به گزارش خبرگذاری علم وفناوری پژوهشگر جوان و عضو هیت علمی دانشگاه باهنر کرمان که کتاب ها و مقالات وی تا کنون در راس جهان قرار گرفته اند به تازگی از چاپ جدیدترین مقاله خویش با همکاری پژوهشگر جوان آرش ظاهرنیا در حوزه ترانسفورماتورهای هوشمند که در یکی از پر مخاطبترین مجلات الزویر خبر داد و گفت: در ابتدا باید عرض کنم که هنوز متاسفانه مفهوم ترانسفورماتورهای هوشمند به خوبی در بین پژوهشگران مطرح نشده است و گاهی اوقات ملاحظه می شود که چه در داخل ایران و چه در سطح بین المللی درک اشتباهی از این موضوع وجود دارد.

شایان ذکر است؛ دکتر حسام رهبری مقام پس از چاپ جدیدترین مقاله خود در ژورنال -Electric Power Systems Research- در سال 2021، که یکی از محبوب ترین و پرمخاطب ترین مجلات الزویر در زمینه تحقیقات سیستم های قدرت است، در ابتدا به اشتباه رایجی که بین مهندسین و پژوهشگران در رابطه با مفهموم ترانسفورماتورهای هوشمند در داخل و خارج کشور وجو دارد پرداخت و سپس به تشریح طرح جدید خود در این مقاله اشاره کرد.

وی در خصوص اشتباهات رایج در زمینه ترانسفورما تورهای هوشمند ، گفت :  این نوع از اشتباهات به دو گروه تقسیم می شوند، گروهی از اساتید و پژوهشگران هنوز بر این اعتقاد هستند که ترانسفورماتورهای هوشمند همان ترانسفورماتورهای معمولی هستند که در کنار آنها اداوات کنترلی در جهت جبران سازی توان راکتیو و سایر کنترل کننده ها قرار گرفته است که در واقع ترکیب همان ترانسفورماتورهای معمولی با این کنترل کننده ها و جبرانسازها در شبکه هوشمند را ترانسفورماتور هوشمند در نظر می گیرند.

رهبری مقام ادامه داد: گروهی دیگر، ترانسفورماتورهای حالت جامد را در این طبقه قرار می دهند، در حالی که ترانسفورماتور هوشمند ( Smart Transformer (ST)) یک  ترانسفورماتور حالت جامد (Solid-State Transformer (SST)) است که خدمات جانبی را به شبکه های توزیع و انتقال ارائه می دهد تا عملکرد آنها بهینه شود. از این رو، تمرکز از مزیت های سخت افزاری به ویژگی های کاربردی تغییر می کند. یکی از عملکردهای مطلوب اتصال لینک dc برای فعال کردن سیستم توزیع ترکیبی است. به همین دلیل ، معماری ST باید حداقل از دو مرحله قدرت تشکیل شود.

وی افزود: روش طراحی استاندارد برای این نوع سیستم طراحی هر مرحله قدرت برای حداکثر بار است با این حال، این رویکرد طراحی، ممکن است خدمات اضافی مانند جبران توان راکتیو در سمت ولتاژ متوسط (MV) را محدود کند و قابلیت تنظیم بار ST را در سمت ولتاژ پایین (LV) در نظر نگیرد، اگر SST متناسب با خدماتی باشد که ارائه می دهد، مراحل مختلف طراحی های متفاوتی دارند، به طوری که ST دیگر فقط یک کاربرد SST نیست بلکه یک موضوع کاملاً جدید است.

رهبری مقام در خصوص جدید ترین تحقیقات خود گفت:  تازه ترین مقاله ای که در زمینه ترانسفورماتورها به چاپ رسانده ایم ، باید گفت که از یک ساختار کنترلی استفاده شده است و امکان اتصال منابع تولید پراکنده و همچنین ذخیره‌ساز انرژی را به لینک DC ترانسفورماتور فراهم ‌سازد این ویژگی سبب می‌شود که در شرایط اضطراری نظیر وقوع خطا در شبکه، امکان ادامه تغذیه بارهای متصل به ترانسفورماتور هوشمند فراهم باشد.

وی تاکید کرد:  روش کنترلی استفاده شده قادر به جبران‌سازی نامتعادلی و همچنین جذب هارمونیک‌های مخرب شبکه قدرت است. این روش و ساختار پیشنهادی  امکان جبران‌سازی نامتعادلی و همچنین حذف هارمونیک‌های ناشی از فیدرهای جانبی و جلوگیری از تزریق آن به شبکه را فراهم می‌سازد.

رهبری مقام اذعان کرد: با توجه به رشد روزافزون نصب منابع انرژي پراکنده نظیر سیستم‌های فتوولتائیک (PV) و انرژي باد در شبکه‌هاي توزیع و افزایش پیچیدگی عملکرد این شبکه‌ها، مدیریت توان و انرژی در این شبکه‌ها نیز پیچیدگی بیشتري پیدا کرده ‌است. در راستای رفع این چالش‌ها، ترانسفورماتورهای هوشمند (ST) گزینه بسیار مناسبی می‌باشند، زیرا این ترانسفورماتورها امکان کنترل منعطف‌تر توان را فراهم می‌کنند، که عامل اصلی در پایداري و حفظ عملکرد شبکه قدرت ‌است.

این مقام مسول گفت: به‌ طور کلی ساختار ترانسفورماتور هوشمند از مراحل یکسوسازی AC/DC، مبدلDC/DC و اینورتر DC/AC تشکیل شده ‌است. یکی از عملکردهاي ترانسفورماتور هوشمند همانند ترانسفورماتورهای سنتی، افزایش و کاهش ولتاژ می‌باشد. ایده اصلی ترانسفورماتور هوشمند، تبدیل سطح و نوع ولتاژ (AC وDC) از طریق ایزولاسیون فرکانس متوسط یا فرکانس ‌بالا است، که منجر به کاهش حجم و وزن ترانسفورماتورها در مقایسه با ترانسفورماتور قدرت سنتی می‌شود.

وی ابراز کرد: در سال‌هاي اخیر تجهیزات الکترونیک قدرت رشد قابل توجه‌ای داشته‌اند. مزایایی فراوان این تجهیزات نظیر توان بالا و تلفات پایین، استفاده از آنها را توجیه‌پذیرتر نموده ‌است. با توجه به این موضوع، ترانسفورماتورهای هوشمند می‌توانند در بعضی کاربردها جایگزین بسیار مناسبی براي ترانسفورماتورهاي سنتی باشند. با این وجود ‌استفاده از ترانسفورماتورهای هوشمند به بررسی و مطالعه بیشتر نیاز داشته و برای هر کاربرد، به یک ساختار و سیستم کنترلی مناسب نیاز است.

رهبری مقام ادامه داد: در این مقاله، یک ساختار جدید برای ترانسفورماتور هوشمند در نظر گرفته می‌شود که شامل یکسوساز AC/DC، مبدل DC/DC و اینورتر DC/AC می‌باشد. برای هر یک از مبدل‌های مذکور یک سسیستم کنترلی مناسب ارائه خواهد شد. در نهایت ترانسفورماتور هوشمند و سیستم کنترلی مبدل‌های آن باید قادر به محقق ساختن اهدافی چون سینوسی و متعادل شدن جریان کشیده شده از شبکه, متعادل‌سازی ولتاژ بارهای ترانسفورماتور هوشمند، جلوگیری از انتشار اغتشاشات سمت شبکه به سمت بارها؛ تغذیه مطمئن و پیوسته بارها، جبران‌سازی بارهای نامتعادل، بارهای راکتیو و جریان هارمونیکی در سمت شبکه را دنبال می کنند.

