مایکرویوها امواج الکترومغناطیسی هستند که محدوده فرکانسی آنها تقریبا از 300 مگاهرتز تا 1000 گیگاهرتز می باشد. بیشتر کاربردهای صنعت مایکروویو در محدوده 1 تا 40 گیگاهرتز است. اینگونه امواج چون طول موج بسیار کوتاهی در محیط انتشار دارند امواج مایکروویو یا ریزموج نامیده می شوند.
طیف الکترومغناطیس در انتهای پایین ناحیه مایکروویو مرز بین فرکانس های رادیو و تلویزیون است در حالی که انتهای بالای آن همجوار به طیف های نوری و مادون قرمز می باشد.
مایکروویو در جامعه مدرن ما کاربردهای فراوانی دارد. از فرستادن سیگنال تلویزیون از روی اقیانوس تا پختن غذا در چند دقیقه را شامل می شود. از امواج مغناطیسی به دلیل بالا بودن فرکانس در انتقال اطلاعات آنالوگ و دیجیتال استفاده های زیادی می شود چرا که بالا بودن فرکانس آنها ظرفیت انتقال اطلاعات را در سیستم هایی که از امواج مایکروویو برای انتقال اطلاعات استفاده می کنند افزایش می دهد. توانایی تمرکز امواج رادیویی، تابعی از اندازه آنتن و طول موج عملکرد است. برای یک آنتن با اندازه معین توانایی تمرکز با کم نمودن طول موج بهبود می یابد. برای مثال عرض شعاع رادیویی یک آنتن سهموی به قطر یک متر تقریبا 50 درجه در 1GHZ است در حالی که این عرض فقط 5 درجه در 10GHZ است. برای راندمان مخابرات بین دو نقطه، این نکته مهمی است که سیگنال فرستنده با تمرکز زیاد به طرف آنتن گیرنده جهت گیری کند.
یک سیستم انتقال که در فرکانس 60MHZ کار می کند، اگر پهنای باند آن 6 درصد فرکانس مرکزی باشد، فقط می تواند یک کانال تلویزیون را انتقال دهد، در حالی که اگر همان سیستم بتواند در فرکانس 60GHZ کار کند، با همان درصد پهنای باند، می تواند تقریبا 100 کانال تلویزیونی انتقال دهد.
همین قابلیت های امواج مایکروویو موجب شده است تا در دنیای روبه رشد امروز، که هر روز نیاز به افزایش حجم اطلاعات می باشد، بتوان جوابگوی نیاز وسیع جامعه بشری به ارتباطات بود.
سیستم های رادار، کاربرد اصلی دیگر مایکروویو می باشد. از آنها به عنوان آشکار سازی هواپیما، هدایت موشک های ماورای صوت، مشاهده و ردگیری، هواشناسی و کنترل ترافیک هواپیما در فرودگاه ها استفاده می شود.
2-1) قطعات مایکروویوی
تنوع عظیمی از قطعات جهت استفاده برای کنترل و سیستم تولید سیگنال مایکروویوی وجود دارد. اتصالات هایبرید از جمله این قطعات مایکروویوی هستند.
یک اتصال هایبرید 180 درجه، یک چهار پورتی است که اختلاف فاز بین دو پورت خروجی آن 180 درجه می باشد.
سیگنال تابش از پورت 1 به دو قسمت هم فاز در پورت های 2 و 3 تقسیم می شوند و در پورت 4 سیگنالی نخواهیم داشت که اصطلاحا این پورت ایزوله است. حال اگر سیگنال تابش به پورت 4 اعمال شود به دو قسمت با اختلاف فاز 180 درجه در پورت های 2 و 3 تقسیم خواهد شد و در این حالت پورت 1 ایزوله خواهد بود.
از این قطعه می توان به عنوان جمع کننده استفاده کرد. مجموع سیگنال های تابشی به پورت های 2 و 3 در پورت 1 و تفاضل آنها در پورت 4 خواهد بود از اینروست که گاهی پورت های 1 و 4 را به عنوان پورت های مجموع (E) و تفاضل (^) می نامند.
یک اتصال هایبرید 180 درجه به چند صورت قابل ساخت است.
1- کوپلر حلوقوی جهت دار که به کمک خطوط مایکرواستریپ یا استریپ لاین قابل ساخت هستند.
2- به صورت خط کوپل شده باریک شونده.
