فهرست مطالب عنوان صفحه پیشگفتارزچکیدهحفهرست مطالبفهرست جداوللفهرست اشکالم فصل اول:مقدمه1-1- آشنایی با ساختارهای جدید در شبکه های قدرت21-1-1- تولیدات پراكنده31-1-2- میکروگریدها61-1-3- شبکه های هوشمند101-2- مدیریت بر میکروگریدها111-2- 1- مبانی کلی مدیریت بر میکروگریدها 121-2-2- مدیریت اولیه بر شرایط گذرای میکروگریدها131-2-3- تعدادی از مهمترین وقایع گذرای میکروگریدها141-2-3-1- خطاها151-2-3-2- جزیره ای شدن151-2-3-3- مغناطیس شدن ترانسفورمر171-2-3-4-کلید زنی خازن181-2-4- روشهای تشخیص و طبقه بندی وقایع گذرا181-2-5- بررسی تعدادی از تجهیزات مناسب برای مقابله با شرایط گذرا201-2-5-1- واسطه های الکترونیک قدرت221-2-5-2-محدود کننده های جریان خطا251-2-5-3-کلیدهای استاتیکی261-2-5-4-ادوات DFACT27 عنوان صفحه 1-3- انگیزه اصلی تحقیق281-4- چهارچوب تحقیق 28 فصل دوم:تشخیص و طبقه بندی وقایع گذرا در میکروگرید 2-1- تشخیص و طبقه بندی Real time وقایع در یک میکروگرید312-2- مروری بر روشهای پیشنهادی322-3- روش پیشنهاد شده در این تحقیق342-3-1- محاسبه مدال342-3-1- تخمین فرکانس352-3-1- فیلترینگ کالمن352-3-1- بیان ریاضی ORBFNN382-4- مطالعه موردی و متدولوژی تکنیک422-5- نتایج شبیه سازی432-6- نتیجه گیری47 فصل سوم: معرفی چند وسیله مناسب برای مدیریت بر شرایط گذرا و مدیریت اولیه بر چندین پدیده گذرای مهم بصورت محلی در میکروگریدها3-1- تعدیل کننده، محدود کننده و قطع کننده جریان گذرا 493-1-1- قطع کننده جریان 493-1-2- تعدیل کننده جریان533-1-2- محدود کننده جریان563-2- خطاها 613-3- مغناطیس شدن ترانسفورمر663-4- کلید زنی خازن713-5- جزیره ای شدن813-6- نتیجه گیری93 فصل چهارم: مدیریت اولیه کلی بر پدیده های گذرا در میکروگریدها4-1- جبران سازی سگ ولتاژ با استفاده از محدود کننده جریان خطا و DVR95عنوان صفحه 4-1-1- تحلیل سگ ولتاژ در ساختار پیشنهادی برای شبکه974-1-2- ملاحظات طراحی DVR994-1-3- شبیه سازی و نتایج عملی1014-2- حفظ هماهنگی حفاظتی شبکه و بهبود کیفیت توان میکروگرید در وضعیت اتصال میکروگرید به شبکه اصلی 1054-2-1- تاثیر UFCL بر کیفیت توان میکروگرید و هماهنگی حفاظتی شبکه1094-2-2- نتایج عددی1124-2-3- الگوریتم تشخیص جهت جریان خطا1164-3- مدیریت گذرای یک میکروگرید توسط یک سیستم چند عاملی از محدود کننده های جریان خطا1214-1-1- طرح مبانی روش پیشنهادی1244-1-2- ارزیابی روش پیشنهادی1294-4- نتیجه گیری133 فصل پنجم:جمع بندی و پیشنهادات5-1-نتیجه گیری1365-2-پیشنهادات برای تحقیقاتآینده137 فهرست منابع و مآخذ139 فهرست جدول ها عنوان صفحه جدول (1-1) انواع تولیدات پراکنده .............. 4جدول (2-1) عملکرد ساختارهای مختلف شبکه عصبی در مقایسه با ساختار پیشنهادی .................................... 47جدول (3-1) مشخصات محدود کننده جریان خطای پیشنهادی و مدار آزمایش آن ........................................... 63جدول (3-2) پارامترهای ترانسفورمر مورد آزمایش 69جدول (3-3) پارامترهای SSCSTL و سیستم آزمایشگاهی برای تست آن 77جدول (3-4) حالتهای مختلف مطالعه شده در شبکه . 