تحقیقات را به صورت زیر دسته‌بندی نمود:
الف- کنترل ریزشبکه: قبلا توضیح داده شده است.
ب- ساختار ریزشبکه: در فصل سوم توضیح داده خواهد شد.
ج- پایداری: خصوصیتی از سیستم قدرت که آنرا قادر می‌سازد حتی پس از وقوع اغتشاش در شرایط متعادل به کار خود ادامه دهد. اما پایداری ریزشبکه‌ها با سیستم قدرت متفاوت بوده و این تفاوت از اینرسی منابع این دو شبکه منشا می‌شود. در ریزشبکه‌ها از ذخیره‌سازها برای بهبود پایایی ریزشبکه استفاده می‌شود. در ریزشبکه‌ها به طور معمول سه نوع پایداری گذرا، سیکنال کوچک و ولتاژ مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
د- حفاظت: سیستم حفاظتی ریزشبکه باید قابلیت جداسازی ریزشبکه از شبکه اصلی را در مواقع رخداد خطارا داشته باشد. با گسترشمنابع تولید پراکنده منطق حفاظتی در شبکه تغییر کرده است. بنابراین تنظیم قدیمی رله‌هابه درد حفاظت سیستم جدید نمی‌خورند.استفاده از منابعی که با مبدل به ریزشبکه متصل می‌شوند، حفاظت ریزشبکه را مخصوصا در حالت جزیره‌ای که سطوح اتصال کوتاه تغییر می‌کنند با مشکلات فراوانی مواجه کرده است. از طرف دیگر به علت تغییر شارش توان در ریزشبکه، تنظیم رله‌ها نیز باید تغییر کنند.تحقیقات بیشتر به سمت حفاظت تطبیقی83در ریزشبکه‌ها رفته است. در این روش داده‌های رله‌ها به صورت پریودیک کنترل و تنظیم می‌شوند[26].
ه- تشخیص قطع شدن از شبکه: اتصال و قطع ریزشبکه از شبکه توزیع از اهمیت بالایی برخوردار است. چون در اکثر اوقات در حال دریافت یا تزریق توان به شبکه اصلی است، اشتباه در این کار موجب نامتعادلی در شبکه خواهد شد. در بازه زمانی قطع، با کنترل ذخیره‌سازها انرژی ولتاژ و فرکانس ریزشبکه حفظ می‌شود. در زمان اتصال هم دامنه و فاز بودن ولتاژ دو شبکه از اهمیت بالایی برخوردار است.
و- بهره‌برداری اقتصادی: بهره‌برداری نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. با اجرای خصوصی‌سازی و تجدیدساختار شبکه قدرت، روند بهره‌برداری از ریزشبکه‌ها نیز دستخوش تغییر نموده است. زیرا طریقه بهره‌برداری همواره بر اساس مسائل اقتصادی صورت خواهد پذیرفت. در این شرایط کنترل ریزشبکه نیز بر اساس این مبانی انجام می‌پذیرد.
روش‌های کنترلی ریزشبکه‌ها
با توجه به اهمیت وجود ریزشبکه‌ها، در این بخش روش‌های کنترلی ریزشبکه، مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور کلی ریزشبکه‌ها در دو حالت مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند.
1- متصل به شبکه: در این حالت ریزشبکه به شبکه توزیع بمنظور تامین برق مورد نیاز خود یا برای تزریق توان به شبکه توزیع متصل می‌باشد.
2-جدا از شبکه: در این حالت ریزشبکه به شبکه توزیع متصل نبوده و بصورت مستقل مورد بهره‌برداری قرار گرفته و مانند یک جزیره84 مستقل و بی‌ارتباط با خارج عمل می‌کند. معمولا به علت خطا یا قطعی‌ها ریزشبکه به حالت ایزوله در خواهد آمد [27].
