توضیحات

تحقیق بازآرایی میکروگرید با هدف بهبود قابلیت اطمینان و آسیب پذیری شبکه با در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده

با افزایش روزافزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، کلیه کشورها با مشکل انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه مردم مسئله‌ای اساسی است. انرژی در تمام شئون جامعه انسانی رسوخ کرده و جنبههای مختلف آن از زندگی روزانه خانوادگی گرفته؛ تأسیسات جهانی و بینالمللی و طرحهای توسعه ملی را تحت تأثیر قرار داده است. نگاهی گذرا به آمارهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی در ایران بیانگر نیازمندی به افزایش سالانه ظرفیت 5000 مگاوات در بخش تولید جهت تأمین تقاضای بار میباشد. بر اساس برنامهریزیهای انجام‌شده انتظار میرود ظرفیت نصب‌شده نیروگاههای کشور تا پایان سال 1392 به رقمی معادل 72550 مگاوات بالغ گردد. از سوی دیگر محدود بودن منابع فسیلی تأمین انرژی، و تأثیرات نامطلوب زیست محیطی ناشی ازسوختهای فسیلی، بخش قابل‌توجهی از تحقیقات و فعالیتهای پژوهشی در حوزه‌ی انرژی را به موضوع انرژی‌های نو و تجدید پذیر معطوف نموده است (‎[1]، ‎[2]، ‎[3]، ‎[4]). یکی از راهکارهای اساسی به‌منظور حل مشکلات مطرح‌شده استفاده از میکروگریدها است. میکروگرید شبکه‌ای با مقیاس کوچک در سطح ولتاژ توزیع است که از پیوستن تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی در سیستمهای ولتاژ پایین یا متوسط شکل میگیرد درواقع یک شبکهی میکروگرید با ترکیبی از انرژیهای تجدیدپذیر همراه با سوخت‌های فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع میپردازد، که از طریق یک نقطهی کوپلنگ مشترک به شبکه توزیع متصل میشود ‎[5]، ‎[6]. منابع تولید پراکنده مورد استفاده در میکروگریدها بر خلاف نیروگاههای مرسوم در شبکه قدرت از نوع منابع [1]DER میباشند که به کمک ادوات الکترونیک قدرت انعطاف لازم را به‌منظور تنظیم ولتاژ، فرکانس و توان در هنگام اتصال به شبکه داشته باشند.

تفاوت بین منابع مورد استفاده در میکروگریدها و نیروگاه‌های مرسوم در صنعت برق شامل موارد زیر میباشد:

منابع مورد استفاده در میکروگریدها دارای ظرفیت کمتری نسبت ژنراتورهای مرسوم در نیروگاههای بزرگ برق میباشند.
تولید انرژی الکتریکی در منابع میکروگرید بر خلاف ژنراتورهای مرسوم در شبکه‌ی برق، در سطح ولتاژ توزیع اتفاق میافتد.
منابع مورد استفاده در میکروگرید برخلاف نیروگاههای بزرگ در نزدیکی مصرفکنندهها نصب می‌شوند تا بارها را با فرکانس و ولتاژ مناسب تأمین نموده و باعث کاهش تلفات در خطوط انتقال شوند ‎[7].

از طرفی دیگر، ایران از لحاظ وضعیت جغرافیایی در شمار کشورهایی است که بهرهبرداری از منابع انرژیهای نو در آن ممکن میباشد. یکی از اهداف بلندمدت صنعت برق کشور به‌کارگیری بیش‌ازپیش انرژیهای نو و منابع تجدیدپذیر انرژی برای کاهش انتشار آلایندههای زیست محیطی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی میباشد. در طول یک دهه گذشته توسعه منابع تولید پراکنده به‌طور وسیعی رشد یافته است. در طی این فرایند شبکه توزیع به یک نگرانی بزرگ برای افراد تبدیل شده است. دلیل اصلی آن این است که این منابع تولید پراکنده در سطح ولتاژهای متوسط و بالا به شبکه توزیع متصل میشوند، و طوری طراحی شدهاند که بارها به‌صورت غیرفعال هستند و شارش توان فقط از پستها به سمت بار میباشد و نه برعکس. به همین دلیل مطالعات بسیاری برای اتصال میکروگریدها به شبکه توزیع انجام شده است، از بحث‌های کنترلی گرفته تا حفاظت، پایداری ولتاژ، کیفیت توان و خیلی موارد دیگر. واحدهای تولید توان کوچک، که معمولاً در نزدیک بار قرار دارند، به‌عنوان یک گزینه برای تأمین نیاز افزایشی به انرژی الکتریکی مشترکان، با تأکید بر قابلیت اطمینان و کیفیت توان و سایر ملاحظات مربوط به مسائل اقتصادی، زیستمحیطی و مزایای فنی، در نظر گرفته خواهند شد ‎[8].

