شکل ۳۱ فلوچارت حالت جدا شدن از شبکه اصلی ۵۸
شکل ۳۲ فلوچارت حالت اتصال مجدد به شبکه اصلی ۵۹
شکل ۳۳ نمای داخلی ریزشبکه ۶۰
شکل ۳۴ پارامترهای اصلی ریزشبکه ۶۱
شکل ۳۵ مفهوم استراتژی کنترل در عملکرد جزیره ای ۶۱
شکل ۳۶ فرکانس و ولتاژ ریزشبکه ۶۲
شکل ۳۷ ولتاژ یکسو شده توسط یکسوساز ۶۳
شکل ۳۸ فرکانس و ولتاژ ریزشبکه ۶۴
شکل ۳۹ توان راکتیو و اکتیو باتری و دیگر منابع ۶۴
شکل ۴۰ نوسانی بودن بار در هنگام آزمایش ۶۵
شکل ۴۱ فرکانس و ولتاژ ریزشبکه ۶۶
شکل ۴۲ نوسانی بودن منابع و باتری ۶۷
شکل ۴۳ واحد یکسوساز ۷۰
شکل ۴۴ روابط فازوری ۷۰
شکل ۴۵ وضعیت ولتاژ لینک dc 74
شکل ۴۶ ماکزیمم ولتاژ مرجع سینوسی ۷۵
شکل ۴۷نمایی از روند کنترل یکسوساز ۷۶
شکل ۴۸عملکرد بلوک PWM 77
شکل ۵۰ بلوک دیاگرامی کنترل جریان ۷۸
شکل ۴۹منطق بلوک PWM 78
شکل ۵۱ انتقال انرژی خازن ۸۰

 

مقدمه

توسعه شگرف علم و فناوری در جهان امروز ظاهرا ً آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است. لیکن این توسه یافتگی، مایه بروز مشکلات تازه­ای نیز برای انسان­ها شده است که از آن جمله می­توان به آلودگی محیط­زیست، تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین و غیره اشاره نمود. به ویژه می­دانیم که نفت و مشتقات آن از سرمایه ­های ارزشمند ملی و حیاتی کشور می­باشند که مصرف غیر­بهینه از آنها گاهی زیان­های جبران­ ناپذیری را ایجاد می کند. از این رو صاحب نظران و کارشناسان به دنبال منابعی هستند که به تدریج جایگزین سوخت های فسیلی شوند. بهترین راه­حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کرده اند، متوقف کردن روند روبه­رشد این گاز­های مضر است.
انرژی­های تجدید­پذیر به ویژه برای کشور­های در حال توسعه از جاذبه بیشتری برخوردار است. لذا در برنامه­ها و سیاست های بین المللی از جمله در برنامه ­های سازمان ملل متحد در راستای توسعه پایدار جهانی ، نقش ویژه ای به منابع تجدید پذیر انرژی محول شده است. در همین راستا می­توان به قوانین بین المللی مانند قانون طرح انتقال کم کربن[۱] اشاره کرد که در سال ۲۰۰۹ میلادی به تصویب رسید و به موجب آن بایستی میزان تولید گاز کربن دی اکسید تا سال ۲۰۵۰ میلادی به میزان ۸۰ % کاهش یابد. در این راستا کشور ایالات متحده در نظر دارد ۲۰ % برق مصرفی خود تا سال ۲۰۳۰ میلادی را از انرژی باد تامین کند[۱]. همچنین دولت چین توانسته ظرف مدت ۶ سال توان تولید برق از انرژی بادی این کشور را از ۲۰۰۰ مگاوات به ۵۲۵۸۰ مگاوات افزایش داده و جایگاه نخست استفاده از انرژی بادی برای تولید برق را از آن خود سازد و پیش بینی می گردد روند رو به رشد صنعت انرژی بادی در چین، این کشور تا سال ۲۰۲۰ میلادی به ظرفیت تولید ۲۰۰۰۰۰ مگاوات برق بادی نیز دست یابد[۲].
شرایط و نیازهای کنونی صنعت برق با توجه به توسعه فناوری و تجدید ساختار تغییرات فراوانی کرده است. در حال حاضر توجه اصلی بر روی شبکه توزیع معطوف شده است. برنامه‌ها و پروژه‌های تحقیقاتی بر اساس افق شبکه توزیع تبیین می‌شوند. برای آنکه بتوان برنامه توسعه آینده شبکه توزیع، مورد مطالعه قرار گیرد لازم است تا شرایط فعلی و مشکلات آینده این صنعت مورد بررسی قرار گیرد .[۱و۲]
اگر شرایط فعلی ادامه پیدا کند، صنعت برق با مشکلات زیر مواجه خواهد شد.