3- به صورت هایبرید با اتصال موجبری یا اتصال T جادویی.
اتصال هایبرید نوع اول یا کوپلر حلقوی جهت دار کاربردهای بسیار وسیعی در رادار و مخابرات باند وسیع دارد و در ساخت قطعاتی همچون مخلوط کننده ها، تقسیم توان برای آنتن های آرایه ای میکرواستریپ، تقویت کننده های متعادل، تمیز دهنده فرکانسی، شیفت دهنده های فازی، مدولاتورها و غیره کاربرد دارد.
اما با توجه به مقدار تغییرات دامنه و فاز، VSWR و ایزولاسیون پورت ها، پهنای باند یک کوپلر حلقوی حدود 20 تا 25 درصد فرکانس مرکزی است.
مطالعات و تحقیقات زیادی در مورد افزایش پهنای باند کوپلرهای حلقوی انجام گرفته است. در این پروژه تعدادی از مقالات و تحقیقات انجام شده در زمینه کوپلرهای حلقوی همچنین روش هایی که برای افزایش پهنای باند مؤثر این قطعه و افزایش ایزولاسیون پیشنهاد شده را بررسی خواهیم کرد، در فصل پنجم طرح تقسیم کننده توان با پهنای باند وسیع را معرفی و تحلیل می کنیم و مشخصات یک تقسیم کننده توان پنج پورتی را بیان می کنیم، برای تحلیل مشخصات یک تقسیم کننده توان حلقوی از یک برنامه کامپیوتر که به زبان matlab نوشته شده است، بهره خواهیم گرفت.
: در میان انواع سیستم های حمل و نقل (دریایی، هوایی، ریلی و جاده ای) سیستم حمل و نقل ریلی برقی به دلیل اقتصادی بودن، سازگاری با محیط زیست، اعمال آن در شرایط خاص و كمیت بالا برای جابجایی مسافران زیاد بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این امر به معنی سرمایه گذاری در زیرساختارهای ریلی پیشرفته و همچنین به روز رسانی و برقی سازی تأسیسات موجود می باشد و البته به عنوان یک معیار توسعه پایدار در كشورها محسوب می شود. استاندارد سیستم برق رسانی راه آهن، به صورت تكفاز با ولتاژ متناوب 25 كیلو ولت وفركانس 50 هرتز با ساختار اتوترانسفور ماتوری، در بین كشورهای دنیا پذیرفته شده است. لذا ماهیت تك فاز بودن شبكه و لكوموتیوهای برقی وهمچنین میزان قابل توجه بودن مصرف آنها، باعث ایجاد عدم تعادل، اعوجاجات هارمونیكی و مصرف توان راكتیو زیاد در شبكه سه فازه تغذیه كننده، آنها می شود. برای مقابله با اغتشاشات و بهبود كیفیت توان در راه آهن برقی روش های متعددی پیشنهاد شده است، كه استفاده از ادوات FACTS، برای بهبود آن مناسب ترین گزینه می باشد. در فصل اول این پایان نامه هدف، پیشینیه تحقیق و روش كار مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم ساختار كلی شبكه برق رسانی راه آهن شامل پست تراكشن اصلی، شبكه انتقال بالاسری (OCS)، پست های اتوترانسفورماتوری (ATP,SP) مدار قدرت لكوموتیوهای بررسی و پدیده عدم تعادل بار و روش های معمول جبران سازی آن با هم مقایسه شده است. در فصل سوم STATCOM و نمونه هایی از كاربردهای آن در راه آهن سایركشورهای دنیا معرفی و در ادامه روش های كنترلی آن نظیر تئوری قدرتمند توان اكتیو و راكتیو لحظه (P-Q)، بطور كامل بحث شده است. در فصل چهارم مدل سازی دقیق و جامع شبكه الكتریكی راه آهن برقی اعم از نیروگاه، خط انتقال فشار قوی 230 كیلو ولت، پست كشش اصلی، شبكه انتقال بالاسری (OCS)، پست های اتوترانسفورماتوری (ATP,SP) و مدار قدرت لكوموتیو تشریح شده است. به عنوان نمونه راه آهن برقی تهران – كرج – هشتگرد كه توسط یک خط انتقال دو مداره از نیروگاه منتظر قائم تغذیه می شود در محیط نرم افزار PSCAD/EMTDC شبیه سازی شده است. در ادامه نتایج با مقالات مشابه، كه درآنها اندازه گیری های عملی انجام شده، مقایسه شده است. در نهایت در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه شده است. در پیوست (الف) پارامترها و جداول فنی ترانسفورماتورها و در پیوست (ب) محاسبات مربوط به مدل سازی شبكه بالاسری ارائه شده است.