91جدول (3-5) مقادیر شاخصای مبتنی بر انرژی ولتاژ در موارد مختلف91جدول (3-6) مقادیر شاخصای مبتنی بر انرژی جریان در موارد مختلف92جدول (4-1) مشخصات شبکه شکل (4-1).............. 101جدول (4-2) مشخصات شبکه شکل (4-12)............. 108جدول (4-3) پارامترهای مدار معادل اتصال کوتاه شبکه شکل (4-13) 111جدول (4-4) تنظیمات OCR ها قبل از اضافه شدن DG2114جدول (4-5) محاسبات هماهنگی حفاظتی رله ها قبل از اضافه شدن DG2115جدول (4-6) محاسبات هماهنگی حفاظتی رله ها بعد از اضافه شدن DG2115جدول (4-7) محاسبات هماهنگی حفاظتی رله ها بعد از اضافه شدن DG2و استفاده از یک FCL متداول...................... 115جدول (4-8) دامنه سگ ولتاژ در باس 5 در شرایط خطای پایین دست در حالت استفاده از یک FCL متداول و استفاده از UFCL.... 116جدول (4-9) تعیین موقعیت خطا در شبکه شکل (4-28) 120جدول (4-10) تعیین موقعیت خطا در شبکه شکل (4-30)133 فهرست شکل ها عنوان صفحه شكل (1-1) ساختار يك نمونه از ميكروگريد......... 8شكل (1-2) نمونه ای از یک ميكروگريد پیاده سازی شده در یونان 9شكل (1-3) روند تغییر ساختار در شبکه های قدرت.. 11شكل (1-4) شماتیکی از تشکیل یک جزیره........... 16شكل (1-5) ناحیه غیر تشخیصی در تشخیص جزیره ای شدن 17شكل (1-6) دسته بندی روشهای تشخیص و طبقه بندی وقایع شبکه 18شکل (1-7) مفهوم کلی یک واسطه الکترونیک قدرت ماژولار 23شکل (1-8) بلوک دیاگرام واسطه های الکترونیک قدرت منابع مختلف 23شکل (1-9) بخشهای مختلف یک واسطه الکترونیک قدرت ماژولار 24شکل (1-10) کنترل واسطه الکترونیک قدرت در یک میکروتوربین 24شکل (1-11) موقعیت های مختلف FCLدر شبکه........ 25شکل (1-12) بریکر استاتیکی با استفاده از تایریستور 27شکل (2-1) شماتیکی از روند تشخیص و طبقه بندی پیشنهادی 34شکل (2-2) ساختار شبکه عصبی RBF................. 39شکل (2-3) دیاگرام تک خطی میکروگرید مورد مطالعه42شکل (2-4) ساختار ORBFNN پیشنهادی.............. 43شکل (2-5) مدال ولتاژ باس یک و جریان DG1 و تخمین مولفه اصلی آنها با یک فیلتر کالمن، در حالت خطا (بالایی) و تغییر بار (پایینی).44شکل (2-6) سیگنال ابداعی ولتاژ و جریان در شرایط خطا و تغییر بار .............................................. 45شکل (2-7) فرکانس تخمینی مربوط به شکل موجهای نشان داده شده در شکل (2-5)، خطا (بالایی) تغییر بار (پایینی) ........ 46شکل (2-8) انرژی مولفه های مدال جریان و مولفه اصلی مدال ولتاژ مربوط به شکل موجهای نشان داده شده در شکل (2-5)، خطا (بالایی) تغییر بار (پایینی) ..................................... 46شکل (3-1) شماتیکی از مدار بریکر استاتیکی پیشنهادی 51عنوان صفحه شکل (3-2) a) ساختار پایه کموتاسیون اجباری b) ساختار پل کموتاسیون اجباری ....................................... 52شکل (3-3) تعدیل کننده جریان گذرا ............. 54شکل (3-4) مدار ساده برای بررسی عملکرد تعدیل کننده جریان گذرا (Vs=50sin314t, Lr=46 mH, Cr=220 µF, and ZL=10 Ω) ............ 54شکل (3-5) شکل موج جریان خطا a) بدون تعدیل کننده جریان گذرا b) با تعدیل کننده جریان گذرا c) با تعدیل کننده جریان گذرا و در نظر گرفتن مقاومتهای سلف Lr و اجزای دیگر مدار ............ 