارآمد و کامل عدم قطعیت در استدلال بشری با استفاده از متغییرهای زبانی و توابع عضویت را فراهم مینماید. کنترلرهای منطق فازی در مقایسه با کنترلهای متداول از نظر عملکرد و مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت، برتر بوده است. همچنین در سالهای اخیر از کنترلکننده فازی-کلاسیک به دلیل حساسیت و انعطاف پذیری آن در برابر تغییر پارامترها و تغییر بارهای بزرگ حتی در حضور عوامل غیرخطی نظیر محدودیت نرخ تولید مورد توجه قرار گرفته است[14]. در بخش اول این تحقیق به پیاده سازی یک مدل دینامیکی از سیستم توان هیبرید باد-فتوولتائیک با واحدهای فسیلی پرداخت شده است. سپس به طراحی کنترلری برای سیستم مذکور پرداخته شده است. اولین استراتژی، استفاده از کنترل کننده PID میباشد. سپس از کنترلکننده فازی به دلیل قابلیت خوب این کنترلکننده در برابر مسائل پیچیده، برای بهبود انحراف فرکانس شبکه بهره گرفته میشود و در نهایت استفاده از الگوریتم بهینهسازی انبوه ذرات برای تنظیم مناسب پارامترهای بهترین کنترلکننده از کنترلکنندههای مورد استفاده شده بهره میگیریم. در بخش نتایج شبیهسازی نشان داده خواهد شد که کنترلکننده پیشنهادی، عملکرد نسبتا مناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان خواهد داد و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم است.
1-3 ساختار پایان نامه
چارچوب کلی فصول پایان نامه به صورت زیر میباشد:
در فصل دوم: تعریف کاملی از تولیدات پراکنده توسط مراجع مختلف انجام شده است، همچنین در مورد انواع نیروگاهها بحث شده است و در ادامه انواع کنترلکنندههای به کار رفته در این پایان نامه مورد مطالعه قرار گرفته شده و در پایان این فصل الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات بیان شده است.

در فصل سوم: ساختار شبکه پیشنهادی آورده شده و مدل هر واحد به تفضیل بیان شده است.
در فصل چهارم: نتایج شبیهسازی در غالب نمودارها آورده شده که خروجی نرمافزار مطلب میباشند.
فصل پنجم: جمعبندی نهایی و پیشنهادات به همراه منابع آورده شده است .
فصل دوم
پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه
در این فصل به مروری از کارهای گذشته پرداخته شده و در مورد تولیدات پراکنده و سیستمهای ترکیبی و انرژیهای تجدیدپذیر بادی و خورشیدی و نیروگاههای آبی و دیزلی با استناد از مقالات و کتب مطالبی آوردیم همچنین در مورد سیستمهای متصل به شبکه و سیستمهای مستقل از شبکه و در مورد فرکانس و اهمیت کنترل فرکانس بحث شده است.
2-2 تولیدات پراکنده
2-2-1 تعریف تولیدات پراکنده
تعاریف مختلفی برای تولید پراکنده بکار رفته است ولی تعریف جامع و بدون محدودیت آن عبارت است از منبع انرژی الکتریکی که مستقیما به شبکه توزیع و یا سمت مصرف کننده وصل میگردد[16].
2-2-2 انواع تولیدات پراکنده
تولیدات پراکنده دارای انواع گوناگونی میباشند که از مهمترین آنها میتوان به توربین گازی احتراقی، توربینهای کوچک، توربینهای بادی، پیلسوختی و سیستم فتوولتاییک اشاره کرد. تولیدات پراکنده را از دیدگاه تکنولوژی میتوان به سه دسته عمده تقسیم کرد:
تکنولوژی گازی
2- تکنولوژی انرژیهای تجدیدپذیر وسایل ذخیره سازی انرژی
3- ذخیره ساز انرژی
تکنولوژییهای گازی شامل توربینهای احتراقی، توربینهای کوچک و پیلهای سوختی میباشد. انرژیهای نو شامل انرژیهای نهفته طبیعی مثل باد و انرژی خورشیدی میباشد. انرژی باد با استفاده از توربینهای بادی و انرژی خورشیدی با استفاده از سلولهای نوری تبدیل به انرژی الکتریکی میشوند[27].
2-2-3 مزایای تولیدات پراکنده
به کارگیری تولیدات پراکنده در سیستم توزیع مزایای زیست محیطی، اقتصادی و فنی بسیار زیادی را به دنبال دارد. برای رسیدن به این مزایا تولیدات پراکنده باید دارای اندازه مناسب بوده و در مکانهای مناسب نصب شوند[17].