بااین‌حال، با توجه به نفوذ بیش‌ازپیش منابع تولید پراکنده، شبکه توزیع فشار ضعیف را دیگر نمیتوان به‌عنوان یک عنصر غیرفعال متصل به شبکه انتقال در نظر گرفت که تنها شارش توان یکطرفه به سمت آن‌ها برقرار باشد. همچنین تأثیر منابع تولید کوچک در شبکه فشار ضعیف بر روی تعادل توان و کنترل فرکانس بسیار مهمتر خواهد شد.

در پروژههای تحقیقاتی که تاکنون انجام شده است، میکروگرید این‌چنین تعریف میشود: تجمیع منابع تولید توان کوچک در شبکه فشار ضعیف در سطح وسیع.

یک تعریف کامل از میکروگرید به شکل زیر ارائه شده است:

میکروگرید شامل سیستم توزیع فشار ضعیف با منابع تولید پراکنده (میکروتوربین، سلول سوختی، فتوولتائیک و …) به همراه ادوات ذخیرهساز (فلایویل، خازنهای انرژی و باتریها) است. چنین سیستمی میتواند به‌طور غیرمستقل زمانی که به شبکه متصل است و به‌طور مستقل زمانی که از شبکه جدا شده است، عمل کند. بهرهبرداری از منابع کوچک توان در شبکه درصورتی‌که به‌طور مناسب مدیریت و هماهنگی شود، میتواند مزایای زیادی را برای کل سیستم داشته باشد، 3 نکته مهم در این تعریف وجود دارد:

1- میکروگرید جایگاهی برای تجمیع منابع سمت تغذیه (منابع تولید کوچک) و منابع سمت مصرف (ذخیره کنندهها و بارهای کنترلپذیر) میباشد که در یک شبکه توزیع محلی قرار گرفته است.

2- یک میکروگرید باید قادر باشد که هم در شرایط عادی (متصل به شبکه) و هم حالت اضطراری (جدا از شبکه) به کار خود ادامه دهد.

3- تفاوت بین یک میکروگرید و یک شبکه غیرفعال که در آن ریزمنابع وجود دارند، به‌طور عمده در شیوه مدیریت و هماهنگی منابع موجود تولید توان میباشد.

یک میکروگرید میتواند در اندازههای متفاوتی باشد. مثالی از یک میکروگرید به‌عنوان یک شبکه فشار ضعیف، در شکل 1-1 نشان داده شده است. هرچقدر که سایز میکروگرید بیشتر باشد باید با خازنهای متعادلکننده و تجهیزات تولیدی بیشتر از توقف در سمت تولید و سمت مصرف جلوگیری شود، اما در حالت کلی، ماکزیمم ظرفیت میکروگرید (در حالت پیک بار مورد تقاضا) به چند MW محدود میشود. بیشتر از این مقدار ظرفیت به‌عنوان مفهوم میکروگرید چندگانه[2] تلقی میشود که با جدا کردن منابع به‌عنوان میکروگریدهای جدا از هم، بررسی میشود ‎[9]، ‎[10].

نمونه ای از یک میکروگرید به‌عنوان یک شبکه فشار ضعیف

از لحاظ فنی میکروگرید از اتصال منابع تولید کوچک به شبکه فشار ضعیف به وجود میآید. که معمولاً به‌وسیله ادوات کنترلی مدرن و خصوصاً واحدهای الکترونیک قدرت این منابع به شبکه توزیع متصل میشوند. بنابراین یک گروه کنترل‌شده از منابع انرژی متصل به شبکه فشار ضعیف، اما درعین‌حال قابل کار کردن به‌صورت مستقل از شبکه (جزیرهای) میتواند به‌عنوان یک تعریف از میکروگرید باشد.