وی با اشاره به اینکه ضمن توجه به توضیحات بالا، اولین اهداف این پژوهش شناسایی و طراحی یک سیستم کنترلی کارآمد برای مبدل‌های ترانسفورماتورهای هوشمند می‌باشد، گفت: دومین هدف پژوهش اضافه کردن یک منبع تولید پراکنده به ساختار ترانسفورماتور هوشمند (لینک DC ترانسفورماتور هوشمند) است، به گونه‌ای که در زمان وقوع خطا در سمت شبکه، ST قادر باشد تمامی یا بخشی از بارهای سمت شبکه ولتاژ ضعیف (شبکه توزیع) را تامین کند. این ویژگی موجب بهبود قابلیت اطمینان شبکه توزیع شده و علاوه بر آن، استفاده از ST اقتصادی‌تر خواهد شد. زیرا بیشتر تولیدات پراکنده برای اتصال به شبکه نیاز به مبدل داشته و از طریق ادغام تولید پراکنده با ST، ضمن اینکه نیاز به مبدل اضافی برطرف می‌شود، می‌توان از تمام ظرفیت مبدل‌های ST نیز استفاده کرد.

رهبری مقام ادامه داد: یکی از چالش‌های طرح پیشنهادی، نیاز به سیستم مدیریت انرژی برای کنترل توان دریافتی از شبکه، توان تزریقی به سمت بار و توان تولیدی DG است که  در جهت بهبود هرچه بیشتر طرح مذکور، می‌توان از یک سیستم ذخیره‌ساز انرژی نیز در لینک DC استفاده کرد که با این کار، سیستم ترانسفورماتور هوشمند به یک ریزشبکه کوچک تبدیل می‌شود که قادر به تولید توان، ذخیره‌سازی توان، دریافت توان از شبکه و تزریق توان به شبکه است .

وی به هدف اصلی از این پژوهش اشاره کرد و گفت: شناسایی یا طراحی یک سیستم کنترلی مناسب برای ترانسفورماتور هوشمند، ادغام یک تولید پراکنده به همراه ذخیره‌ساز انرژی با ترانسفورماتور هوشمند به منظور افزایش بهره‌وری مبدل‌ها و همچنین افزایش قابلیت اطیمنان شبکه  از مهمترین اهداف این پژوهش است.

عضو هیئت علمی گروه برق و الکترونیک تاکید کرد: نتایج این مقاله نشان داد که ساختار و روش کنترلی پیشنهادی برای ST، عملکرد قابل قبولی داشته و تمام اهداف بیان شده را محقق ساخته و  بر اساس نتایج بدست آمده، ترانسفورماتور هوشمند در شرایط مختلف نظیر افزایش بار، کاهش توان منابع تولید پراکنده و وقوع خطا در شبکه، عملکرد پایدار و سرعت قابل قبولی در حذف اغتشاشات داشته ‌است.

وی افزود: همچنین مشخص شد که با استفاده از ترانسفورماتور هوشمند علاوه بر تامین مطمئن توان مصرفی یک فیدر، می‌توان هارمونیک‌ها و نامتعادلی جریان در فیدرهای مجاور را نیز جبران‌سازی کرده و مانع از تزریق آنها به شبکه شد. همچنین درصد نامتعادلی و درصد THD جریان شبکه در سه حالت مختلف و برای هر فاز بررسی شد ، لازم به ذکر است که این نتایج با در نظر گرفتن kW 500 به عنوان بار فیدر اول و همچنین با در نظر گرفتن محدودیت جریان ST بدست آمده ‌است.

این نخبه علمی اشاره کرد: نتایج به خوبی نشان می‌دهد که در ابتدا عدم تعادل و همچنین THD جریان شبکه بسیار بالا بوده و از نظر کیفیت توان نامطلوب است. پس از اضافه شدن ST، هم نامتعادلی و مقدار THD به شدت کاهش می‌یابد، به صورتی که مقدار THD به طور میانگین در حدود 70 درصد و مقدار نامتعادلی حدود 75 درصد کاهش یافته ‌است که بسیار جالب توجه ‌است. در ادامه و با اضافه شدن باتری و PV، مقادیر نامتعادلی و THD باز هم کاهش بسیار جالب توجهی داشته‌اند.

انتهای پیام / طهماسبی