در حالت متصل به شبکه، ریزشبکه با اهداف گوناگونی از جمله کنترل ولتاژ، فرکانس، بهبود کیفیت توان تحویلی به مصرف‌کنندگان و یا به عنوان یک خدمات جانبی کنترل می‌شود[28،29]. فرکانس در شبکه‌های سنتی توسط نیروگاه‌های بزرگ و ولتاژ توسط ترانسفورماتورهای دارای تپ تنظیم می‌شوند. اما در حالت جزیره‌ای این تنظیم کار دشواری است. برای کنترل فرکانس از توان اکتیو منابع، حذف بار85 و برای کنترل ولتاژ و بهبود کیفیت توان از توان اکتیو و راکتیو منابع استفاده می‌شود [30].
به علت محدود بودنژنراتورهای سنکرون در ریزشبکه، از این منابع برای کنترل ولتاژ و فرکانس نمی‌توان استفاده کرد. در این شرایط وظیفه کنترل ولتاژ و فرکانس شبکه برعهده منابع تولید پراکنده است. بنابراین باید از ساختارهای کنترلی متفاوتی نسبت به سیستم سنتی، استفاده نمود.
انوع سیستم کنترلی ریزشبکه‌ها به صورت زیر قابل دسته‌بندی هستند:
کنترل متمرکز
کنترل غیرمتمرکز
کنترل سلسه مراتبی
کنترل چند عامله
کنترل بر اساس روش‌های کنترل بهینه و الگوریتم‌های بهینه‌سازی
کنترل متمرکز
در روش متمرکز المان‌های زیردست فرمان‌های کنترلی را از المان بالا دستی دریافت می‌کنند. دو روش برای کنترل در این ساختار توسعه داده شده است. در روش اول، یکی از منابع ریزشبکه کنترل منابع دیگر را بر عهده می‌گیرد. در روش دوم کنترل مرکزی ریزشبکه (86MGCC) این کار را بر عهده می‌گیرد. این کنترل با توجه به ولتاژ و فرکانس، تنظیمات تمامی منابع را می‌تواند تغییر دهد. روش‌های چند عامله نیز در زیرمجموعه همین کنترل مرکزی قرار می‌گیرند[31،32].
در حال حاضر ریز شبکه‌ها به صورت مرکزی کنترل می‌شوند که این کنترل در نقطه اتصال به شبکه توزیع قرار گرفته است. کنترلر مرکزی ریزشبکه چندین هدف مهم را به طور همزمان دنبال می‌کند، مانند مدیریت اقتصادی ریزشبکه، تامین بار شبکه در سطح ولتاژ معین، کنترل فرکانس و… را بر عهده دارد. در این روش کنترلی، سطوح کنترل دیگری نیز وجود دارند که شامل کنترلر بارها (LC87) (مجموعه بارها) و کنترلر منابع پراکنده (MC88) است. کنترلرهای نصب شده در این دو وضعیت به تبادل اطلاعات با مدیریت مرکزی ریزشبکه می‌پردازند. بدین ترتیب کنترلر مرکزی ریزشبکه، عملکرد ریزشبکه را مدیریت می‌کند. برنامه‌های کنترل بار بیشتر به صورت حذف بار89 بوده و کنترلرهای منابع تولید پراکنده به کنترل توان اکتیو و راکتیو می‌پردازند. (شکل 2 8)
شکل 17 منطق کنترلی مرکزی
روش‌های کنترل ریزشبکه در حالت جزیره‌ای
جزیره‌ای شدن ریزشبکه به علت وقایع غیر برنامه‌ریزی شده مثل خطاها یا وقایع برنامه‌ریزی شده مانند تعمیر و نگهداری روی می‌دهد. در شرایط جزیره‌ای برای کنترل فرکانس و ولتاژ باید از مبدل‌ها بهره جست. در حالی که ریزشبکه به شبکه توزیع متصل است مبدل‌های منابع تولید پراکنده به صورت PQ کنترل می‌شوند زیرا شبکه توزیع به عنوان مرجع فرکانس و ولتاژ عمل می‌کند. اما در حالت جزیره‌ای که شبکه توزیع وجود ندارد، با تغییر پارامترها و بهینه‌سازی کنترل مبدل‌ها، این تغییر شرایط پوشش داده می‌شود. دو روش زیر برای کنترل در حالت جزیره‌ای استفاده می‌شود:
بهره‌برداری تک قطبی(SMO90)
بهره‌برداری چند قطبی(MMO91)
الف- بهره‌برداری تک قطبی
در این روش از مبدل VSI برای کنترل ولتاژ و فرکانس در هنگام قطعی و ایجاد اشکال استفاده می‌شود. باقی مبدل‌ها به صورت PQ عمل کرده و داده‌های تنظیم خود را از MGCC دریافت خواهند کرد (شکل 2 9).