55شکل (3-6) ساختار پیشنهادی محدود کننده جریان خطا در [150]57شکل (3-7) ساختار پیشنهادی برای محدود کننده جریان خطا 58شکل (3-8) مدار معادل محدود کننده جریان پس از عملکرد 59شکل (3-9) کنترل هایبرید (خودکار و خارجی) ..... 61شکل (3-10) شماتیکی از مدار آزمایش محدود کننده جریان خطای پیشنهادی .............................................. 62شکل (3-11) تصویری از مدار آزمایش محدود کننده جریان خطای پیشنهادی .............................................. 63شکل (3-12) جریان خطا بدون استفاده از FCL....... 64شکل (3-13) جریان خطا با استفاده از FCL ........ 64شکل (3-14) ولتاژ دو سر مدار رزنانس موازی در حالت عادی و خطا 64شکل (3-15) نمونه ساخته شده از بریکر استاتیکی پیشنهادی 65شکل (3-16) ولتاژ و جریان بار و جریان در بخشهای مختلف بریکر استاتیکی پیشنهادی ............................ 65شکل (3-17) ولتاژ و جریان بار در هنگام عملکرد بریکر استاتیکی 66شکل (3-18) محدود کننده جریان هجومی با کنترل هایبرید 68شکل (3-19) شماتیک سیستم پیاده سازی شده برای آزمایش محدود کننده جریان هجومی................................... 69شکل (3-20) مشخصه V-I ترانسفورمر مورد آزمایش ... 69شکل (3-21) نمونه ای از جریان هجومی بدون حضور محدود کننده جریان هجومی، شبیه سازی (بالایی) و آزمایشگاهی (پایینی) 70شکل (3-22) نمونه ای از جریان هجومی با حضور محدود کننده جریان هجومی، شبیه سازی (بالایی) و آزمایشگاهی (پایینی) ...... 70شکل (3-23) محدود کننده گذرای سویچینگ خازن استاتیکی 73شکل (3-24) مدار معادل SSCSTL در مد محدود کنندگی 74شکل (3-25) مدار معادل SSCSTL در مد اتصال کوتاه 75شکل (3-26) سیستم آزمایشگاهی برای تست SSCSTL ... 76عنوان صفحه شکل (3-27) ولتاژ MOV3 (بالایی) و جریان خازن (پایینی) در کلیدزنی خازن a) نتایج شبیه سازی b) نتایج عملی ......... 78شکل (3-28) ولتاژ راکتور DC (بالایی) و سیگنال درایو Th (پایینی) در کلیدزنی خازن a) نتایج شبیه سازی b) نتایج عملی . 78شکل (3-29) جریان بانک خازنی 120 µF با (بالایی) و بدون (پایینی) SSCSTL در کلیدزنی خازن a) نتایج شبیه سازی b) نتایج عملی 79شکل (3-30) جریان بانک خازنی 240 µF با (بالایی) و بدون (پایینی) SSCSTL در کلیدزنی خازن a) نتایج شبیه سازی b) نتایج عملی 80شکل (3-31) ولتاژ گذرای de-energization با SSCSTL (بالایی) و با کلید مکانیکی (پایینی) a) نتایج شبیه سازی b) نتایج عملی ..... 81شکل (3-32) الگوریتم پیشنهادی برای تشخیص شرایط جزیره ای شدن 85شکل (3-33) انتخاب th1 و th2 بر اساس اطلاعات بدست آمده از شبیه سازی متعدد شبکه ................................... 86شکل (3-34) شبکه مورد مطالعه برای بررسی شرایط جزیره ای شدن 86شکل (3-35) طیف فرکانسی زمان-فرکانس ولتاژ و امپدانس توالی منفی مربوط به کلیدزنی بار L4 ...................... 88شکل (3-36) مشخصه ای هارمونیکی انرژی ولتاژ باس یک مربوط به کلیدزنی بار L4 ....................................... 88شکل (3-37) مشخصه ای هارمونیکی انرژی جریان DG1 مربوط به کلیدزنی بار L4 ............................................ 