کلی در مورد کنترل پیش بین پرداخته شده است. سپس در مورد کنترل پیش بین غیرخطی بحث گردیده است. کنترل کننده پیش بین معرفی شده در اینجا یک کنترل کننده مرکب می باشد. که خواص MPC خطی را حفظ توانائی های آن را به سیستم های غیرخطی تعمیم می دهد.
طرح مدل ولترای به کار رفته کنترل کننده را به یک کنترل کننده خطی و یک حلقه کمکی برای اعمال اثرات ترم های غیرخطی تقسیم می کند. برای بررسی کارائی عملکرد این روش با روش دیگر مقایسه گردیده است. نتایج حاصل کارائی مطلوب این روش را تائید می کند.
فصل اول
مفاهیم مقدماتی
1-1- معرفی کنترل پیش بین
مفهوم کنترل پیش بین در اواخر دهه 1970 به طور همزمان توسط Richalet و Ramaker&culterR ارائه گردید. کنترل پیش بین به کنترل کننده های مدل پایه تعلق دارند که در آنها جهت محاسبه ورودی کنترل وجود یک مدل صریح از فرایند تحت کنترل لازم است. شکل (1-1) نمایی از کنترل کننده های مدل پایه را به تصویر کشیده است.
که y,u,w به ترتیب خروجی مطلوب پروسه، خروجی کنترلر و خروجی واقعی پروسه هستند، مثال های دیگری از کنترلرهای مدل پایه روش LQ و جایابی قطب هستند.
پیشرفت تکنولوژی کامپیوتر و در دسترس قرار دادن نرم افزارها و سخت افزارهای کنترلی ارزان قیمت، امکان طراحی سیستم های کنترلی با کارایی بالاتر پیچیده شدن سیستم های صنعتی با حلقه های کنترلی متعدد و دلایل اقتصادی از دلایل رشد و مورد توجه قرار گرفتن این شیوه کنترلی در دو دهه گذشته بوده است.
از مهمترین ویژگی های کنترل پیش بین می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- برخلاف کنترل کننده های LQ و جایابی قطب کنترل کننده های پیش بین را می توان برای سیستم های غیرخطی نیز طرح کرد.
2- در کاربردهای واقعی عموما قیدهایی بر روی خروجی فرایند با کنترل کننده وجود دارد. کنترل پیش بین تنها روش است که می تواند این قیود را به طور سیستماتیک در طراحی کنترل کننده وارد کند.
3- کاربرد این روش به سیستم های چند ورودی – چند خروجی نیز قابل تعمیم است.
4- طرح کنترل کننده های پیش بین همچنان یک زمینه تحقیقاتی است. تاکنون بیش از چندین روش کنترل پیش بین خطی و غیرخطی طرح شده است و همچنان محققان زیادی برای طرح روش های دیگر در تلاش هستند.
5- به علت آنکه کنترل پیش بین از پیش بینی خروجی ها استفاده می کند در مسائلی که مسیر مرجع مطلوب از قبل تنظیم شده است کاربرد موثری دارد.
6- تنظیم پارامترها در این روش بسیار آسان است و حتی برای کاربردهای عادی نیز قابل فهم است.
7- اما مهمترین ویژگی که باعث استفاده روزافزون از روش کنترل پیش بین در کاربردهای صنعتی خصوصا شیمیایی شده است، توانایی کنترل فرایندها با تاخیر زیاد است. همچنین در هنگام تبدیل فرایندهای زمان پیوسته به زمان گسسته ممکن است فرایند غیر می نیمم فاز شود. کنترل پیش بین توانایی کنترل فرایندهای غیر می نیمم فاز را نیز دارد.
طراحی و محاسبات کنترل کننده پیش بین در هر دو حالت زمان پیوسته و زمان گسسته انجام می شود. اما به دلیل مناسب بودن الگوریتم های ارائه شده در این شیوه با محاسبات کامپیوتری طراحی این روش در حوزه زمان گسسته بیشتر گزارش شده.
