نفوذ گسترده سیستم های PV خورشیدی در شبکه های توزیع واقعیتی است که در بسیاری از سیستم های برق فعلی در سراسر جهان قابل مشاهده است. این نفوذ گسترده سیستم های PV به شبکه های توزیع چالش هایی خواهد داشت که باید مورد توجه قرار گیرد. در دو دهه اخیر تولید ماژول های فتوولتائیک دارای نرخ رشد تصاعدی بوده است و توان تولید این ماژول ها در سال 2005 به حدود 1727 مگاوات رسیده است. مهمترین بخش طراحی سیستم فتوولتائیک و تعیین هزینه نهایی این سیستم ها می باشد. در حال حاضر فناوری مبدل های یکپارچه ماژول (MIC) در سیستم های PV متصل به شبکه کاربرد فراوانی یافته است و به عنوان عاملی برای ایجاد تعادل بین امنیت و قابلیت اطمینان و همچنین هزینه کل سیستم در نظر گرفته می شود. ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) روشی برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی است [1] .طبق قضیه انتقال حداکثر توان، حداکثر توان زمانی در خروجی ظاهر می شود که امپدانس مدار (یا امپدانس منبع) با امپدانس بار برابر باشد. روش های زیادی برای پیاده سازی MPPT پیشنهاد شده است. از مهم ترین این روش ها می توان به اغتشاش و مشاهده، رسانایی افزایشی، شبکه های عصبی و منطق فازی اشاره کرد. البته انتخاب یک رویکرد از بین روش های ذکر شده به پیچیدگی و زمان اجرای الگوریتم بستگی دارد. با بررسی مقالات انجام شده در این راستا می توان به این نتیجه رسید که روش اغتشاش و مشاهده جایگاه ویژه ای در بین محققان دارد. دلیل این امر کوتاه بودن زمان پاسخگویی و همچنین سادگی اجراست [2]. در مراجع مختلف تاکید شده است که سیستم فتوولتائیک باید با استانداردهای شبکه مطابقت داشته باشد. از جمله مهم ترین موارد تحت بررسی این استانداردها می توان به کیفیت برق، تعیین حالت جزیره ای، اتصال به زمین و … اشاره کرد که در این میان تشخیص حالت جزیره ای توسط سیستم کنترل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. منظور از حالت جزیره ای جداسازی شبکه برق از اینورتر سیستم PV است. در این حالت، اینورتر فقط بارهای محلی را تغذیه می کند. این اهمیت به دلیل ملاحظات ایمنی در مورد افراد و تجهیزات الکتریکی است. معمولاً حفاظت های در نظر گرفته شده به دو صورت فعال و غیرفعال انجام می شود. ارجاع [3] نشان داده است که عملکرد سیستم PV به طور قابل توجهی بهبود می یابد اگر از منطق فازی برای پیاده سازی MPPT استفاده شود. در این صورت هارمونیک های کمتری به شبکه برق منتقل می شود و سیستم به راحتی محافظت می شود. البته در کنار منطق فازی، استفاده از شبکه های عصبی RBF برای پیاده سازی MPPT مناسب تشخیص داده شده است. در مراجع [4]، [5]نویسندگان یک شبکه عصبی برای استفاده از MPPT پیشنهاد کرده اند که دارای 3 نورون در لایه ورودی، 9 نورون در لایه پنهان و یک نورون در لایه خروجی است. پالس های PWM تولید شده در ماژول PV نیز برای کنترل چرخه وظیفه استفاده شده است. در مرجع [6]، آنها نحوه استفاده از PSO را برای دستیابی به تزریق مناسب توان اکتیو به شبکه از طریق کنترل سوئیچینگ مبدل DC در منظومه شمسی بررسی کرده اند. در این روش بردار چرخه وظیفه توسط از ذره الگوریتم سه چرخه وظیفه را به مبدل می فرستد. مقدار چرخه وظیفه پس از اعمال چندین تکرار در مقدار معینی ثابت می شود. این روش می تواند برای مواردی که تشعشعات غیر یکنواخت رخ می دهد مفید باشد. در