بهرهبرداری هماهنگ و کنترل ریزمنابع با یکدیگر و با منابع ذخیرهساز مانند فلایویل، خازنهای انرژی، باتریها و بارهای کنترلپذیر مانند آبگرمکن و تهویه هوا، در قلب مفهوم میکروگرید جای دارد. از نقطه‌نظر شبکه یک میکروگرید میتواند به‌عنوان یک نهاد کنترل‌شده درون سیستم قدرت در نظر گرفته شود، که میتواند به‌عنوان یک بار تجمیعشده مستقل عمل کند.

فهرست مطالب تحقیق بازآرایی میکروگرید با هدف بهبود قابلیت اطمینان و آسیب پذیری شبکه با در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده

مقدمه
ضرورت تحقیق بر روی میکروگریدها
حضور میکروگریدها در شبکه‌های توزیع
اثرات ریزشبکهها بر کیفیت توان
اثرات ریزشبکهها بر بازار برق
صرفه اقتصادی ناشی از بکارگیری میکروگریدها
اثرات ریزشبکهها بر محیط زیست
چالشهای ناشی از حضور ميکرو گريد
مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق
جایگاه منابع تولید در ساختار یک میکروگرید
انواع منابع تولید پراكنده
انواع فناوریهای ساخت منابع در میکروگرید
منابع تولید پراکنده پیل سوختی
میکروتوربینها
فناوری طراحی و ساختار ميكروتوربينها
واحدهای تولید پراکنده بادی
زمین‌گرمایی
فناوری تولید در واحدهای تولید زمینگرمایی
منابع تولید زیست-توده
سیستمهای فتوولتائیک
پدیده‌ی فتوولتاییک
سلول فتوولتائیک
مزایای فناوری فتوولتائیک
اجزای تشکیلدهندهی سامانه‌های فتوولتائیک
اینورترها
توانایی اینورتر سیستم فتوولتاییک در تولید توان راکتیو

منابع تحقیق بازآرایی میکروگرید با هدف بهبود قابلیت اطمینان و آسیب پذیری شبکه با در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده

Phillipson, L., & Willis, H. L. (1999). Understanding electric utilities and deregulation. Marcell Decker Inc., New York.

Griffin, T., Tomsovic, K., Secrest, D., & Law, A. (2000, January). Placement of dispersed generation systems for reduced losses. In System Sciences, 2000. Proceedings of the 33rd Annual Hawaii International Conference on (pp. 9-pp). IEEE.

Zareipour, H., Bhattacharya, K., & Canizares, C. A. (2004, August). Distributed generation: current status and challenges. In Annual North American Power Symposium (NAPS) (pp. 1-8).

Barker, P. P., & De Mello, R. W. (2000). Determining the impact of distributed generation on power systems. I. Radial distribution systems. In Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE (Vol. 3, pp. 1645-1656). IEEE.

Hatziargyriou, N., Kariniotakis, G., Jenkins, N., Peças, J., Oyarzabal, L. J., Kanellos, F., … & Larrabe, Z. (2004). Modelling of micro-sources for security studies.

Lasseter, R. H. (2010). Microgrids and distributed generation. Intelligent Automation & Soft Computing, 16(2), 225-234.

Katiraei, F., & Iravani, M. R. (2006). Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units. IEEE transactions on power systems, 21(4), 1821-1831.

Piagi, P., & Lasseter, R. H. (2006, June). Autonomous control of microgrids. In 2006 IEEE Power Engineering Society General Meeting (pp. 8-pp). IEEE.

Katiraei, F., Iravani, R., Hatziargyriou, N., & Dimeas, A. (2008). Microgrids management. IEEE Power and Energy Magazine, 6(3), 54-65.

Lasseter, R. H. (2002). Microgrids. In Power Engineering Society Winter Meeting, 2002. IEEE (Vol. 1, pp. 305-308). IEEE.

Hatziargyriou, N., Asano, H., Iravani, R., & Marnay, C. (2007). Microgrids. IEEE power and energy magazine, 5(4), 78-94.

Dugan, R. C., McDermott, T. E., & Ball, G. J. (2001). Planning for distributed generation. IEEE industry applications magazine, 7(2), 80-88.

Brown, R. E., Pan, J., Feng, X., & Koutlev, K. (2001). Siting distributed generation to defer T&D expansion. In Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2001 IEEE/PES (Vol. 2, pp. 622-627). IEEE.

