Amirkabir University of Technology ريزشبکه های هوشمند برق دکتر گئورگ قره پتيان قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه -1 شبکه های هوشمند { مقدمه در.
Download ReportTranscript Amirkabir University of Technology ريزشبکه های هوشمند برق دکتر گئورگ قره پتيان قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه -1 شبکه های هوشمند { مقدمه در.
Slide 1
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 2
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 3
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 4
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 5
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 6
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 7
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 8
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 9
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 10
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 11
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 12
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 13
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 14
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 15
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 16
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 17
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 18
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 19
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 20
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 21
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 22
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 23
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 24
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 25
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 26
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 27
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 28
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 29
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 30
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 31
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 32
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 33
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 34
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 35
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 36
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 37
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 38
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 39
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 40
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 41
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 42
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 43
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 2
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 3
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 4
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 5
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 6
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 7
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 8
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 9
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 10
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 11
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 12
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 13
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 14
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 15
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 16
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 17
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 18
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 19
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 20
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 21
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 22
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 23
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 24
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 25
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 26
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 27
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 28
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 29
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 30
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 31
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 32
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 33
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 34
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 35
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 36
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 37
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 38
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 39
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 40
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 41
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 42
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما
Slide 43
Amirkabir University
of Technology
ريزشبکه های هوشمند برق
دکتر گئورگ قره پتيان
قطب علمی قدرت دانشکده مهندس ي برق
پژوهشکده بهره برداری ايمن شبکه
-1شبکه های
هوشمند
{
مقدمه
در صنعت برق مواجه هستيم با:
افزایش بی سابقه تقاضای انرژی الکتریکی
کاهش منابع مالی
تجدید ساختار برق
افزایش رقابت
3
{
مقدمه
بهره برداری از سیستم قدرت در نزدیکی محدودیت های
حرارتی و دینامیکی
}
کاهش کیفیت سرویس دهی
کاهش امنیت
4
Northeast Blackout of 2003
The Northeast blackout of 2003 was a widespread
power outage that occurred throughout parts of the
Northeastern and Midwestern United States and
Ontario, Canada on Thursday, August 14, 2003, just
before 4:10 p.m. EDT
At the time, it was the second most widespread
blackout in history, after the 1999 Southern Brazil
blackout.
The blackout affected an estimated 10 million people
in Ontario and 45 million people in eight U.S. states.
One Day Before the Blackout
The Night of The Blackout
Power System, Today
جریان انرژی یک طرفه ،از تولید کننده به سمت مصرف کننده
ساختمان های مسکونی /تجاری
توزیع
انتقال
تولید
انرژی
اطالعات
• جریان اطالعات یک طرفه ،از کنتورها به سمت شرکت های برق
{
شرايط موجود
توسعه روز افزون سيستم هاي مخابراتي
پیشرفت فن آوری اطالعات
امكان كاربرد منابع توليد پراکنده و تجديد پذير
بال رفتن انتظارات از شبکه قدرت
{
انگيزه
امكان بکارگیری مجموعه ای از تکنولوژی ها در مفهوم شبکه هوشمند انرژی
با انگیزه:
10
بهبود سرویس دهی به مشترکین
بهبود امنیت و حاشیه اطمینان
بهبود کیفیت توان
کاهش هزینه کل
افزایش راندمان
Power System, Tomorrow
جریان انرژی دوطرفه
استقرار شبکه های مخابراتی به منظور ایجاد ارتباطات امن بین تجهیزات
ساختمان های
مسکونی /تجاری
تولید پراکنده و ذخيره
سازی انرژی
توزیع
انرژی
اطالعات
انتقال
تولید
شبکه هوشمند انرژی
این شبکه سنسورهای مختلف ،ارتباطات بی
سیم ،نرم افزارهای پیشرفته ،امکانات محاسباتی را
بکار می گیرد تا شرکت های برق را قادر سازد که
بدانند چه مقدار انرژی و در کجا مصرف می شود.
شبکه هوشمند انرژی
همچنین در صورت بروز مشکل در شبکه و
خاموش ی ،سریعا مطلع شوند و اقدامات به موقع
هوشمندانه صورت گیرد.
شبکه هوشمند انرژی
مشترکین قادراند انرژی مصرفی خود را بهینه و رفتار
برق مصرفی خود را خود تنظیم نمایند.
شرکت های برق با قیمت گذاری لحظه ای می توانند
بار شبکه را به نحو مطلوب مدیریت کنند و مشترکین
قادر خواهند بود هزینه قبوض خود را کاهش دهند.