88شکل (3-38) طیف فرکانس-زمان ولتاژ، امپدانس توالی منفی، مشخصه های هارمونیکی انرژی ولتاژ و جریان در حالت خطای تکفاز به زمین (F1)89شکل (3-39) طیف فرکانس-زمان ولتاژ، امپدانس توالی منفی، مشخصه های هارمونیکی انرژی ولتاژ و جریان در حالت جزیره ای شدن وقتی که B1 و B5 قطع شوند ................................... 90شکل (3-40) سیگنال جریان و امپدانس توالی منفی آن در مورد 692شکل (3-41) سیگنال جریان در شرایط جزیره ای شدن و اتصال به شبکه وقتی شرایط مشابه هم باشند.......................... 92شکل (4-1) مدار تک خطی شبکه توزیع مورد مطالعه (بالایی)، مدار معادل توالی مثبت شبکه در شرایط خطا ................. 97شکل (4-2) شماتیکی از DVR و شیوه کنترل آن ..... 100شکل (4-3) ولتاژ PCC با و بدون FCL در شرایط خطا 102شکل (4-4) جریان F3 با و بدون FCL در شرایط خطا . 102شکل (4-5) تغییرات زاویه فاز ولتاژ PCC با و بدون FCL در شرایط خطا .............................................. 102عنوان صفحه شکل (4-6) جبرانسازی تکمیلی توسط DVR .......... 103شکل (4-7) توان تزریقی توسط DVR در شرایط خطا با و بدون FCL 103شکل (4-8) جریان تزریقی توسط DVR در شرایط خطا با و بدون FCL 104شکل (4-9) ولتاژ PCC (بالایی) و جریان F3 (پایینی) در شرایط خطا بدون FCL .......................................... 104شکل (4-10) ولتاژ PCC (بالایی) و جریان F3 (پایینی) در شرایط خطا با FCL .......................................... 105شکل (4-11) تغییرات زاویه فاز ولتاژ PCC در شرایط خطا باو بدون FCL .............................................. 105شکل (4-12) یک میکروگرید متصل به یک شبکه توزیع ولتاژ متوسط 108شکل (4-13) مدار معادل شبکه ارائه شده در شکل (4-12) را برای محاسبه جریان خطا ................................... 110شکل (4-14) مشخصه عملکرد رله های اولیه و پشتیبان و تاثیر نصب یک DG جدید و یک FCL بر آنها ........................ 112شکل (4-15) مشخصه عملکرد رله های اولیه و پشتیبان و تاثیر نصب یک DG جدید و یک FCL بر آنها ........................ 113شکل (4-16) سگ ولتاژ در بار L5 به عنوان یک بار محلی حساس در شرایط خطا در باس 6 در دو حالت با و بدون FCL ........ 113شکل (4-16) ساختار سه فاز از UFCL پیشنهادی .... 117شکل (4-17) فلوچارت الگوریتم پیشنهادی ......... 119شکل (4-18) شبکه مورد مطالعه برای بررسی اعتبار الگوریتم پیشنهادی .............................................. 120شکل (4-19) تغییرات P5 در خطاهای F1، F2 و F3 ..... 120شکل (4-20) تغییرات P5 در خطاهای F4، F5 و F6 ..... 120شکل (4-21) تغییرات P5 در خطای F4 برای زوایای مختلف رخ دادن خطا121شکل (4-22) تغییرات P5 در خطای F1 برای زوایای مختلف رخ دادن خطا .............................................. 121شکل (4-23) جریانهای سه فاز خطا و سیگنال مدال مربوطه 124شکل (4-24) سیگنال مدال جریان خطا و تخمین آن .. 125شکل (4-25) یک شبکه ساده با دو FLIU ............ 126شکل (4-26) سیگنال تغییرات CT2 وقتی F2 (بالایی) و F3 (پایینی) رخ می دهد .......................................... 