مرجع [7]، بر اساس الگوریتم ارائه شده، پارامترهایی مانند تعداد مورچه ها، سرعت همگرایی و فرآیند جستجوی محلی توسط کاربر تعیین می شود. نویسندگان در این مقاله نشان داده اند که بهترین چرخه وظیفه برای فعالیت سیستم فتوولتائیک را می توان با استفاده از ACO تقریب زد. این الگوریتم سریعتر از الگوریتم PSO به جواب نهایی رسیده است. در مقاله [8]، نویسندگان از الگوریتم ژنتیک استفاده کرده و نحوه استفاده از این الگوریتم را برای محاسبات MPPT ارائه کرده اند. در مراجع [9]، [10]روش آشفتگی موفق و مشاهده بدون نیاز به پارامترهای سلول خورشیدی، نقطه حداکثر توان را تشخیص می دهد. در مراجع [11]، [12]روش‌های مبتنی بر مدلسازی سلول‌های خورشیدی برای بهبود عملکرد متقابل سیستم فتوولتائیک و شبکه بررسی شده‌اند. در مرجع [13]، روشی که از رابطه تقریبا خطی بین جریان اتصال کوتاه و جریان نقطه کار استفاده می کند که به آن روش جریان اتصال کوتاه می گویند، روش دیگری به نام ولتاژ مدار باز شناخته می شود. اساس روش وجود یک تابع تقریبا خطی بین ولتاژ نقطه کار و ولتاژ مدار باز سلول است. در مرجع [14]، روش های کنترل هوشمند سیستم فتوولتائیک بررسی شده است. ارجاع [15] به روش های یافتن MPP بر اساس تغییر آرایش سلول ها می پردازد و با کمک نیوتن رافسون تلاش هایی برای بهبود آن صورت گرفته است. در مرجع [16] به یک روش بهینه سازی برای شرایط نیمه سایه می پردازد. در مقالات جدید، شرایط نیمه سایه نقش مهمی در بحث در مجامع علمی و صنعتی دارد. در مرجع [17]نقش عوامل مختلف در سلول خورشیدی بررسی شده است تا بتوان در یک مدل با استفاده از Spice عواملی از جمله شرایط سایه، آرایش سلول ها بر اساس مدل دو دیودی سلول خورشیدی را شبیه سازی کرد. نفوذ قوی سیستم‌های خورشیدی بر شبکه‌های توزیع، تزریق نیروی مازاد برای تغذیه بار و برآوردن تقاضا را ممکن می‌سازد. این برخلاف روش معمولی است که مصرف کننده برق را از شبکه جذب می کند. جریان برق معکوس از طریق شبکه های توزیع می تواند باعث مشکلات ولتاژ شبکه شود، به خصوص اگر سیستم توزیع ضعیف باشد. شرایط آب و هوایی می تواند باعث نوسانات برق در سیستم های خورشیدی شود زیرا انرژی تولید شده در PV به میزان تابش و دمای محیط بستگی دارد. این امر منجر به افزایش یا کاهش شدید توان خروجی PV به شبکه خواهد شد [18]. سیستم های توزیع ضعیف در برابر نوسانات ناشی از نوسانات خروجی PV آسیب پذیر هستند. تخصیص نامتعادل واحدهای PV در فازهای مختلف در فیدر توزیع می تواند جریان خنثی بالایی ایجاد کند، به خصوص در اواسط روز که شار توان معکوس در حداکثر خود است. در مقاومت زمین خنثی، این سیم با مقاومت جریان بالا می تواند ولتاژ قابل توجهی روی همان سیم ایجاد کند. با توجه به تاثیر بالقوه سیستم های PV بر شبکه های توزیع، صنعت برق محدودیت هایی را برای جلوگیری از نفوذ این منابع ایجاد کرده است. این محدودیت ها مربوط به حداکثر توانی است که منابع PV می توانند به شبکه تزریق کنند تا کیفیت برق و امنیت شبکه تحت تأثیر قرار نگیرد. در استرالیا، برخی از صاحبان صنایع برق را به اندازه واحد PV خانگی (3.5-5 کیلوگرم در هر واحد خانگی) محدود کرده اند. برخی دیگر از صنعت گران نیز بر اساس سطح بارگذاری (33 درصد ظرفیت فیدر فشار ضعیف و 20 درصد ظرفیت پست یک منطقه و …) بر روی ضریب نفوذ سیستم PV تنظیماتی انجام داده اند. بنابراین نیاز به تحلیل