به طور کلی استفاده از نیروگاههای با تولید پراکنده در شبکه قدرت مزایای زیر را به همراه دارد: [17]
کم کردن هزینه مربوط به تجهیزات قدرت
کاهش تلفات انتقال قدرت
زمان نصب و بهره برداری کوتاه این نیروگاهها
کاهش آلودگیهای زیست محیطی و صوتی نیروگاههای بزرگ
کاهش تلفات با جایابی بهینه نیروگاههای تولید پراکنده در شبکههای توزیع
آزاد شدن ظرفیتهای سیستمهای انتقال و توزیع اعم از خطوط و پستها
امکان کاربرد مجزا یا متصل به شبکه
امروزه بحث منابع تولیدات پراکنده در اکثر کشورهای دنیا رواج یافته است و تلاشها و تحقیقات بسیاری پیرامون این بحث صورت میگیرد. سازندگان اصلی این مولدها همواره به دنبال کاهش هزینههای مربوط به طراحی و ساخت آن بودهاند. با توجه به پایین بودن بازده نیروگاههایی که با سوخت فسیلی کار میکنند و همچنین به دلیل آلودگیهای زیست محیطی مربوط به نیروگاههای با سوخت فسیلی، لزوم استفاده از تولیدات پراکنده روز به روز بیشتر احساس میشود. سیستمهای توزیع موجود بدون در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده طراحی شدهاند. در نتیجه به کارگیری آنها میتواند امکان بروز شرایط غیر مطلوب در کیفت برق، قابلیت اطمینان، بازده، مسائل ایمنی و غیره را ایجاد کند[18].
2-2-4 بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده
بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده به دو شکل امکان پذیر است:
حالت متصل به شبکه: در این حالت واحدهای تولید پراکنده به شبکه اصلی متصل هستند.
حالت جزیره (مستقل از شبکه): در این حالت واحدهای تولید پراکنده با شبکه سراسری ارتباطی ندارند و مجموعه واحدهای تولید پراکنده چند بار محلی را تغذیه میکنند.
2-2-5 مشارکت منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع:
منابع تولید پراکنده (DG) به عنوان منابع تولید انرژی پشتیبان با هدف بهبود قابلیت اطمینان به شبکههای توزیع متصل میشوند. علت توجه روز افزون به تولید پراکنده، صرفه اقتصادی آن و توانایی آنها در بهبود کیفیت برق و سازگاری با محیط زیست است.
در مجموع برای این که شانس بقا در محیط رقابتی بازار برق برای سرمایه گذاران کوچک بخش خصوصی وجود داشته باشد، استفاده از منابع تولید پراکنده به عنوان یکی از گزینههای سرمایه گذاری در مسئله برنامه ریزی توسعه، افزایش چشم گیری یافته است. در چنین محیطی هدف اصلی شرکتهای توزیع برق حداقل نمودن ریسک سرمایه گذاری و بهبود منافع در پاسخ گویی به رشد بار میباشد ضمن اینکه برای تامین برق مطمئن و ارائه صورت حساب قابل قبول برای مشترکین لازم است. استراتژیهای اتخاذ شده از سوی شرکتهای توزیع برای توسعه شبکه قابلیت انعطاف و انطباق داشته باشند تا بتوانند همچنان در بازار رقابتی برق حضور داشته باشند. برای نیل به این مقصود توسعه مدلهای جامعتر به شرکتهای توزیع برق کمک میکند. در همین راستا برنامه ریز سیستم توزیع با حضور انواع مختلف منابع تولید پراکنده از چالشهای مهم پیش روی آنها به شمار میرود. در واقع DG ها گزینه مناسبی جهت استفاده در برنامه ریزی شبکه میباشد. در مواقعی که شرکتهای توزیع از تکنولوژی DG در برنامه ریزی شبکه استفاده میکنند. اصلی ترین راههای مواثر در استراتژیهای سنتی در غیاب DGها، برای پاسخ گویی به رشد بار در افق برنامه ریزی بلند مدت نیازمند ارتقاع شبکه از طریق توسعه پستهای موجود با نصب ترانس و یا احداث پستهای جدید بودند. در چنین مواقعی بارها سیستم متحمل اضافه باری در طول مدت بهرهبرداری میشد، که این امر از نتایج عدم قطعیت بار بوده است. با توجه به مسئله گاهی تقویت فیدرهای موجود یا ساخت فیدرهای جدید مورد نیاز بوده است. در همین راستا، DGها گزینهای عملی برای برنامه ریزان شرکتهای توزیع جهت غلبه بر مسائلی نظیر رشد بار، اضافه باری خطوط، کیفیت توان، خرابی تجهیزات شبکه و کاهش تلفات میباشد. از سوی دیگر در نظر گرفتن گزینههای ارتقاع پست و مشارکت DGها تواما میتواند استراژی مناسبتری جهت برنامه ریزی توسعه شبکه، نسبت به حالتی که مجزا در نظر گرفته شوند به شمار آید. برنامه ریزی سیستم توزیع نیازمند تعیین برخی فاکتورهای اساسی از قبیل تکنولوژی مناسب، تعداد، ظرفیت و موقعیت منابع تولید پراکنده است. خاطر نشان میشود تکنولوژی DG مورد استفاده هم به روی مدل طرح توسعه و هم به روی نتایج طرح تاثیر خواهد داشت[19].