شکل 18 کنترل ریزشبکه به صورت SMO
ب- بهره‌برداری چند قطبی
در این ساختار چند مبدل به صورت VSI بعنوان مرجع فرکانس و توان راکتیو انجام وظیفه می‌کنند. این مبدل‌ها می‌توانند به منابع ذخیره انرژی (مانند باطری‌ها و چرخ‌های طیار) یا منابع تولید پراکنده متصل شوند. این مبدل با توجه به فرکانس شبکه توان اکتیو خروجی خود را تنظیم می‌کند. در زمان انحراف فرکانس، ذخیره‌سازهای انرژی درحالت جذب یا تزریق توان اکتیو قرار گرفته تا تغییرات فرکانس را به صفر برسانند. با توجه به انرژی محدود این ذخیره‌سازها، کنترل فرکانس با آن‌ها تنها در مدت زمان محدودی امکان‌پذیر خواهد بود. مبدل‌هاPQ مانند حالت قبل به کار خود ادامه داده و کنترل مرکزی MGCC با تغییر مشخصات، پارامترها و تعریف نقاط جدید کار، کنترل هر چه بهتری بر روی ریزشبکه انجام خواهد دهد (شکل 2 10).
شکل 19 کنترل ریزشبکه به صورت MMO
کنترل غیر متمرکز
در روش کنترل غیر متمرکز منابع تولید پراکنده به تنهایی منطقه تحت پوشش خود را بر اساس اندازه‌گیری‌های محلی کنترل می‌کنند. در واقع هر منبع برای خود کنترل مخصوص به خود را داشته و میزان تولید خود را برای کنترل ولتاژ و فرکانس به تنهایی تغییر می‌دهد. (شکل 2 11)
شکل 20 منطق کنترلی توزیع شده
هر کدام از کنترلرها باید ویژگی‌های زیر را تامین کنند:
توانایی تسهیم بارها را داشته باشد (خطی یا غیرخطی)
پایداری کل سیستم را تضمین کند
کنترل مبدل باید از ایجاد افست(Offset) ولتاژ DC در ریزشبکه جلوگیری کند
از منظر کنترل غیرمتمرکز، ساختار تولیدپراکنده بر اساس امپدانس اتصال به شبکه، دسته‌بندی می‌شود. در شبکه‌های گسترده، امپدانس القایی بوده، بنابراین دامنه و فاز ولتاژ منابع در نقاط اتصال با یکدیگر به شدت متفاوت خواهد بود. هرچه از گستردگی شبکه کاسته شود، مقاومت امپدانس‌ها افزایش یافته و تنها اختلاف دامنه ولتاژها کاهش می‌یابد. در شبکه‌های کوچک امپدانس کاهش یافته و مقاومتی می‌شود. بنابراین نه دامنه و نه فاز ولتاژ منابع در نقاط اتصال، تغییر زیادی نخواهد کرد.