کاملی از اثرات PV داریم تا بتوان سطح نفوذ واحدهای PV را به شبکه توزیع افزایش داد. در گذشته به دلیل غیرفعال بودن این شبکه ها و تاثیر متقاطع ناچیز شبکه های فشار قوی، به تعاملات سیستم های توزیع به ویژه در سطوح فشار ضعیف توجهی نمی شد. [19]. با این حال، شبکه های توزیع مدرنی که امروزه در حال شکل گیری هستند، به دلیل گنجاندن دستگاه های تولید پراکنده (DG) ماهیت فعالی به خود گرفته اند. بنابراین بازنگری در رویکردهای تحلیل شبکه های توزیع برای بررسی مناسب اثرات سیستم های خورشیدی ضروری به نظر می رسد. در حال حاضر، فناوری اندازه گیری هوشمند به طور گسترده در سیستم های توزیع، به ویژه سیستم های LV توسعه یافته است [20]. با استفاده از ابزارهای مناسب، داده های اندازه گیری شده از طریق جعبه ابزار می توانند راه حل های مناسبی برای اعمال سیستم های PV در شبکه و بررسی اثرات آنها (آفلاین یا آنلاین) ارائه دهند. در سال‌های اخیر، کنترل توان راکتیو از طریق اینورترهای PV هوشمند برای پشتیبانی از ولتاژ شبکه امکان‌پذیر شده است. اگرچه اندازه اینورتر مورد استفاده در سیستم های PV متفاوت است، اما با استفاده از کنترل مناسب ظرفیت کل مبدل های توزیع شده، می تواند مزایای قابل توجهی از پشتیبانی سیستم در فیدرهای MV و LV داشته باشد. بنابراین، اسناد زیادی وجود دارد که نشان می دهد واحدهای سیستم PV نصب شده بر روی پشت بام منازل در شبکه های توزیع فشار ضعیف تأثیرات قابل توجهی بر عملکرد شبکه های الکتریکی چه در LV و چه در MV دارند. با افزایش نفوذ PV، شبکه های توزیع LV شرایط توان معکوس و اضافه ولتاژ را در بخشی از شبکه تجربه می کنند. در نتیجه ظرفیت فیدرهای نصب شده تقریباً در محدوده مقدار اسمی تعریف شده برای آنها قرار دارد. این امر باعث می شود تا مسئولان صنعت برق موانعی را برای نصب واحدهای PV جدید در سطح توزیع پایین تر ایجاد کرده و اندازه و اندازه اختصاص داده شده به PV را کاهش دهند. علاوه بر این، نوسانات توان خروجی PV به دلیل تغییر در شرایط محیطی موثر می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر نوسانات ولتاژ به ویژه در شبکه‌های توزیع ضعیف داشته باشد. با اختصاص تعداد نامتعادل PV برای هر فاز شبکه، در شبکه های توزیع LV چهار سیمه، سیم خنثی حاوی جریانی خواهد بود که پتانسیل سیم نول را (حتی تا مقدار قابل قبول) افزایش می دهد. با توجه به مشکلات ذکر شده در بالا و همچنین تعیین اقدامات مناسبی که در چنین شرایطی می توان انجام داد، ارزیابی صحیح اثر PV در شبکه های توزیع ضروری به نظر می رسد. از این رو در این مقاله تاثیر سیستم PV در سیستم های توزیع LV و MV بررسی شده و راهکارهای مناسب برای رفع مشکلات ذکر شده ارائه شده است. در این راستا مدلسازی و تحلیل جامعی برای شبکه های توزیع فشار ضعیف و فشار متوسط انجام خواهد شد. به این ترتیب امکان تخصیص صحیح سیستم های PV در شبکه وجود خواهد داشت. با استفاده از روش فوق، شبکه های حاوی PV را می توان برای سیستم های سه سیم MV و چهار سیم LV که شامل ترانسفورماتور و امپدانس زمین هستند، مدل سازی کرد. مدلسازی سیستم PV بر اساس داده‌های دمای محیط و تابش، راندمان اینورتر، پارامترهای پانل PV و مشخصه VI انجام می‌شود. با استفاده از رویکرد فوق، تخصیص بهینه سیستم های PV در شبکه های توزیع فشار ضعیف و متوسط امکان پذیر خواهد بود. جدول 1.
ترجمه و ارائه توسط: ttmnews