2-3 سیستمهای مستقل و وابسته:
یک سیستم انرژی متناوب هیبرید میتواند به صورت مستقل یا وابسته به شبکه متصل شود در صورتی که شبکه مورد نظر موجود باشد. برای کاربرد مستقل، سیستم به داشتن ظرفیت ذخیره کافی به منظور تنظیم تغییرات توان از منابع انرژی متناوب درگیر احتیاج دارد. یک سیستم از این نوع میتواند به عنوان یک ریز شبکه لحاظ گردد در صورتی که دارای منابع تولید و بارهای خودش باشد. برای کاربرد متصل از منظر اتصال، منابع انرژی متناوب در ریز شبکه میتوانند توان مورد نیاز را برای هر دو موقعیت بارها و شبکه مورد نظر تامین کنند. همچنین علاوه بر تامین توان اکتیو، منظور بیان توان و اکتیو و پشتیبان ولتاژ شبکه مصرفی استفاده میشوند. ظرفیت ادوات ذخیره برای این سیستمها کوچکتر خواهند شد و این در صورتی است کهDG در حالی به شبکه مورد نظر متصل شدهاند که شبکه به عنوان سیستم پشتیبان مورد استفاده قرار گرفته باشد. هر چند زمانی که به یک شبکه مصرفی متصل میشوند عملکرد و کارایی پارامترهایی همچون ولتاژ و فرکانس و هارمونیک تحمیلی به سیستم اهمیت پیدا خواهند کرد .
2-3-1 سیستمهای متصل به شبکه
سیستمهایی هستند که با اتصال به شبکه سراسری، برق خود را تامین میکنند. این امر به این صورت است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود به عنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک میتواند به صورت نیروگاهی کوچک عمل نماید. در این روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق میشود.
2-3-2 مفهوم ناحیه کنترلی در سیستم قدرت:
برای مدیریت کردن فرکانس در یک شبکه ایزوله و در حضور تغییرات ناگهانی بار، اغلب میتوان رفتار دینامیکی چند ماشینه را با معادل تک ماشینهی آن مدل کرد. برای تعمیم این مدل باید از نظریه ناحیههای کنترلی استفاده کرد. ناحیه کنترلی اینگونه قابل توصیف میباشد:
زمانی که گروهی از ژنراتورها و بارها متصل به هم در مجاورت یکدیگر قرار دارند و شرایط آنها به گونهای است که پاسخ تمام واحدهای تولید آن منطقه به تغییرات بار، هماهنگ و مشابه است. در این حالت فرکانس در تمام این منطقه کنترلی یکسان فرض میگردد، پس به این منطقه ناحیه کنترلی گفته میشود.
2-4 سیستم ترکیبی(هیبریدی)
افزایش چشمگیر مصرف انرژی، طبیعت تجدیدناپذیر سوختهای فسیلی، هزینههای سنگین سوختهای فسیلی، نگرانیهای موجود در زمینهی زیست محیطی و مشکلات از این قبیل، عوامل اصلی در توسعه انرژی تجدید پذیر میباشد. به هرحال تکنولوژیهای یاد شده، دارای معایبی نیز میباشند، مثلا تولید انرژی بادی و خورشیدی وابستگی زیادی به شرایط محیطی دارند. اما با ترکیب چند تکنولوژی و با کنترل و مدیریت درست، میتوان سیستم هیبرید با قابلیت اطمینان بالا و تلفات کم را برای تامین بار مناطق مختلف به کار برد [21-20].