 

دانلود متن کامل پایان نامه در سایت fumi.ir

 

بازده تجهیزات برق‌رسانی از جمله نیروگاهی، انتقال و توزیع به مرور زمان به علت پدیده پیر شدگی، کاهش می‌یابد.

خطوط شبکه توزیع با توجه به افزایش روز افزون مصرف برق و روند کنونی بهره‌برداری و سرمایه‌گذاری در این صنعت، با پدیده پرشدگی[۲] مواجه هستند.

افزایش بی‌سابقه سطح ریسک و عدم‌قطعیت در صنعت برق، نگرانی‌های تامین انرژی در آینده را افزایش داده است.

با توجه به فناوری‌های جدید و کاهش قیمت آن‌ ها، مشکلاتی که در بالا اشاره شد، قابل حل یا کاهش هستند. این فناوری‌ها می‌توانند در قسمت‌های مختلف صنعت برق از جمله تولید، انتقال، توزیع و بازار برق مورد استفاده قرار گرفته تا مشکلات بهره‌برداری و برنامه‌ریزی را حل کنند.از سوی دیگر پیش‌بینی‌ها حکایت از آن دارند که سرمایه‌گذاری در تجهیزات سیستم قدرت در دهه‌ های آینده بسیار افزایش خواهد یافت، بنابراین این سرمایه‌گذاری باید هدفمند و بر روی تجهیزات مدرن با قابلیت اطمینان و طول عمر بالا، بازده و امنیت مناسب باشد. در ادامه به چند نمونه از این فناوری‌ها اشاره شده است:

 

 

هادی‌های کامپوزیتی دما بالا

سیستم‌های پیشرفته ذخیره‌ساز انرژیشامل چرخ گردان[۳]، باتری‌ها

استفاده از ریزشبکه و شبکه توزیعهوشمند به همراه کنترل‌های هوشمند

استفاده گسترده از مبدل‌های AC-DC برای تبدیل انرژی

استفاده از تولید پراکنده[۴]و انرژی پاک[۵] (هسته‌ای و تجدیدپذیر)

استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت برای افزایش توان عبوری از خطوط، کاهش پدیده پرشدگی خطوط و کاهش سرمایه‌گذاری برای نصب خطوط

در ادامه لازم است تا شرایط کنونی شبکه برق رسانی و به طور خاص شبکه توزیع مورد مطالعه قرار گرفته تا بر اساس آن روند تحقیقاتی تعریف شود.

 

شبکه توزیع

شبکه توزیع از پست‌های فوق توزیع آغاز شده و به کنتور مصرف‌کننده ختم می‌شود. وظیفه این شبکه تامین برق مصرف‌کنندگان و پاسخگویی سریع به تغییر نیاز آن‌ ها به انرژی برق است. برای بررسی شرایط کنونی شبکه توزیع لازم است شرایط تولید، مصرف و انتقال (توزیع) مورد بررسی قرار گیرند.
در شبکه توزیع نیروگاهی وجود ندارد بلکه توان شبکه توزیع از طریق خطوط انتقال تامین می‌شود. در واقع نیروگاه‌های بزرگ توان را تولید کرده و این توان از طریق خطوط انتقال به شبکه‌های توزیع تحویل داده می‌شود. با توجه به فرسوده شدن نیروگاه‌ها و رشد روزافزون مصرف انرژی برق، نیاز به منابع تولید جدید افزایش یافته است. اما خصوصی‌سازی صنعت برق که موجب تغییر وضعیت نیروگاه‌ها از حالت تنظیمی[۶] به حالت رقابتی[۷] شده از یک سو و توسعه فناوری نیروگاه‌های کوچک (تولیدات پاک و نیروگاه‌هایی با بازده بالاتر) از سوی دیگر شرایط را تغییر داده است. از جمله این نیروگاه‌ها می‌توان به نیروگاه‌های بادی، CHP[8]، سوخت‌های زیستی[۹] اشاره نمود. البته شرایط بازارهای انرژی و شرایط جغرافیایی به طور کامل انتخاب نیروگاه‌ها را به سرمایه‌گذار دیکته می‌کنند.
می‌توان از موضوعاتی که در بالا اشاره شده به جمع‌بندی زیر رسید که در حال حاضر بسیاری از نقاط شبکه توزیع با تراکم مواجه است. از سوی دیگر با کاهش سرمایه‌گذاری در بخش تولید و افزایش تقاضای توان الکتریکی، قیمت برق با جهش چشمگیری مواجه خواهد شد. . شکل ۱ نسبت افزایش مصرف برق را به رشد و توسعه اقتصادی کشور آمریکا را نشان می‌دهد.
عکس مرتبط با اقتصاد