126شکل (4-27) سیگنال تغییرات CT6 وقتی F4 (بالایی) و F3 (پایینی) رخ می دهد .......................................... 127شکل (4-28) شبکه شکل (4-25) با ملزومات کافی برای تشخیص موقعیت خطا با روش پیشنهادی .............................. 127شکل (4-29) فلوچارت الگوریتم پیشنهادی در تعیین موقعیت خطا 129شکل (4-30) a) نوع ترانسفورمری کنترل ناپذیر SFCLb) نوع کنترل پذیر SFCL ......................................... 130عنوان صفحه شکل (4-31) مایکروگرید محک برای بررسی تکنیک تشخیص موقعیت خطای پیشنهادی ..................................... 130شکل (4-32) سیگنال تغییرات مربوط به CT4، CT5، CT6 و CT7 را وقتیکه F5 رخ می دهد ............................. 131شکل (4-33) سیگنال تغییرات مربوط به سایر FLIU های دیگر وقتیکه F5 رخ می دهد ............................. 131شکل (4-34) سیگنال تغییرات مربوط به سایر FLIU1 و FLIU2وقتیکه F3 رخ می دهد ............................. 132 فصل اولمقدمه1-1- آشنایی با ساختارهای جدید در شبکه های قدرتتامین انرژی یکی از موضوعات مهم در جوامع بشری است که مسائل زیادی موجب توجه روزافزون به آن شده است. موضوعاتی همانند رو به زوال بودن منابع انرژی فسیلی، رشد سریع تقاضای انرژی و مشکلات زیست محیطی برخی از این مسائل می باشند. انرژی الکتریکی بعنوان اصلی ترین شکل انرژی مورد استفاده در عصر حاضر، توسط شبکه های قدرت در اختیار مصرف کنندگان قرار می گیرد. ساختار معمول و سنتی شبکه های قدرت از سه بخش تولید، توزیع و انتقال تشکیل شده است. در بخش تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز بوسیله تعداد محدودی از نیروگاههای بزرگ تامین می گردد. مکان احداث این نیروگاهها به عواملی از جمله نوع نیروگاه، منابع آب و داشتن فضای مناسب بستگی دارد که معمولا دور از مراکز بار بوده و نیاز است که انرژی الکتریکی از طریق خطوط انتقال به مصرف کننده تحویل داده شود. به دلیل مسافت بالای خطوط انتقال که موجب افت ولتاژ و تلف توان قابل ملاحظه ای می شود، از پستهای افزاینده و کاهنده ولتاژ به ترتیب در ابتدا و انتهای خطوط انتقال استفاده می شود. پستهای کاهنده که در فاصله نسبتا نزدیک به مراکز بار احداث می گردند، انرژی الکتریکی را در سطح ولتاژ پایین تر به شبکه توزیع تحویل می دهند. در شبکه توزیع نیز با استفاده از ترانسفورمرهای کاهنده در مجاورت بارها، ولتاژ به سطح قابل استفاده برای مصرف کننده در خواهد آمد. به دلایل زیاد فنی و اقتصادی مدتها تلاش بر این بوده است که شبکه های قدرت بصورت یکپارچه درآیند، تا حدی که شبکه های قدرت کشورهای مختلف نیز با هم متصل شده تا تبادل توان بین آنها امکان پذیر شود. مهمترین عامل این انگیزه پیک سایی اوج مصرف بوده که خود نیاز به احداث واحدهای نیروگاهی جدید را تا حدودی کاهش می دهد. اینچنین ساختاری از شبکه های قدرت پسیو خوانده می شوند، چرا که تبادل توان از مراکز تولید به مراکز مصرف یکطرفه می باشد. توسعه واحدهای نیروگاهی بزرگ و خطوط انتقال با محدودیتهای بسیار جدی از جمله موانع زیست محیطی و اقتصادی روبروست. از این رو ایده تجدید ساختار شبکه های قدرت شکل گرفت. در مقابل شبکه های پسیو، شبکه های اکتیو به شبکه هایی اطلاق می شود که علاوه