منابع انرژی متعددی شامل ژنراتورهای بادی و سلولهای خورشیدی و پیلهای سوختی، مولدهای دیزلی ، توربینهای گازی، میکرو توربینها و …. در ترکیب با یکدیگر میتوانند سیستم هیبریدی انرژی تشکیل دهند [23-22] . برای بهبود بازده و مشخصه تولید، منابع انرژی پراکنده ترکیبی پیشنهاد شده است. در این انرژیها، انرژی بادی و خورشیدی از مهمترین منابع تجدیدپذیر محسوب میشوند. به همین خاطر توسعه سیستمهای تولید انرژی با مولد بادی (WG) و فتوولتائیک(PV) پیشرفت قابل توجهی داشته است. سیستمهای فتوولتائیک مستقل از شبکه به دلیل عدم دسترسی در طول شب و کاهش توان در مواقع ابری نمیتوان به عنوان یک منبع انرژی پیوسته و دائمی مطرح گردند. همچنین سیستمهای بادی مستقل از شبکه به دلیل نوسانات زیاد سرعت باد در ساعات مختلف یک سال قابلیت تامین انرژی مصرف کنندهگان دائمی را دارا نمیباشد. بنابراین یک سیستم ذخیره سازی انرژی به منظور تامین انرژی مورد نیاز مصرف کنندهگان دائمی برای هر یک از سیستمهای فوق الذکر ضروری میباشند. معمولا سیستمهای ذخیره سازی به ویژه باتریها گران قیمت بوده و باید در طراحی سیستمهای انرژی تجدیدپذیر اندازه آنها در کمترین مقدار ممکن طراحی شود. بنابراین سیستمهای انرژی تجدیدپذیر ترکیبی به منظور تامین انرژی مشترکان دائمی و کاهش نیاز به ذخیره سازی انرژی بسیار مورد توجه قرار میگیرند [24]. سیستمهای انرژی هیبرید (ترکیبی) راه حل مناسبی برای تامین انرژی الکتریکی مناطق دور افتاده است که احداث خطوط انتقال برق برای برقدار کردن آنها سخت و غیر اقتصادیست و همچنین این سیستمها برای تامین انرژی الکتریکی مناطق استراتژیک و دارای اهمیت خاص از قبیل پادگان نظامی مرزی یا فرا ساحلی، ایستگاههای تقویت کنندههای مخابراتی و تلویزیونی و… کاربرد دارند. اما در مناطق و مکانهای مختلف، شرایط آب و هوایی، شامل تابش خورشیدی، سرعت باد، دما یا همهی موارد معمولا تغییر میکنند. بنابراین کمبودهای ناپایداری برای تولید توان الکتریکی از ماژول فتوولتائیک و توربین بادی وجود دارد به عبارت دیگر برای استفاده از منابع تجدیدپذیر باد و خورشید با توجه به راندمان و مسائل اقتصادی طراحی یک سایز بندی مناسب برای سیستمهای تولید توان خورشیدی و بادی به همراه بانک باتری به منظور افزایش قابلیت اطمینان و کاهش تلفات و حتی کاهش هزینه بسیار مهم است [25].
2-4-1 مزایای ریزشبکه ها و چالشهای سیستمهای هیبریدی
پیشرفت و کاربرد ریز شبکهها مزایای بسیاری را برای صنعت تولید برق به همراه داشته است. این مزایا عبارتند از [29] :
1- افزایش قابلیت شبکه 2- ارائه انرژی الکتریکی بی وقفه به بارهای حساس 3- کاهش آلودگی هوا به ویژه دی اکسید کربن 4- کاهش تلفات شبکه توزیع و انتقال 5- بازدهی بالا 6- کاهش هزینههای خطوط انتقال 7- نیاز به سرمایه گذاری کمتر و مناسب بودن برای مشارکت بیشتر در بازار برق 8- یافتن راحتتر فضای مناسب جهت احداث، به علت کوچک بودن فضای مورد نیاز 9- راحتی گسترش و امکان اتصال یک میکروتوربین به ریز شبکه بدون نیاز به تغییرات در سایر میکروتوربینها و شبکه.