روش کنترل پیش بین یک عیب عمده نیز دارد. در حالت کلی می توان در طراحی سیستم های کنترل مدل پایه دو فاز مجزا در نظر گرفت. مدلسازی و طرح کنترل کننده تئوری کنترل پیش بین تنها پاسخ بخش طراحی کنترل کننده را در اختیار قرار می دهد. یافتن مدل مناسب برای کنترل پیش بین در خروجی های آینده باید جداگانه بررسی شود. دشواری های این مسئله در طراحی سیستم های کنترل غیرخطی بیشتر نمایان می شود.
همانگونه که بیان شد کنترل پیش بین به گروه کنترل کننده های مدل پایه تعلق دارد که در آنها ارائه یک مدل صریح از فرایند تحت کنترل جهت طراحی کنترل کننده یک شرط لازم است، کنترل کننده های پیش بین به دو کلاس خطی و غیرخطی تقسیم می شود. اگر سیستم مورد نظر خطی باشد آنگاه کاربرد روش کنترل پیش بین ما را به استراتژی رهنمون می کند که به آن کنترل پیش بین خطی می گویند. در روش کنترل پیش بین خطی اغلب کنترل کننده ها در حوزه زمان گسسته به کار می رود البته امکان طراحی این کنترل کننده ها برای استفاده در حوزه زمان پیوسته نیز وجود دارد. نتیجه تحقیقات دانشمندان باعث پیدایش چهارده روش کنترل پیش بین خطی گردید که از آن جمله می توان به روش های MAC و DMC و EPSAC و GPC و UPC اشاره نمود. علاقه مندان برای آگاهی با جزئیات این روش ها می توانند به مقالات ارائه شده در این زمینه که برخی از آنها در فهرست مراجع نیز آمده است مراجعه نمایند.
از دهه 90 میلادی به بعد توجه دانشمندان علم کنترل به کلاس غیرخطی کنترل پیش بین معطوف شده است و تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد و حاصل این تحقیقات نیز باعث پیدایش الگوریتم های متعددی شده است که در این زمینه در فصول بعدی بیشتر بحث خواهیم نمود.
: در سیستم توزیع معمول، پست های فوق توزیع از طریق شبكه فشار متوسط 20kV پستهای فشار متوسط واقع در سطح منطقه را تغذیه می كنند. این پستها با تبدیل سطح ولتاژ فشار متوسط به فشار ضعیف، انرژی برق را با سطح ولتاژ قابل استفاده در اختیار مصرف كننده ها قرار می دهند. در برخی از مناطق، اغلب در حواشی شهرها و مناطق روستایی مستقیماً از سطح ولتاژ فشار متوسط استفاده شده و در نقاط بار ترانس های 20/0/4kV تعبیه و مصرف كنندگان تغذیه می شوند. انتخاب سطح ولتاژ برای یک خط به پارامترهای مختلفی وابسته است كه از جمله آنها می توان به طول فیدر، قدرت انتقالی، هزینه احداث، تلفات، حریم و غیره اشاره نمود. در صورتی كه از سطح ولتاژ بالاتری استفاده شود ظرفیت آزاد اضافی در خطوط ایجاد خواهد شد. كه در این صورت هزینه اضافی برای احداث ظرفیت آزاد خط پرداخت می شود. از طرفی اگر این سطح ولتاژ نسبت به طول فیدر و قدرت انتقالی آن پایین تر از حد استاندارد انتخاب شود تلفات و افت ولتاژ بیشتر و حتی بیش از حد مجاز خواهد بود. كه ارزش آتی تلفات احتمالاً بیشتر از هزینه احداث اضافی خواهد بود كه باید صرف احداث خط با سطح ولتاژ بالاتر می شد. در طراحی سیستم توزیع پس از برآورد بار و تعیین مراكز چگالی بار، عمل جایابی پستهای 20kV صورت می گیرد. پس از آن از طریق كابل زمینی یا خط هوایی فشار متوسط این پستها تغذیه می شوند. كه پس از تبدیل یكباره سطح ولتاژ فشار متوسط به فشار ضعیف انرژی برق در اختیار مصرف كننده گان قرار می گیرد. اما سوالی كه اینجا مطرح می شود این است كه اگر از یک سطح ولتاژ بین 400V و 20kV استفاده شود چه اتفاقی می افتد. به عبارتی دیگر به جای اینكه از فیدرهای 20kV با طول نسبتاً زیاد استفاده شود از یک سطح ولتاژ میانی بین 400V و 20kV استفاده كرده و بدین ترتیب هزینه شبكه 20kV و همچنین طول آن را كاهش داده و این سطح ولتاژ میانی تا نزدیكترین نقطه به بارهای انتهایی منتقل شود در این صورت منافع احتمالی زیادی خواهد داشت. زیرا پستهای زمینی حذف خواهندشد و یاحداقل تعداد آن به نصف كاهش پیدا می كند. از طرفی طول فیدرهای 20kV نیز كوتاه تر خواهند شد. از سوی دیگر چون ازشبكه هوایی فشار ضعیف اغلب برای توزیع استفاده می شود و این شبكه باشبكه توزیع فشار میانی بطور مشترك بر روی یک تیر احداث خواهندشد هزینه احداث شبكه ولتاژمیانی كاهش می یابد. در مناطق خارج شهر یا مناطق روستایی و ویلایی كه بارها در فواصل نسبتاً طولانی از یكدیگر قرار دارند. در سیستم توزیع فعلی همانطور كه در بالا ذكر شد از خطوط فشار متوسط 20kV برای توزیع انرژی استفاده می شود. هزینه احداث خط و پست های 20kV زیاد و قابل توجه است. مخصوصاً در پستهای هوایی هزینه ترانس پست وابسته به سطح ولتاژ آن می باشد. درصورتیكه از یک سطح ولتاژ میانی مناسب جهت توزیع انرژی برق استفاده شود قطعاً هزینه احداث كاهش پیدا خواهد كرد با این فرض كه خروجی پستهای فوق توزیع دارای چنین سطح ولتاژ میانی باشند. از طرفی تلفات درخط، در صورتی كه ظرفیت یا قدرت توزیع شده بزرگ و یا فیدر طولانی باشد نسبت به شبكه فشار متوسط بیشترخواهد بود. در موارد خاص هزینه خط با سطح ولتاژ میانی علاوه بر تلفات بدلیل افزایش سطح مقطع هادی جهت داشتن ولتاژ مجاز در بار انتهایی و همچنین قدرت كششی قابل تحمل توسط تیرها و كنسول ها هزینه احداث آن بیشتر از هزینه احداث شبكه فشار متوسط می باشد. بنابراین لزوم بررسی حالتهای مختلف ضروریست. در سیستم های توزیع انرژی برق ایران مناطق توزیع انرژی را می توان به دو قسمت تقسیم نمودكه عبارتند از: – مناطق شهری – مناطق روستایی و حومه با توجه به دو طبقه بندی فوق، محل و چگالی بارها، هر یک از شبكه های ولتاژ میانی باید برای هر دو مورد متناسب با آن طراحی شود. كه این كار به طور كامل و با جزئیات صورت گرفته و تلفات و افت ولتاژ و روابط مربوط به هر كدام جهت طراحی بهینه ارائه شده اند. در استفاده از شبكه ولتاژ میانی در مناطق شهری نكته بسیار مهم و اساسی وجود دارد كه باید به آن پرداخته شود و آن نحوه تبدیل ولتاژ فشار متوسط 20kV به فشار میانی می باشد. در صورتی كه خروجی پستهای فوق توزیع دارای فیدر ولتاژ میانی باشد مشكل احداث پست زمینی و هوایی فشار متوسط به فشار میانی برای فیدرهای با طول و قدرت انتقالی پایین حل خواهد شد. درصورتیكه طول فیدر طولانی و بار سنگین باشد. طوری كه انتقال آن با سطح ولتاژ میانی مقدور نباشد از سطح ولتاژ فشار متوسط استفاده می شود و در نقاط مختلف نیاز به پستهای هوایی فشار متوسط به میانی خواهد بود. در احداث پستهای هوایی محدودیت هایی وجود دارد ازجمله برای پستهای تا 400kVA می توان به راحتی پست هوایی احداث و بهره برداری نمود. اما برای ظرفیتهای 500kVA و 630kVA نیاز به مجوز بوده و احداث این پستها با مشكل اجرایی همراه است. این محدودیت در اجرای پستهای هوایی باعث محدود شدن طول فیدرهای ولتاژ میانی خواهد شد. بنابراین در صورتی كه ظرفیت پست بالاتر از این مقدار باشد یا باید دو پست هوایی احداث یا اینكه پست زمینی بررسی شود. اما آنچه بدیهی به نظر می رسد احداث پست زمینی فشار متوسط به فشار میانی و در ادامه احداث پستها ی هوایی فشارمیانی به فشار ضعیف، هزینه بیش از پیش افزایش یافته و ارزش آتی هزینه اضافی را