مقایسه شبکه برق فعلی با شبکه هوشمند
تفاوت مفهوم اتوماسیون شبکه و
شبکه هوشمند
اتوماسیون شبکه
شبکه هوشمند
ارتباط دوطرفه با مشترکین از
نظارت آنالین شبکه
طریق کنتورهای AMI
تشخیص سریع خطاها و امکان
نرم افزار هوشمند برای تشخیص
جداسازی شبکه معیوب
خودکار عیب ها
امکان فرمان دادن برای قطع و
و کارکردهای نامناسب شبکه و
وصل تجهیزات شبکه
اصالح آن ها
امکان اتصال مولدهای پراکنده
کوچک و بسیار کوچک به شبکه
توسعه بازار خرده فروشی برق
Framework of Smart Grids
)National Institute of Standard & Technology( NIST شده توسط
چارچوب ارائه
: IEEE
)Power and Energy Layer( لیه توان و انرژی
)Communication Layer( لیه مخابرات
)IT/Computer Layer( لیه کامپیوتر و فناوري اطالعات17
Framework of Smart Grids
(Bulk Generation) تولیدکنندگان عمده
18
Framework of Smart Grids
(Transmission System) انتقال
19
Framework of Smart Grids
(Distribution System)توزیع
20
Framework of Smart Grids
(Customer)مشترکین
21
Framework of Microgrid
-2ريز شبكه ها
تعريف
مفهوم :ریز شبکه ،یک شبکه
توزیع الکتریکی در مقیاس کوچک،
سطح ولتاژ پایین ،شامل منابع
تولید همزمان برق و حرارت و
سایر منابع تولید پراکنده برای
تغذیه بار های الکتریکی و حرارتی
در یک ناحیه کوچک كه تحت يك
سيستم كنترلي عمل مي كند.
24
مزایای فنی
-1امكان تامین تقاضاي رشد بار در صورت عدم تامین توسط شبكه اصلي.
-2كنترل توان اكتيو و راكتيو
-3تصحيح افت ولتاژ
-4اصالح نامتعادلي
-5بهبود كيفيت توان در PCC
-6افزايش قابليت اطمينان و امنيت بار در صورت بروز حالت جزيره اي
-7امكان ايجاد هماهنگي در چند DGبراي سود حداكثر
-8با كنترل مناسب ،ايجاد امكان عملكرد Plug and Playبراي -DGها
مزایای اقتصادی
-1با توجه به حذف هزينه توليد متمركز و انتقال ،مي تواند هزينه توليد را كاهش
دهد.
-2در پاسخ به رشد بار سريع ،يك راه حل سريع در سرمايه گذاري است.
-3بعلت بهبود كيفيت توان ،مضرات اقتصادي اغتشاشات را كاهش مي دهد.
-4افزايش راندمان و كاهش هزينه ها با فراهم آوردن بستر كاربرد CHP
-5ريز شبكه مستقل ،سود براي دارندگان DGو سود عدم خاموش ي براي مشتركین
دارد.
شباهت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1قوانین پخش بار اقتصادي.
-2كاهش هزينه توليد با تركيب DERs
-3خريد و فروش برق
-4تركيب بهينه فناوري هاي گوناگون DGبراي چرخه هاي گوناگون كار شبكه
-5سازگاري با ظرفيت بال و فن آوري هاي توليد با هزينه كم براي تغذيه بارهاي پايه
-6سازگاري با ظرفيت كم و فن آوري هاي توليد پرهزينه براي تغذيه بارهاي پيك
تفاوت اقتصاد آن با شبكه اصلي
-1بهينه سازي همزمان منابع توليد توان الكتريكي و حرارتي.
-2بهينه سازي همزمان عرضه و تقاضا
انواع
ریزشبکه متصل
ریزشبکه مستقل
متصل به شبکه توزیع
مستقل از شبکه خارجی
نقش شبکه توزیع به عنوان باس
اسلک
نیاز به سیستم کنترلی برای
پایداری ولتاژ و فرکانس
عدم نیاز به کنترل ولتاژ و
فرکانس
تقسیم مناسب توان بین واحدها
29
افزایش قابلیت اطمینان
ساختار یک ریز شبکه نمونه
30
بهره برداری و مدیریت
بهره برداری و مدیریت ریز شبکه ها در مد های کاری مختلف از طریق:
-1كنترلر ريزمنابع ( )MC: Microsource Controllerمحلی و
-2کنترل کننده های مرکزی CC: Central Controller
وظیفه اصلی MCکنترل توان و ولتاژ در پاسخ به اغتشاشات و تغییرات بار به طور
مستقل از CCاست.
وظیفه اصلی CCبهره برداری و حفاظت ریز شبکه از طریق –MCهاست.