علی رغم مزایای بسیار سیستمهای ریز شبکه، استفاده از این سیستمها منجر به بروز چالشها و موانعی نیز میگردد. برخی از این چالشها عبارتند از [29-30]:
مشکلات فنی مانند مدیریت، حفاظت، کنترل و پایداری ریز شبکه
نبود استانداردهای لازم جهت پیاده سازی سیستمهای ریز شبکه
وجود موانع اداری و حقوقی به دلیل نبود قوانین و مقررات لازم به منظور تنظیم عملکرد شبکه
2-5 انرژیهای تجدیدپذیر
در دهههای اخیر تجدید ساختار صنعت و همچنین خصوصی سازی صنعت مطرح و در برخی کشورها اعمال گردیده است. در طی این مدت به خاطر بالا بودن بازده بهره برداری دست خوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب بخشهای مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیدهاند. در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق متقاعد نمودن افراد بازار به سرمایه گذاری در پروژههای چندین میلیارد دلاری تولید و انتقال توان آسان نیست. این تغییر و تحولات از یک طرف و همان طور که قبلا نیز اشاره شد عواملی چون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر باعث افزایش استفاده از واحدهای تولیدی کوچک گردیده است[31-32].
2-5-1 انرژی باد
تولید نیروی بادی در جهان در حال پیشرفت است وعلت آن داشتن مزایای اقتصادی و محیطی میباشد. به هر حال از نقطه نظر تکنیکی، چالشهای زیادی در نفوذ قدرت باد به داخل سیستمهای قدرت الکتریکی وجود دارند. در این زمینه، قابلیت اطمینان سیستم یکی از اهداف مهم میباشد حتی اگر تولید برق بادی به شکل طبیعی باشد، قابلیت اطمینان سیستم را می توان با عدم تعادل قدرت بین بار و تولید از بین برد که مربوط به عملکرد روزانه سیستمهای قدرت میشود[33].اگر قدرت باد تا 20 درصد و یا بیشتر از کل نیروی سیستم باشد، ظرفیت و عملکرد مطمئن شبکه با چالشهای بیشماری روبرو میشود. امروزه ظرفیت نصب قدرت باد بیشتر شده است. بنابراین نوسانات قدرت باد مهار شده است تا از تخریب کیفیت شبکه جلوگیری شود. در کل جهان محققین از چندین راه حل جهت متعادل ساختن نوسانات قدرت باد استفاده میکنند. مثلا در طول روز نقاط دارای باد کم را میتوان با سایر قسمت های پر باد جبران کرد. بنابراین یک روش کلی جهت کاهش اختلاف خروجی قدرت باد، توزیع متناسب تعدادی از توربینهای بادی میباشد و هدف از آن تسریع در ورودی نیروی باد از طریق بررسی پایداری خروجی کامل قدرت برق میباشد.
توربین بادی از سال 1975 پیشرفت های شگرفی در زمینههای بادی در جهت تولید برق به عمل آورده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در آمریکا نصب و به بهره برداری رسید. توربینهای بادی انرژی موجود در باد را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند[34]. شکل (2-1) تصویر نیروگاه بادی منجیل میباشد.

شکل2-1: نیروگاه بادی منجیل
2-5-1-1 مزایای بهره برداری از انرژی باد
انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از ویژگیها و مزایای بالاتری نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است که اهم این مزایا عبارتند است[35]:
عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی میکاهد.
رایگان بودن انرژی باد
توانایی تامین بخشی از تقاضای انرژی برق
کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژیهای فسیلی
کمتر بود هزینههای جاری و هزینههای سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
قدرت مانور زیاد جهت بهرهبرداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
عدم نیاز به آب
کمتر بودن خطرات زیست محیطی نسبت به سوختهای فسیلی
اخیرا مزارع بادی با شبکههای قدرت ترکیب شدهاند و با توسعه رو به افزایش قدرت افزایش اثرات مربوط به شبکه قدرت بیشتر میشوند و تاثیر تولید باد بر تنظیم فرکانس سیستم، یکی از مهمترین مسائل میباشد. با افزایش نفوذ باد به داخل سیستم، نوسانات قدرت باد هم افزایش یافته و تغییر نوسان در سیستم قدرت هم افزایش مییابد[36].
توربینهای بادی برای به دست آوردن ماکزیمم انرژی، نیاز به کنترلکنندههایی جهت جلوگیری از ناپایداری سیستم و امکان کنترل برق تولیدی دارند. امروزه در توربینهای بادی از میکروپروسسور جهت کنترل عملیات و اندازه گیری بازده سیستم استفاده میشود که به وسیله یک رایانه مرکزی، نظارت ثبت داده ها صورت میگیرد و اخطارهای اتوماتیکی توسط نرم افزارها تشخیص داده شده و اپراتور را از آن آگاه میسازند.