كه برای احداث پست ها پرداخت می شود بیش از ارزش آتی تلفات كاهش یافته خواهد بود. در این پروژه با توجه به توضیحات ارائه شده در فوق آرایش های مناسب برای خطوط ولتاژ میانی ارائه و همچنین سطح ولتاژ میانی مناسب با در نظر گرفتن نوع منطقه اعم از شهری یا روستائی بودن آن انتخاب و روی یک شبكه نمونه واقعی پیاده سازی خواهد شد. مسئله مهم دیگر حریم خطوط می باشد. شبكه ولتاژ میانی زمانی اقتصادی تر خواهد بود كه از خط با سیم هوایی استفاده شود. زیرا در غیر اینصورت باید از كابل خود نگهدار و یا كابل زمینی استفاده شود كه این خود در مواردی باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد شد. بنابراین بررسی حریم خطوط یكی از مباحث این پروژه را تشكیل می دهد. در این پروژه ابتدا به بررسی تلفات و افت ولتاژ در تجهیزات سیستم توزیع و رابطه افت ولتاژ و تلفات آنها با سطح ولتاژ كاری و همچنین مقایسه تلفات ترانس سه فاز و تكفاز برای قدرتهای مساوی پرداخته شده است. سپس در ادامه تابع هزینه و روابط مربوطه جهت محاسبه ارزش آتی هزینه تلفات و سرمایه گذاری ارائه می شوند. در فصل بعد انواع آرایش های شبكه توزیع با ولتاژ میانی ارائه و از نظر تلفات و افت ولتاژ مورد بررسی قرار می گیرند. در فصل چهارم تجهیزات مربوط به شبكه ولتاژ میانی بحث شده و در فصل پنجم انواع استانداردهای بین المللی در مورد سطوح ولتاژ بررسی و با توجه به انوع آرایش های خط، سطح ولتاژ میانی مناسب انتخاب شده است. در فصل ششم حریم خطوط برای شبكه ولتاژ میانی تعریف و فواصل هادیها برای خطوط ولتاژمیانی از یكدیگر و تأسیسات اطراف آن بررسی شده است. در فصل هفتم شبكه نمونه با توجه به نوع شبكه ولتاژ میانی انتخاب و روی آن پیاده سازی شده و نتایج بدست آمده بررسی و پیشنهادات لازم ارائه شده است.
در شبکه های توزیع امروزی، بخصوص با روند روبه رشد خصوصی سازی و رقابتی شدن بازار برق، هدف اولیه شرکت های توزیع پایین آوردن هزینه های مربوط به بهره برداری، نگهداری، ساخت شبکه خود و همزمان بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه و مشترکین می باشد.
یکی از موثرترین روش ها برای پاسخگویی به رشد بار و نیز تامین سطح مشخصی از قابلیت اطمینان استفاده از تولیدات پراکنده است.
در طی چند دهه اخیر به خاطر بالا بودن بازده بهره برداری و تشویق سرمایه گذاران، صنعت برق دستخوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب بخش های مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیده اند.
این تغییر و تحولات از یک طرف و عواملی همچون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر باعث افزایش استفاده از تولیدات پراکنده که به طور عمده به شبکه های توزیع متصل شده و نیازی به خطوط انتقال ندارند، گردیده است.
تولیدات پراکنده به تولیداتی اطلاق می شود که قابلیت وصل شدن به شبکه توزیع را داشته باشند.
تحقیقات انجام شده توسط مراکز تحقیقاتی همچون EPRI بیانگر استفاده بیش از 25% انرژی الکتریکی تولیدی توسط تولیدات پراکنده تا سال 2010 می باشد.
تولیدات پراکنده دارای انواع مختلفی می باشد که بسته به نوع آن ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است. توربین های گازی کوچک با ظرفیت 500 کیلووات تا 20 مگاوات و بازده حدود 25 تا 40 درصد و پیل های سوختی با ظرفیت حدود 50 کیلووات تا 3 مگاوات و بازده حدود 45 تا 55 درصد به تدریج در شبکه های توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرند.