شکل ۱ تولید ناخالص آمریکا
هدف صنعت برق تامین انرژی پاک، ایمن و قابل اتکایی برای شهروندان و مشاغل است، بنابراین لازم است بر روی فناوری‌های جدید که سیستم برق رسانی حاضر را بهبود بخشیده و انقلابی در این صنعت ایجاد می‌کنند، سرمایه‌گذاری نمود. این کار میسر نبوده مگر آن که ساختار شبکه توزیع و سیستم کنترل آن تغییر اساسی کنند.
عوامل زیادی آینده شبکه توزیع را در ۳۰ سال آینده دست‌خوش تغییر خواهند کرد. در ادامه به مهمترین آن‌ ها اشاره می‌شود.

 

بهبود­ ساختار[۱۰]

یکی از مهم ترین محرک‌های عمومی صنعت برق تجدیدساختار است.تمامی قوانین صنعت برق در این مسیر دست‌خوش تغییر شده است. به این خاطر نوع توسعه تجهیزات و سرمایه‌گذاری در صنعت برق با تغییرات فراوانی مواجه شده است.
از سوی دیگر محرک‌های بازاری[۱۱] نیز در ساخت آینده صنعت برق موثر هستند. افزایش رقابت در صنعت برق تجدیدساختار شده، شرکت‌های جدید با نیازهای متفاوت و اهداف گوناگون و حتی در شرایطی متضاد ایجاد خواهد کرد. شبکه توزیع نیز مستثنی از این تجدیدساختار نبوده و نهادهایی مانند بهره‌بردار توزیع (DSO[12])، بهره‌بردار بازار ([۱۳]MO) و شرکت‌هایی مانند خرده‌فروشان ایجاد می‌شود. که با یکدیگر تعامل داشته و وظیفه تامین برق مصرف‌کنندگان را برعهده دارند.

 

آیین نامه محیط زیست[۱۴]
عکس مرتبط با محیط زیست

آلودگی هوا، گازهای گلخانه‌ای، اثرات نامطلوبی بر آب و خاک کره زمین خواهد داشت.بنابراین در فضای کنونی جهان محیط‌‌ زیست از اهمیت بالایی برخوردار شده است. نیروگاه‌های موجود در صنعت برق یکی از منابع اصلی تولید گاز گلخانه‌ای محسوب می‌شوند پیدا کردن راه‌کارهایی برای کاهش اثرات مخرب تجهیزات قدیمی و جدید بر محیط زیست از اهمیت بالایی برخوردار شده است.

 

ایمنی و حفظ کشور[۱۵]

حفظ امنیت ملی و سیستم برق ایمن رابطه‌ای نزدیک دارند. بنابراین داشتن منابع جایگزین برای حفظ سیستم قدرت در برابر حملات احتمالی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای نمونه حفظ تعداد کمی نیروگاه بزرگ در برابر حملات از حفظ تعداد زیادی نیروگاه کوچک توزیع شده در مناطق مختلف، بسیار سخت‌تراست.
مسئله دیگری که شبکه توزیع را از نظر امنیتی دست‌خوش تهدید می‌کنداتفاقات داخل شبکه است. بنابراین تشخیص اتفاقات و بازیابی سریع شبکه از اهمیت بالایی برخوردار است. در غیر این صورت خسارات وارده بسیار سنگین خواهد بود. (مانند اتفاقی که برای آمریکا در سال ۲۰۰۳ رخ داده است [[۱۶]].

 

فرسودگی[۱۷] ابزارآلات

در حال حاضر میزان زیادی از تجهیزات شبکه توزیع به مرز پیری رسیده و بازده آن‌ ها به شدت کاهش یافته است. افزایش توان مصرفی، نیاز به سرمایه‌گذاری‌های کلان برای مناسب‌سازی تجهیزات و بخش سیم‌داری را لازم کرده است.