2-5-1-2 توربین بادی متصل به شبکه:
نیروگاه بادی متصل به شبکه به دو دسته تقسیم بندی میشود:
1-توربین بادی متصل به شبکه به صورت منفرد
2-توربینهای بادی متصل به شبکه به صورت مجتمع یا مزرع بادی.
2-5-1-3 توربین بادی منفرد متصل به شبکه:
این توربینها معمولا برای تامین بارهای الکتریکی از نوع مسکونی، تجاری صنعتی یا کشاورزی استفاده میشود که معمولا 1 تا 10 کیلووات برای مصارف مسکونی، 10 تا 20 برای مصارف تجاری و 10 تا 50 کیلووات برای مصارف کشاورزی وظرفیتهای بالاتر برای مصارف صنعتی تا سقف 100 کیلووات معمولا به کار میرود و بار مصرفی آنها معمولا در نزدیکی محل توربین قرار دارد و این بار همچنین میتواند به شبکه سراسری نیز اتصال پیدا کند و یا اینکه تولید بیش از حد مصارف را میتوان به شرکتهای توزیع منطقهای فروخت. در شرایطی که توربینها قادر به تولید برق نمیباشند میتوان انرژی را از شبکه سراسری دریافت نمود. این روش معمولا در سطح توزیع صورت میگیرد و علاوه بر مزایایی که دارد معایبی نیز به دنبال دارد مانند تغییر طرحهای حفاظتی، احتمال جزیره شدن، ایجاد هارمونیک و….
2-5-1-4 توربینهای بادی یا مزارع بادی متصل به شبکه:
در این مزارع به دلیل نیاز به توان بالا گروهی از توربینها به طور متمرکز در یک منطقه نصب شدهاند. امروزه مزارع بادی با تولید بیش از 100 مگاوات احداث میشوند که ظرفیت متداول توربینها نصب شده بین 50 کیلووات تا 2 مگاوات میباشد و مقدار انرژی قابل تولید در هر مزرعه به تعداد و مشخصات و سرعت و تداوم باد در آن منطقه بستگی دارد. توان تولیدی مزارع معمولا توسط مبدلهای تبدیل ولتاژ بالاتر شده و به سیستمهای انتقال یا فشار متوسط تزریق میگردد[44].
2-5-2 انرژی خورشیدی
خورشید یک منبع بزرگ و تقریبا لایزال انرژی محسوب میشود. انرژی که از خورشید به زمین میرسد حددا8×1011 مگاوات است که چند هزار برابر انرژی مصرفی تجاری است. یکی از مهمترین سیستمهای تبدیل انرژی خورشیدی، سیستم فتوولتائیک میباشد که در آن انرژی خورشیدی به وسیله سلول خورشیدی به برق تبدیل میشود. با توجه به کاهش هزینه ساخت سلولها در طول زمان، در سالیان اخیر استفاده از سیستم فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه کشورها و شرکتهای مختلف قرار گرفته است. از آن جایی که بازده سلولهای خورشیدی پایین و قیمت پنلها بالا بود، باید به نحوی مورد بهرهبرداری قرار گیرند که نقطه توان ماکزیمم خود کار کنند. مساحت سلول تاثیری بر ولتاژ آن نداشته که حدودا 0.5 ولت میباشد. اما شدت جریان تابع مساحت سطوح سلول و شدت تشعشع بوده و در شرایط ایده آل معادل 250 آمپر در هر متر مربع از سطح میباشد. روی صفحهای که تشعشعات خورشیدی کل آن 916 w/m2 میباشد یک ردیف سلول خورشیدی سیلیکون با کارایی 15% و سطح موثر یک متر مربع میتواند 137 وات (0.15*916) توان الکتریکی تولید نماید.
با این نسبت جهت توان 20 مگاواتی برق(توان خروجی یک تاسیسات تولید برق حرارتی متوسط) در تشعشع کامل و عمود خورشید، سطح مورد نیاز پانلهای خورشیدی تقریبا 360 جریب و بیش از نیم مایل مربع میباشد. مولدهای فتوولتائیک به دلیل ویژگیهایی همچون نداشتن آلودگیهای زیست محیطی و آلودگی صوتی، تعمیر و نگه داری کم به یکی از پر اهمیت ترین منابع تجدید پذیر تبدیل شده اند. اما تنها دلیلی که مانع از گسترش استفاده از چنین تکنولوژی شده است هزینه زیاد تولید و بازدهی تبدیل انرژی پایین آن است.