31
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت متصل به شبکه:
-1پایش با جمع آوری اطالعات از ریز منابع و بارها.
-2با استفاده از اطالعات جمع آوری شده:
انجام تخمین حالت،
ارزیابی امنیت،
برنامه ریزی تولید اقتصادی،
کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع
و مدیریت سمت مصرف
-3تضمین عملکرد سنکرون با شبکه اصلی و تثبیت مقدار تبادل توان در مقادیر
اولویت دار مندرج در قرارداد.
بهره برداری و مدیریت
وظائف CCدر حالت مستقل از شبکه:
-1کنترل توان اکتیو و راکتیو ریز منابع به منظور تثبیت ولتاژ و فرکانس پایدار در بارها.
-2تطبیق استراتژی های بارزدایی با استفاده از مدیریت سمت مصرف و ذخیره ساز
های انرژی برای حفظ تعادل توان و ولتاژ باس ها.
-3ايجاد امكان یک Black startبرای ارتقاء قابلیت اطمینان و تداوم سرویس.
-4تغيیر مدکاری از مستقل به متصل بعد از بازیابی شبکه اصلی بدون ايجاد اشكال در
پایداری هر دو شبکه (ریز شبکه و شبکه اصلی).
چالش ها
-1اقتصادي
-2فني
-3مدیریتی و قانونی
چالش های اقتصادی
-1هزینه بالی نصب منابع تولید پراکنده
-2انحصار بازار :اگر ریز شبکه قادر به تغذیه بارهای اولویت دار در حالت وقوع هر
حالت اضطرارای باشد ،سوال مهم ایسنت که چه کس ی مسئولیت کنترل قیمت های
انرژی در بازه زمانی که شبکه اصلی در دسترس نیست ،دارد.
چالش های فنی
-1کمبود تجربه و دانش فنی در زمینه کنترل تعداد زیاد ریز منابع.
این مسئله نیازمند تحقیقات گسترده به صورت بالدرنگ Real-timeو همچنین
off-lineدر زمینه جنبه های مدیریتی ،حفاظتی و کنترلی ریز شبکه ها و به عالوه
انتخاب ،اندازه یابی و جایابی بهینه ریز منابع است.
-2كاركرد Plug & Playنياز به تجهیزات حفاظتي و كنترل خاص دارد.
-3به هم خوردن هماهنگي حفاظتي
چالش های فنی
-4تشخيص حالت جزيره اي
-5كنترل ولتاژ و فركانس در حالت مستقل
-6تقسيم بار بین -DGها با رعايت محدوديت هاي DGبار و شبكه.
-7تامین Pو Qمورد نياز مصرف كنندگان با رعايت محدوديت هاي ولتاژ و جريان
شبكه
-8سنكرون سازي با شبكه بعد از جزيره اي شدن
. . . -9
چالش های مدیریتی و قانونی
-1در اغلب کشور ها ،استاندارد و مقررات مشخص ی برای بهره برداری از ریز شبکه ها
موجود نیست و بايد استاندارد های لزم برای بهره برداری ،زيرساخت مخابراتي ،کنترل
و حفاظت آنها توسعه یابد.
-2اکثر دولت ها راه اندازی بهره برداری از انرژی پاک را تشویق می کنند ،اما غالبا
استاندارد و مقررات برای پیاده سازی این ساختار ها در آینده ،وجود ندارد.
-3قوانین مناسب براي تشويق سرمايه گذاران به ايجاد ريزشبكه ها
-4كجائيم و به كجا بايد برويم ؟ (نقشه راه)
هوشمند سازی شبکه برق در ايران
نياز به يك نقشه راه داريم!
نقشه راه شبکه های هوشمند برق
ویژگی مشترک نقشه راه هوشمندسازی شبکه
در کشورهای پیشرو
هوشمندسازی شبکه به نصب کنتور هوشمند ،ایجاد امکان نظارت و اتوماسیون شبکه
محدود نمی شود.
نیاز به توسعه زیرساخت های لزم برای خودروهای الکتریکی ،توسعه انرژی های تجدیدپذیر
و ایجاد و توسعه بازار خرده فروش ی بازار برق می باشد.
افق زمانی توسعه شبکه هوشمند 20تا 30سال است و باید همگام با توسعه سایر حوزه ها
(انرژی های تجدیدپذیر و )...پیش رود.
طرح ریزی و حمایت از پروژه های هوشمند سازی شبکه به صورت یکپارچه انجام می گیرد
تا ضمن حفظ انسجام شبکه هزینه های اجرایی نیز به حداقل برسد.
نتيجه گيری
The future is near ,
look better
and you'll see it.
با تشکر از توجه شما