 

تکنولوژی شبکه توزیع

 

تکنولوژی اطلاعات

طی چند دهه اخیر جامعه با انقلابی در فناوری اطلاعات مواجه شده است؛ و تغییرات عظیمی در مخابرات، سیستم‌های ارتباطی، بانکداری و صنایع دیگر ایجاد شده است. صنعت برق نیز از این ماجرا مستثنی نبوده است. در حال حاضر صنعت برق یک بازار بزرگ برای سیستم‌های فناوری اطلاعات محسوب می‌شود. از جمله این فناوری‌ها می‌توان بهکنتورهای هوشمند، خدمات صورت حساب، بهره‌برداری انتقال و توزیع، بازیابی سریع سیستم اشاره کرد.
نتیجه تصویری درباره فناوری اطلاعات
ورود فناوری اطلاعات به صنعت برق، انقلاب عظیمی در تجارت توزیع ایجاد خواهد کرد. به طور مثال قابلیت پایش مصرف و تغییر آن، این امکان را به بهره‌بردار توزیع می‌دهد تا تولید و مصرف را ساده‌تر با هم متعادل کند، کیفیت خدمات را افزایش داده و حتی قیمت برق را کاهش دهد. با افزایش منابع تولید پراکنده و گسترش برنامه‌های مدیریت سمت مصرف (DSM[18])، این امکان برای مشترکین نیز ایجاد گشته تا سود و سطح زندگی خود را ارتقاء دهند. افزایش فناوری اطلاعات، کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی در شبکه توزیع، میزان خاموشی‌ها و نوسانات ولتاژ و فرکانس مصرف‌کنندگان را کاهش خواهد داد.
از سوی دیگر با توجه به فناوری اطلاعات امکان بهره‌برداری زمان حقیقی[۱۹] و اجرای سیستم‌های کنترلی سریع ایجاد شده است. در واقع ایجاد دستگاه‌های هوشمند[۲۰] را امکان‌پذیر می‌سازد. تمامی مزایای گفته شده در مورد فناوری اطلاعات در صورتی قابل استفاده است که ساختار این شبکه تغییر کند.

 

سیستم ذخیره‌ساز انرژی[۲۱]

مشخصه قابل تمایز برق با دیگر کالاها، تولید و مصرف به صورت لحظه‌ای آن است. به این معنی که برای انرژی تولیدشده باید مصرف‌کننده‌ای وجود داشته باشد در غیر این صورت شبکه قدرت با مشکلات اساسی مواجه خواهد شد. اما اگر بتوان انرژی الکتریکی را ذخیره کرد و در ساعات پیک از آن استفاده نمود، بسیاری از مشکلات فنی قابل حل هستند. این روش برای کاهش بار پیک[۲۲]، بهبود پایداری سیستم[۲۳] در برابر اغتشاش‌ها[۲۴] و بهبود کیفیت توان[۲۵] استفاده نمود.
پیشرفت فناوری امکان ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی به میزان زیاد و با صرفه اقتصادی را امکان‌پذیر نموده است. افزایش سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی در آینده می‌تواند تحولی بزرگ در سیستم قدرت ایجاد کند. این تجهیزات می‌توانند در کنار مراکز تولید (نیروگاه‌ها)، خطوط انتقال و توزیع و حتی در خانه مصرف‌کنندگان استفاده شوند.

 

تجهیزات الکترونیک قدرت

ساخت کلیدهایی با قابلیت تحمل جریان-ولتاژ بالا و قیمت کم موجب شده تا میزان استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت در صنعت برق افزایش پیدا کند. این سیستم‌ها می‌توانند در مبدل‌های AC-DC، ادوات [۲۶]FACT، بهبود دهنده کنترل توان عبوری از خطوط، کنترل سیستم قدرت مورد استفاده قرار گیرند.

 

منابع تولید پراکنده

پیشرفت‌ها برای بهبود منابع انرژی تولید پراکنده و ترکیب آن‌ ها با سیستم‌های گرمایی برای بهبود بازده موجب افزایش نصب این نوع از تولیدات در واحد‌های صنعتی[۲۷] و تجاری[۲۸] شده است. انواع دیگر از تولیدات پراکنده نیز در واحدهای خانگی[۲۹] استفاده می‌شوند.