شکل 2-2: انرژی ساطع شده از خورشید
2-5-2-1 فتوولتائیک
به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند، سیستم فتوولتائیک گویند[38] .
در سال 1839 فیزیکدان فرانسوی ادموند بکرل کشف کرد که برخی مواد مشخص هنگامی در معرض تابش نور آفتاب قرار میگیرند جریانهای الکتریکی کوچکی ایجاد میکنند. در دهه 1880 میلادی سلولهای فتوولتائیکی از جنس سلنیوم با راندمان 1 الی 2 درصد ساخته شدند. در سال 1954 میلادی تکنولوژی ساخت سلوولتائیک از جنس سیلیسیوم با راندمان 4 درصد توسط لابراتوار بل توسعه یافت و بعدها این راندمان به 11 درصد افزایش پیدا کرد. در طول دهه 1960 عمدهترین کاربرد این سلولها در تامین نیروی الکتریکی ماهوارههای مدار زمین بود. اوایل دهه 1970 میلادی دوره ابداعات جدید در زمینه ساخت، راندمان و کیفیت سلولهای خورشیدی بود و فرصتهایی به منظور استفادههای زمینی از این سلولها بوجود آمد. در دهه 1980 میلادی استفاده از سلولهای فتوولتائیک جهت مصارفی چون ماشین حساب، ساعت، رادیو، شارژر باتریها و…….رواج پیدا کرد. در اواسط دهه 1990 استفاده از این سلولها در سطح جهانی گسترش پیدا کرد[35]. شکل (2-3) نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا را نشان میدهد که در زمینی به وسعت 185 هکتار بنا شده است.

شکل2-3: نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا2-5-2-2 کاربردهای سلولهای فتوولتائیک
از جمله موارد کاربرد سلولهای فتوولتائیک عبارتند از:[35]،[38]
تامین روشنایی مناطق دور افتاده
سیستمهای مخابراتی از راه دور
پمپاژ کردن آب
سیستمهای تصفیه آب
تامین برق مناطق روستایی
ماشین حساب، ساعت، اسباب بازی، سیستمهای اضطراری
یخچال نگهداری واکسن و خون برای مناطق دور افتاده
2-5-2-3 مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک
برخی از مزایای استفاده از این سیستم عبارتند از [38]:
انرژی خورشیدی، انرژی تجدید پذیر نامحدود میباشد.
تولید برق توسط فتوولتائیک هیچ گونه انتشار آلاینده زیست محیطی را در پی ندارد.
ماژولهای خورشیدی بدون اتلاف انرژی، نور خورشید را مستقیما به برق تبدیل میکنند.
سیستمهای فتوولتائیک دارای اجزای متحرک نمیباشند، به همین دلیل نیاز به حداقل نگهداری و هزینه تعمیرات دارند.
سیستمهای فتوولتائیک به راحتی با افزودن تعدادی ماژول و باتریهای ذخیره سازی انرژی قابل گسترش میباشند.
خطر آتش سوزی در سیستمهای فتوولتائیک به مراتب کمتر از سایر سیستمها میباشد.
به کارگیری سلولهای فتوولتائیک برای تولید برق در مناطق دور افتاده بسیار مفید میباشد.
سلولهای فتوولتائیک در کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی قابل نصب بر روی پشت بامها می باشند، از این رو فضاهای موجود اشغال نشده و برای سایر موارد به کار میرود.
برخی از معایب استفاده از این سیستمها عبارتند از[38]:
هزینه تولید برق توسط سلولهای خورشیدی فتوولتائیک بیشتر از هزینه تولید برق ناشی از سوختهای فسیلی می باشد. لازم به توضیح است که با افزایش تولید سلولهای فتوولتائیک میتوان هزینهها را کاهش داد.
برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیر قابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمیباشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و…. بستگی دارد.
به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیره سازی انرژی استفاده کرد.
برای مصارف زیاد الکتریسیته، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلولهای فتوولتائیک میباشد.