سایر تولیدات پراکنده مثل میکروتوربین ها، سلول های خورشیدی و فتوولتائیک ها و توربین هادی بادی و… هم در حال گسترش هستند.
در شبکه های توزیع شعاعی هنگام طراحی، امکان اتصال یک ژنراتور یا یک مولد در سمت بار در نظر گرفته نشده است. یعنی کل شبکه بعد از پست فوق توزیع یا همان فیدر به عنوان یک مدار غیرفعال در نظر گرفته شده است.
لذا نصب تولیدات پراکنده در سمت بار یا در طول فیدر تاثیر قابل توجهی بر توان عبوری، ولتاژ نقاط مختلف و… خواهد داشت. این تاثیرات می تواند در جهت بهبود وضعیت شبکه یا عکس آن باشد. به همین دلیل لازم است قبل از نصب تولیدات پراکنده تاثیر آن بر روی پروفیل ولتاژ، جریان خطوط، جریان اتصال کوتاه، میزان هارمونیک تزریقی، قابلیت اطمینان و… بررسی گردد.
نصب تولیدات پراکنده، ولتاژ نقاط مختلف را تحت تاثیر قرار می دهد لذا باید حداکثر توان قابل تزریق توسط واحد تولید پراکنده در یک باس به نحوی تعیین گردد که ولتاژ همه نقاط در محدوده مجاز باشد. نصب تولیدات پراکنده می تواند در باس محل نصب و یا در ابتدای فیدر باعث ایجاد اضافه ولتاژهای غیرمجاز شود. لذا باید در هنگام تعیین اندازه تولیدات پراکنده این عامل به عنوان یکی از عامل های محدود کننده در نظر گرفته شود.
بر این اساس با توجه به اینکه جایابی مناسب نیروگاه های تولید پراکنده سبب تاثیر بر شاخص های عملکردی سیستم توزیع می گردد، لذا در این پروژه اثر جایابی و تغییر قرارگیری این نیروگاه ها در باس های مختلف با در نظر گرفتن میزان کاهش تلفات و تغییر رگولاسیون ولتاژ بررسی می گردد. عدم جایابی بهینه ممکن است به تنهایی سبب بهبود این شاخص ها نگردد حتی گاهی سبب بدتر شدن وضعیت نیز می گردد.
در فصل اول این پایان نامه، به معرفی انواع تولیدات پراکنده و مزایای استفاده از آنها در شبکه توزیع می پردازیم. معرفی کشورهای استفاده کننده از تولیدات پراکنده و حداکثر توان تولید شده توسط آنها و اندازه های مرسوم مورد استفاده در انواع فناوری های موجود و معرفی تکنولوژی اتصال از جمله مباحث موجود در این فصل است.
در فصل دوم، تاثیر نیروگاه های پراکنده روی رگولاسیون ولتاژ شبکه توزیع با توجه به پروفیل ولتاژ آن قبل و بعد از قرارگیری نیروگاه تولید پراکنده با بهره گرفتن از یک سیستم تست بررسی شده است و همچنین قرارگیری همزمان این منابع و رگولاتورهای ولتاژ و خازن در همان سیستم تست در حالت های مختلف و نحوه تاثیرگذاری آن روی پروفیل ولتاژ در این فصل بررسی شده است.
در فصل سوم، تاثیر نیروگاه های تولید پراکنده روی کاهش تلفات شبکه توزیع در سه حالت بار متفاوت را بررسی می کنیم و برای درک بیشتر موضوع به مدل سازی سیستم برای تحلیل تلفات توان بر پایه احتمال با بکارگیری یک روش گسسته می پردازیم. بدین منظور از یک فیدر توزیع شعاعی به عنوان سیستم تست استفاده گردیده است.
در فصل چهارم، الگوریتم های ارائه شده تاکنون جهت جایابی بهینه نیروگاه های تولید پراکنده بررسی می گردد. و مزایا و معایب و روش اجرای آنها شرح داده می شود.
در فصل پنجم، الگوریتم پیشنهادی برای جایابی با بهره گرفتن از ماتریس ادمیتانس و توان های باس ها معرفی می گردد.
در انتها به شبیه سازی این الگوریتم و بررسی صحت نتایج حاصل با اجرای برنامه پخش بار روی یک سیستم تست 6 باس IEEE با قرارگیری نیروگاه پراکنده در باس های مختلف می پردازیم.