El-Khattam, W., & Salama, M. M. A. (2004). Distributed generation technologies, definitions and benefits. Electric power systems research, 71(2), 119-128.

Kuri, B., & Li, F. (2004, June). Distributed generation planning in the deregulated electricity supply industry. In Power Engineering Society General Meeting, 2004. IEEE (pp. 2085-2089). IEEE.

El-Zonkoly, A. M. (2011). Optimal placement of multi-distributed generation units including different load models using particle swarm optimisation. IET generation, transmission & distribution, 5(7), 760-771.

Hussain, I., & Roy, A. K. (2012, March). Optimal distributed generation allocation in distribution systems employing modified artificial bee colony algorithm to reduce losses and improve voltage profile. In Advances in Engineering, Science and Management (ICAESM), 2012 International Conference on (pp. 565-570). IEEE.

Abu-Mouti, F. S., & El-Hawary, M. E. (2011). Optimal distributed generation allocation and sizing in distribution systems via artificial bee colony algorithm. IEEE transactions on power delivery, 26(4), 2090-2101.

Miranda, V., Ranito, J. V., & Proenca, L. M. (1994). Genetic algorithms in optimal multistage distribution network planning. IEEE Transactions on Power Systems, 9(4), 1927-1933.

Patra, S. B., Mitra, J., & Ranade, S. J. (2005, June). Microgrid architecture: a reliability constrained approach. In IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2005 (pp. 2372-2377). IEEE.

Zhu, D., Broadwater, R. P., Tam, K. S., Seguin, R., & Asgeirsson, H. (2006). Impact of DG placement on reliability and efficiency with time-varying loads. IEEE Transactions on Power Systems, 21(1), 419-427.

Basu, A. K., Bhattacharya, A., Chowdhury, S. P., Chowdhury, S., and Crossley, P. A., (2008). Reliability study of a micro grid system with optimal sizing and placement of DER, In SmartGrids for Distribution,. IET-CIRED. CIRED Seminar, (pp. 1-4).

Katiraei, F., & Iravani, M. R. (2005, June). Transients of a micro-grid system with multiple distributed energy resources. In Proc. of the international conf. on Power System Transients (IPST05).

Das, D. (2006). A fuzzy multiobjective approach for network reconfiguration of distribution systems. IEEE transactions on power delivery, 21(1), 202-209.

Wallnerstrom, C. J., & Hilber, P. (2012). Vulnerability analysis of power distribution systems for cost-effective resource allocation. IEEE Transactions on power systems, 27(1), 224-232.

Lasseter, R. H., Eto, J. H., Schenkman, B., Stevens, J., Vollkommer, H., Klapp, D., & Roy, J. (2011). CERTS microgrid laboratory test bed. IEEE Transactions on Power Delivery, 26(1), 325-332.

Lee, C. T., Chu, C. C., & Cheng, P. T. (2013). A new droop control method for the autonomous operation of distributed energy resource interface converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 28(4), 1980-1993.

Rowe, C. N., Summers, T. J., Betz, R. E., Cornforth, D. J., & Moore, T. G. (2013). Arctan power–frequency droop for improved microgrid stability. IEEE Transactions on Power Electronics, 28(8), 3747-3759.

Babazadeh, M., & Karimi, H. (2013). A robust two-degree-of-freedom control strategy for an islanded microgrid. IEEE transactions on power delivery, 28(3), 1339-1347.

Wang, A., Luo, Y., Tu, G., & Liu, P. (2011). Vulnerability assessment scheme for power system transmission networks based on the fault chain theory. IEEE Transactions on power systems, 26(1), 442-450.

Ten, C. W., Liu, C. C., & Manimaran, G. (2008). Vulnerability assessment of cybersecurity for SCADA systems. IEEE Transactions on Power Systems, 23(4), 1836-1846.

Carrión, M., Arroyo, J. M., & Alguacil, N. (2007). Vulnerability-constrained transmission expansion planning: A stochastic programming approach. IEEE Transactions on Power Systems, 22(4), 1436-1445.

Yu, X., & Singh, C. (2004). A practical approach for integrated power system vulnerability analysis with protection failures. IEEE Transactions on Power Systems, 19(4), 1811-1820.

DeMarco, C. L., & Overbye, T. J. (1990). An energy based security measure for assessing vulnerability to voltage collapse. IEEE Transactions on Power Systems, 5(2), 419-427.