کمبود نیروی متخصص وکارامد برای طراحی و نصب سیستمهای فتوولتائیک
2-5-2-4 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه
امروزه تقاضا برای انرژیهای تجدیدپذیر رو به افزایش است و در میان آنها سیستمهای فتوولتائیک نقش اساسی ایفا میکنند. نوسانهای توان سیستم فتوولتائیک به شرایط آب و هوایی و فصل و موقعیت جغرافیایی بستگی دارد و این مشکلات جدی چون تغییر فرکانس را در پی دارد [50] .
حتی در گرمترین نقاط روی زمین میزان شار تشعشعی خورشید به ندرت از مقدار 1000 w/m2 تجاوز میکند که از نظر استفاده فنی مقدار پایینی است. به علاوه جهت استفاده از آن به سطوح گرد آوری بسیار بزرگی نیاز است. همچنین میزان استفاده از آن با توجه به ساعات مختلف روز فرق میکند البته فصول سال نیز در این تغییر موثر است. یکی از مهمترین پارامترهای سیستم که کنترل فرکانس میباشد را با توجه به حضور نیروگاه خورشیدی باید کنترل شود.
2-6 سیستمهای ترکیبی در شبکههای قدرت
انرژی باد همواره یک منبع انرژی سالم و نامحدود برای تولید برق الکتریسیته میباشد و سطح تولید آن در سالهای اخیر در دنیا همواره رو به افزایش بوده است. به هر حال هنوز چالشهایی وجود دارد و به عنوان یک راه حل ممکن ترکیب تکنولوژی ذخیره انرژی با روش تولید برق تجدیدپذیر یکی از مسائل مورد بحث میباشد[43].
ترکیب توربین بادی با سایر منابع انرژی میتواند سبب افزایش قابلیت اطمینان سیستم تولید توان گشته و انرژی الکتریکی خروجی از سیستم را تقریبا مستقل از زمان مینماید. باتریها مناسبترین گزینه برای ذخیره توان تولیدی در کوتاه مدت هستند که با نصب سیستم ذخیره سازی انرژی باری در سیستم قدرت، با سیستم ژنراتور توربین بادی، نوسانات برق را میتوان کاهش داد و پایداری سیستم قدرت هم تضمین میشود ولی برای ذخیره سازی در بلند مدت قابل استفاده نمیباشد[13].
یک سیستم دیزل- باد هیبریدی نیز بسیار مطمئن خواهد بود زیرا دیزل همچون محافظتی جهت تغییر سرعت باد عمل میکند و همیشه به حفظ نیروی متوسط برابر با نقطه شروع کم میکند[39]. طرحهای کنترل شده هم به تقویت پایداری در سیستم باد- دیزل هیبرید کمک میکنند و توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفته است[3]. به دلیل اینکه تولیدات بادی به طور کامل به سرعت طبیعی باد بستگی دارند توان خروجی را نمیتوان کنترل کرد و نوسان برق ایجاد شده توسط مشخصه خروجی ممکن است که سبب ایجاد مساله فرکانس در کل سیستم قدرت شود[36]. برای حل کردن این مشکلات براساس یک مطالعه در مزرعه بادی Heanguon و جزیره چچو در کره، استفاده ترکیبی از سیستم ذخیره سازی با ظرفیت بالا و سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار مورد بررسی قرار گرفتند و از طریق مطالعات انجام شده بر اساس دادههای خروجی محل اندازهگیری شده، ظرفیت انرژی و قدرت بهینه شدهی سیستم ذخیرهسازی انرژی با ظرفیت بالا و سیستم ذخیرهسازی انرژی چرخ طیار را مشخص کردند[5]. در سیستم ترکیبی توربین بادی- باتری زمانی که سرعت باد منطقه بین سرعت قطع ورودی و قطع خروجی باشد توربین بادی توان الکتریکی تولید میکند. بخشی از توان که مورد نیاز تقاضا باشد به مصرف کننده تحویل داده میشود و مازاد آن به منظور ذخیره سازی وارد باتری میشود. کمبود انرژی در زمانهایی که توان تولیدی توسط توربین بادی قادر به تامین تقاضا نیست، توسط انرژی ذخیره شده باتری فراهم میگردد. لازم به ذکر است که کاربرد این سیستم بیشتر در مناطقی است که وزش باد موسمی نباشد. در مناطق با توزیع باد موسمی، سیستم ذخیره سازی باتری به دلیل کم بودن زمان شارژ ودشارژ باتری قابل استفاده نمیباشد. استفاد ه از توربینهای بادی در این مناطق با سیستم پیل سوختی به عنوان سیستم پشتیبان همراه



قیمت: 11200 تومان

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *