منابع پایان نامه ارشد درباره شهر هوشمند، اتحادیه اروپا، سلسله مراتبی، توسعه فناوری

دانلود پایان نامه ارشد

، پیل‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی، توربین‌های بادی و چندین فناوری دیگر است. البته استفاده از منابع تولیدپراکنده موجب مشکلاتی نظیر تغییر سطوح اتصال کوتاه، تغییر مسیر جریان درشبکه، بهم ریختن زون‌های حفاظتی و مشکلات پایداری خواهد شد.
راه حل اصلی مشکل استفاده از زیر سیستمی است که قابلیت کنترل هماهنگ و مرکزی منابع تولید پراکنده، بارهای کنترل‌پذیر و کنترل ناپذیر، تجهیزات ذخیره‌ساز نظیر چرخ‌های طیار56، خازن‌ها و باتری‌ها را داشته وهمچنین توانایی کار به صورت متصل به شبکه و جدا از شبکه را داشته باشد.ریزشبکه المان اصلی در تجمیع منابع تولید پراکنده و منابع ذخیره انرژی محسوب می‌شود.
فواید ریزشبکه‌ها را می‌توان به صورت زیر دسته‌بندی نمود[7]:
افزایش پایایی57 محلی
کاهش تلفات شبکه
حفظ سطوح ولتاژ محلی در محدوده تعیین شده
افزایش راندمان انرژی با استفاده از سیستم CHP58
اصلاح افت ولتاژ 59
تامین بار بدون وقفه
ریزشبکه‌ها دارای دو مد عملکردی هستند[8]:
متصل به شبکه
عملکرد جزیره‌ای
در حالت متصل به شبکه، ریزشبکه می‌تواند به شبکه توان تزریق کرده یا از آن دریافت کند. عملکرد آن به اهداف کنترلی ریزشبکه وابسته است. اهداف می‌تواند شامل مسائل بازار برق، کنترل ولتاژ، کنترل فرکانس یا پایداری شبکه باشد. بر اساس این اهداف سیستم کنترلی ریزشبکه میزان توان دریافتی یا تزریقی به شبکه و ساعاتی که باید این کار را انجام دهد را مشخص می‌کند.به طور مثال در ساعاتی که قیمت برق شبکه از قیمت برق تولیدی ریزشبکه بیشتر است، ریزشبکه تمامی تولیدات خود را برای تامین بار وارد مدار خواهد کرد.
ریزشبکه‌های جزیره‌ای کاربردهایی در صنایع هوایی، دریایی، مناطق روستایی دارد. در این حالت، ریزشبکه از شبکه اصلی جدا شده(می‌تواند دلایل حفاظتی و یا امنیتی داشته باشد)و بارهای خود را با توجه به تولیدات موجود در ریزشبکه تامین می‌کند. در این شرایط با توجه به ظرفیت تولیدات پراکنده، بارهای اضافی قطع خواهند شد. منابع تولیدپراکنده دارای اینرسی بالایی نبوده، بنابراین با کوچکترین تغییر در بار،ریزشبکه میتواند ناپایدار شود. بر این اساس کنترل ریزشبکه در این شرایط، با اهداف دیگری انجام می‌شود.
به طو کلی مفهوم ریزشبکه یعنی برای استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده باید از سیستمی استفاده کرد که در آن تولید و بارهای مربوطه، در قالب یک شبکه کوچک عمل می‌کنند. از مزایای مهم استفاده از این روش این است که در هنگام بروز مشکلات در شبکه، تولید و بارهای مربوطه را می توان از سیستم توزیع جدا کرد بدون اینکه به کل شبکه انتقال آسیبی برسد.

ریزشبکه‌های استفاده شده در جهان
طرح و پروژه ریزشبکه در واقع بخشی از پروژه تحقیقاتی اتحادیه اروپا بوده وبا هدف بررسی بهره‌برداری، کنترل، حفاظت، ایمنی و زیرساخت‌های ارتباطاتیریزشبکه‌ها انجام پذیرفته است. اهداف این پروژه افزایش نفوذ نسلجدید میکرو-ژنراتور در شبکه‌های الکتریکی با استفاده از مفهوم ریزشبکه است. همچنین بررسی استراتژی‌های مختلف کنترل میکرو-ژنراتورها، جایگزینی طرح‌های جدید برای شبکه توزیع، توسعۀ ابزار جدید برای کنترل چندین ریزشبکه و استانداردسازی تکنیکی و تجاری پروتکل‌ها است[9].
سازمان توسعه فناوری صنعتی و انرژی های نو (NEDO)در ژاپن 2 پروژه تحقیقاتی را در سه شهر متفاوت شروع کرد[10].در پروژه اول بارهای دور افتاده از شبکه را با استفاده از تولیدات پراکنده تغذیه کردند. در پروژه دوم با استفاده از منابع پراکنده مانند پیل سوختی بارهای متصل به شبکه را تغذیه کردند.
در میان برنامه‌های شبکه‌های الکتریکی هموشمند و ریزشبکه‌ها در سراسر جهان، پایلوت‌های بسیاری در حال برنامه‌ریزی و اجرا هستند. به هر حال، جزئیات اطلاعات و نتایج تست واقعی پایلوت‌های ریزشبکه‌ها به طور محدود موجود است. در برخی حالت‌‌ها، باید توجه نمود که لفظ ریزشبکه در برخی مواقع به شبکه‌ای اطلاق می‌شود که برخی ویژگی‌های ریزشبکه یا شبکه الکتریکی هوشمند ( و نه همه آن‌ها را ) دارد و تمام کارکرد‌های ریزشبکه که به آن اشاره شد را دارا نمی‌باشد. برخی از نمونه‌های ریزشبکه‌ها و شبکه‌های الکتریکی هوشمند در سراسر جهان عبارتند از :
شهرهوشمند60در مالاگای اسپانیا
پایلوت یک شهر هوشمند در مالاگا در اسپانیا در ال برنامه‌ریزی و اجرا است. در این پروژه 11 کمپانی بزرگ و 14 مرکز تحقیقاتی مشارکت دارند. این شهر هوشمند شامل تولید انرزی در سطح ولتاژ متوسط (MV)و ولتاژ پایین (LV)، ذخیره‌ساز انرژی، اتوماسیون شبکه، سیستم پاسخ‌گویی بار و اندازه‌گیری هوشمند است. در این پروزه، سیستم مخابراتی که در آن عمدتا از کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر 61و فیبرنوری استفاده می‌شوند، نقش مهمی دارد. سیستم مبتنی بر پروتکل‌های اینترنتی برای ارسال و تحویل داده‌ها استفاده می‌شوند. شهر هوشمند مالاگا دارای اغلب ویژگی‌های ریزشبکه است اما دارای ویژگی بهره‌برداری به صورت مستقل 62نیست.
ریزشبکهارتشامریکا
ریزشبکه یک بستر کارا برای برق‌رسانی به مصرف‌کننده‌های حساس است که سطح بالایی از امنیت انرزی را طلب می‌کنند. هدف ارتش امریکا بهبود بازدهی و قابلیت اطمینان انرژی با فناوری جدید و استفاده از منابع انرژی تجدید‌پذیر است. برای استفاده از فناوری جدید، ارتش امریکا نیازمند بهره‌برداری ریزشبکه در حالت جزیره‌ای است. ویژگی‌های دیگری از قبیل بارزدایی هوشمند و روش‌های کنترل پیشترفته در نمایش اولیه این پروژه در for still ایالت Oklahoma تست و بررسی شده‌است. امنیت سایبری به طور واضح از اهمیت بسیار بالایی برای پروژه‌های نظامی برخوردار بوده و به همین جهت در نقاط مختلف از قبیل Pearl-hickam و Camp Smith ایالت هاوایی، Fort Carson ایلت کولورادا تست شده است. به علاوه، مسائلی از قبیل کنترل گسترده و طراحی مفهمی برای سیستم جزیر‌ای مورد توجه قرار گرفته است.
ریزشبکه Hailuto فنلاند
در ریزشبکه Hailuto فنلاند، پایلوت واقعی ریزشبکه هنوز راه‌اندازی نشده است اما عملکرد جزیره‌ای آن تست شدخ است. Hailuto جزیره‌ای در کنار دریا نزدیک Oulu است. ایده اصلی تست، شروع عملکرد جزیره‌ای در حالت وقوع خطا در شبکه اصلی است. در طول عملکرد جزیره‌ای، مصرف‌کنندگان در Hailuto خروج توان را تجربه می‌کنند. به هر حال، شبکه جزیره‌ای، به طور اتوماتیک با ژنراتورهای دیزل و بادی ایجاد می‌شود.
تنظیمات حفاظتی مختلف برای عملکرد ریزشبکه در حالت نرمال و جزیره‌ای مورد استفاده قرار گرفته است. هدف اصلی، سنکرون کردن جزیره‌ با شبکه اصلی بلافاصله پس از یک خروج است. نتایج تست عملکرد حالت جزیره‌ای هنوز بصورت گسترده منتشر نشده است اما آنچه مشخص است عملکرد حالت جزیره‌ای اگر چه ویژگی‌های یک ریزشبکه‌های واقعی را ندارند، اما بسیار به آن شبیه است. به عملکرد جزیره‌ای در شبکه MV تست شده که یک چالش جذاب است.
میدان تست Mannheim آلمان
ریزشبکه تست شده در Mannheim آلمان بخشی از یک پروژه ریزشبکه Moor در سال 2009 است. در ابتدا تست گسترده‌تری از ریزشبکه برنامه‌ریزی شده بود اما به دلیل برخی مشکلات،نهایتا تست در مرکزKinderhaus انجام گرفت. مشکل عمده این مسئله کمبود ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی، مشکلات قراردادی و قانونی با مالکان و مشترکین مورد نظر بوده است. در Kinderhaus انتقال بین عملکرد حالت بهره‌برداری جزیره‌ای و متصل به شبکه تست شده است. همچنین، سیستم ذخیره‌ساز انرژی و پشتیبان63 برای کنترلفرکانس مورد استفاده قرار گرفته است. حالت جزیره‌ای حدود 15 دقیقه طول کشیده و در این مدت، به دلیل کمبود بار در ریزشبکه، فرکانس از Hz50 به Hz52 افزایش یافته‌است. سیستم کنترل بار در طول عملکرد جزیره‌ای استفاده نمی‌شود گرچه در تست جداگانه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر کنترل فرکانس،یافته‌های جالب گزارش این پروژه تصویر واقع‌گرایانه‌ای در خصوص پیاده‌سازی تست‌های میدانی ریزشبکه‌ها و یکپارچه‌سازی ریزشبکه‌ها با شبکه‌های توزیع در مقیاس وسیع64ارائه می‌نماید.
ریزشبکه کره‌جنوبی
ریزشبکه موسسه تحقیقات فناوری الکتریکی کره‌جنوبی65(KERI) که در پروژه‌های مختلفی در زمینه تولید‌پراکنده، ذخیره‌سازی انرژی و ریزشبکه‌ها فعالیت داشته است، براساس برنامه‌ریزی در دو فاز جداگانه بین سال‌های2007 تا 2012 اجرا شده‌است. فاز اول روی تست ریزشبکه مقیاس کوچک(kw100) ولتاژ پایین و فاز دوم روی ریزشبکه در حد چندمگاوات متمرکز است. نتایج شبیه‌سازی، تست آزمایشگاهی ریزشبکه ولتاژ پایین براساس بار ساختگی 66(و نه پرفیل بار واقعی مشترکان) انجام شده است.
ساختار ریزشبکه
ساختار ریزشبکه‌ها معمولا به صورت شعاعی است. هر ریزشبکه شامل بارهای گوناگون (کنترل‌پذبر، کنترل‌ناپذیر، صنعتی، خانگی و…) و انواعمنابع تولید پراکنده است (شکل ‏21 و شکل ‏22).ریزشبکه توسط یک کلید در نقطه مشترک (PCC67) به شبکه توزیع متصل می‌شود.

شکل 10 ساختار ریزشبکه پایه

شکل 11 ریز شبکه پایه مورد نظر اتحادیه اروپا [11]
این طرح‌ها شامل شبکه فشارضعیف، بارهای مصرفی که برخی از آن‌ها قابل قطع هستند، منابع تولید، منابع ذخیره انرژی و سیستم سلسله مراتبی کنترل هستند. در ادامه اجزای مختلف ریزشبکه که شامل منابع پراکنده، ذخیره‌سازها و مبدل‌هااست، به اختصار توضیح داده می‌شود.
منابع تولید پراکنده
تجدید ساختار و خصوصی‌سازی از یک سو و افزایش مشکلات محیط زیستی (افزایش گازهای گلخانه‌ای) از سوی دیگر، عوامل اصلی گسترش منابع تولید پراکنده در سطح شبکه هستند.افزایش منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع باعث افزایش پایایی و پایداری شبکه، کاهش تلفات خطوط، کاهش هزینه تولید برق و بهبود بهره‌برداریاز شبکه خواهد شد. از سوی دیگر در آیندهتوسعه سیستم تولید (GEP68) با سرمایه گذاری کمتری امکان‌پذیر خواهد شد.این منابع شامل میکرو توربین‌ها، ژنراتورهای بادی، سلول‌های خورشیدی و پیل های سوختی که با استفاده از مبدل‌ها به شبکه متصل می‌شوند.
با وجود مزایای ذکر شده، میزان نفوذ منابع تولیدپراکنده به میزان پیش‌بینی شده نمی‌باشد.موانع مهم برای توسعه استفاده از تولیدات پراکنده، قیمت اولیه بالا، نیاز به مهندسین آموزش دیده برای تعمیر و نگهداری این دستگاه‌ها و نیاز به تغییر سیستم حفاظتی در صورت اتصال به شبکه است.
ذخیره‌ساز انرژی
در سیستم قدرت با توجه به اینرسی نیروگاه‌ها، تغییر ناگهانی بار شبکه تاثیر ناچیزی بر روی فرکانس خواهد داشت. در واقع اینرسی نیروگاه‌ها زمان کافی را برای تغییر تولید، به بهره‌بردار می‌دهد.اما در ریزشبکه‌ها که از منابع تولید پراکنده (با اینرسی کم و زمان پاسخگویی بالا)تشکیل شده است، امکان تامین تغییرات انرژی مصرفی نمی‌باشد. بنابراین در صورت تغییر توان درخواستی، ریزشبکه‌ها نیاز به تجهیزی دارند که تا زمان اتخاذ و اجرای تصمیم سیستم کنترلی،توان شبکه را تامین کند. این کار را ذخیره‌سازهای انرژی که سرعت پاسخگویی بالایی دارند، برعهده می‌گیرند.[12]
به علت زمان زیاد پاسخگویی بعضی از منابع تولید پراکنده (از 10 تا 200 ثانیه) نظیر پیل‌های سوختی و میکروتوربین‌ها، ذخیره‌ساز باید قادر به تامین انرژی برای ایجاد تعادل در زمان ایجاد اغتشاش‌ها و تغییر ناگهانی بار باشد. به این نکته نیز باید توجه کرد که ذخیره‌سازها جزو منابع انرژی محدود محسوب می‌شوند.
مبدل‌های الکترونیک قدرت
اغلب منابع تولید پراکنده با توجه به مشخصه تولیدشان، قابلیت اتصال مستقیم به ریزشبکه را ندارند. بنابراین برای اتصال به شبکه از مبدل‌های الکترونیک قدرت(DC/AC) یا مبدل‌های (AC-DC/AC)استفاده می‌کنند (شکل ‏23). از سوی دیگر تجهیزات الکترونیک قدرت نقش کلیدی در انقلاب ریزشبکه‌ها ایفا می‌کنند. در آینده‌ای نه چندان دور می‌توان تصور کرد که شبکه از تعدادی ریزشبکه متصل به هم تشکیل شده است بر این اساس کنترل این مبدل‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

شکل 12 اتصال تولید پراکنده به ریزشبکه
استراتژی‌های مختلفی برای کنترل مبدل‌ها وجود دارد[13و 14].
کنترل مبدل به صورت PQ: در این حالت مبدل در نقطه اتصال

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد درباره فتوولتائیک، انرژی باد، توسعه فناوری، مقیاس تولید Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره قابلیت اطمینان، عملکرد کنترل، پایداری ولتاژ، توربین بادی