Fouad, A. A., Zhou, Q., & Vittal, V. (1994). System vulnerability as a concept to assess power system dynamic security. IEEE Transactions on Power Systems, 9(2), 1009-1015.

Yijia, C. X. S. K. C. (2007). Structural Vulnerability Analysis of Large Power Grid Based on Complex Network Theory [J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 10, 026.

Ying, S., & Jilai, Y. (2009). Power grid vulnerability assessment based on electrical dissection information of the electric power network. Proceedings of the CSEE, 29(31), 34-39.

Gonzalez, A., Echavarren, F. M., Rouco, L., & Gomez, T. (2012). A sensitivities computation method for reconfiguration of radial networks. IEEE Transactions on Power Systems, 27(3), 1294-1301.

Rao, R. S., Ravindra, K., Satish, K., & Narasimham, S. V. L. (2013). Power loss minimization in distribution system using network reconfiguration in the presence of distributed generation. IEEE transactions on power systems, 28(1), 317-325.

Zin, A. A. M., Ferdavani, A. K., Khairuddin, A. B., & Naeini, M. M. (2012). Reconfiguration of radial electrical distribution network through minimum-current circular-updating-mechanism method. IEEE Transactions on Power Systems, 27(2), 968-974.

Malekpour, A. R., Niknam, T., Pahwa, A., & Fard, A. K. (2013). Multi-objective stochastic distribution feeder reconfiguration in systems with wind power generators and fuel cells using the point estimate method. IEEE Transactions on Power Systems, 28(2), 1483-1492.

Zin, A. A. M., Ferdavani, A. K., Khairuddin, A. B., & Naeini, M. M. (2013). Two circular-updating hybrid heuristic methods for minimum-loss reconfiguration of electrical distribution network. IEEE Transactions on Power Systems, 28(2), 1318-1323.

El-Khattam, W., Bhattacharya, K., Hegazy, Y., & Salama, M. M. A. (2004). Optimal investment planning for distributed generation in a competitive electricity market. IEEE Transactions on Power Systems, 19(3), 1674-1684.

Bollen, M. H. J., & Sannino, A. (2005). Voltage control with inverter-based distributed generation. IEEE transactions on Power Delivery, 20(1), 519-520.

Maribu, K. M. (2005). distributed Generation in Liberalised Electricity Markets. A Summary of PhD Projects 2002.

Petrie, E. M., Willis, H. L., & Takahashi, M. (2001). Distributed generation in developing countries. Cogeneration and onsite power production, 2(5), 41-49.

Kaldellis, J. K., & Zafirakis, D. (2011). The wind energy (r) evolution: A short review of a long history. Renewable Energy, 36(7), 1887-1901.

Fleming, P. D., & Probert, S. D. (1984). The evolution of wind-turbines: an historical review. Applied energy, 18(3), 163-177.

Gipe, P. (1991). Wind energy comes of age California and Denmark. Energy Policy, 19(8), 756-767.

Messenger, R., & Abtahi, A. (2010). Photovoltaic systems engineering. CRC press.

Parida, B., Iniyan, S., & Goic, R. (2011). A review of solar photovoltaic technologies. Renewable and sustainable energy reviews, 15(3), 1625-1636.

Paska, J. (2007, October). Distributed generation and renewable energy sources in Poland. In 2007 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation (pp. 1-6). IEEE.

Marmolejo, E., Duque, C., Torres, M. T., Ramos, G., & Torres, A. (2004, October). Analysis of the prospects for distributed generation (DG) for Colombian electric power sector. In Power Systems Conference and Exposition, 2004. IEEE PES (pp. 807-814). IEEE.

Varma, R. K., Das, B., Axente, I., & Vanderheide, T. (2011, July). Optimal 24-hr utilization of a PV solar system as STATCOM (PV-STATCOM) in a distribution network. In 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting (pp. 1-8). IEEE.

Medina, A., Hernandez, J. C., & Jurado, F. (2006, October). Optimal placement and sizing procedure for PV systems on radial distribution systems. In 2006 International Conference on Power System Technology (pp. 1-6). IEEE.

Braun, M. (2007, September). Reactive Power supplied by PV Inverters–Cost-Benefit-Analysis. In 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (pp. 3-7).

توجه:

این تحقیق شامل یک فایل ورد 52 صفحه ای می باشد

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.