در مقاله [33] کنترل مبدل‌های موازی برای ریزشبکه‌ها مورد بررسی قرار گرفت است. در این کار فرض شده است که امپدانس غالب القایی بوده و از مقاومت صرفنظر شده است. در این روش بر اساس منحنی کاهشی، فرکانس با توجه به توان اکتیو و ولتاژ با توجه به توان راکتیو تنظیم می‌شود. نشان داده می‌شود که نیازی به PLL92 نبوده و توان بار بر اساس مقادیر نامی مبدل‌ها بین آن‌ها قابلیت تقسیم دارد. با توسعه روش کنترل کاهشی، جریان هارمونیکی که به علت بار غیر خطی ایجاد می‌شود را نیز می‌توان بین مبدل‌ها تقسیم کرد. اما مطالعات زیادی بر روی اعوجاج ولتاژ و اثرات نویز در این سیستم کنترلی انجام نشده است.[34]
یکی از مشکلات اصلی کنترل کاهشی، تغییر ولتاژ و فرکانس با تغییر بار می‌باشد. کنترل کاهشی تقسیم بار مطمئنی انجام می‌دهند ولی موجب انحراف بزرگی در ولتاژ و فرکانس می‌شوند. بنابراین باید سیستمی برای تصحیح این دو مقدار بر اساس استاندارد IEEE1574 [35] وجود داشته باشد. بنابراین از کنترل ثانویه ولتاژ و فرکانس برای این کار استفاده می‌شود. البته زمان عملکرد طولانی‌تری نسبت به کنترلر کاهشی دارد.
تحقیقات نشان داده است که روش‌های کنترل کاهشی قدیمی در شبکه‌هایی که امپدانس اتصالی مقاومتی دارند، کارایی خود را از دست می‌دهند. در این شبکه ولتاژها تحت تاثیر توان اکتیو بوده (P-V) و فرکانس شبکه از توان راکتیو(Q-f) تاثیر می‌پذیرد. دو روش مختلف برای حل این مشکل پیشنهاد شده است. در روش اول، با مطالعه تغییرات فرکانس و ولتاژ بر اساس توان اکتیو و راکتیو برای مقادیر مختلف نسبت اندوکتانس به مقاومت، روشی برای جداسازی93 کنترل‌های کاهشی ولتاژ و فرکانس بر اساس مختصات مرجع (بر اساس نسبت راکتانس به مقاومت) پیشنهاد شده است [36]. روش دوم از امپدانس مقاومتی مجازی در خروجی مبدل استفاده می‌کند. با این کار امکان جدا نمودن کنترلرهای کاهشی ولتاژ و فرکانس از یکدیگر ایجاد می‌شود. [37]
در تمامی کنترل‌های غیر متمرکز می‌توان از استراتژی امپدانس مجازی به همراه منحنی کاهشی، و کنترل ثانویه برای برگرداندن ولتاژ و فرکانس استفاده کرد.
بررسی پایداری کنترلرهای غیرمتمرکز در ریزشبکه‌ها
واسط‌های الکترونیک قدرت با استفاده از اندازه‌گیری‌های محلی در سیستم کنترلی غیرمتمرکز، منابع را کنترل می‌کنند. از این رو پایداری ریزشبکه‌ها اهمیت پیدا می‌کند. اهمیت موضوع از این جهت است که تجهیزاتی که خود پایدار هستند، آیا می‌توانند پایداری سیستم اصلی را تضمین کنند.
کارهای اخیر نشان داده است که سیستمی شعاعی با خطوطی اندوکتیو به همراه کنترل کاهشی فرکانس و ولتاژ، به همراه حلقه‌های کنترل داخلی ولتاژ، همواره دارای پایداری سیگنال کوچک در برابر تغییرات کاهشی معقول است [32].
نقطه بهره‌برداری سیستم که در مطالعات سیگنال کوچک از آن استفاده می‌شود به ولتاژ و فرکانس وابسته است. تحقیق‌ها نشان داده که پایداری سیگنال کوچک به نقطه کار ریزشبکه وابسته است [38]. برای مطالعات سیگنال کوچک، اجزای ریزشبکه که شامل مبدل‌های قدرت، منابع ذخیره‌ساز انرژی، منابع تولیدپراکنده و ژنراتور سنکرون است، باید مدل شوند [39]. البته کارهای انجام شده تا کنون با منابع محدود، بوده است حداکثر تا سه منبع پراکنده در ریزشبکه در نظر گرفته شده است. البته تعدادی از تحقیقات سیستم‌های بزرگ را نیز مورد بررسی قرار داده‌اند که با استفاده از روش‌های محاسباتی94 برای تحلیل استفاده کرده‌اند. اساس این روش‌ها مدل حالت95 سیستم است که در مطالعات گذرا و ماندگار مورد استفاده قرار می‌گیرد
