1-2-1) مزایای استفاده از واحدهای تولید پراکنده……………………………………………………….. 8
1-3) میکروشبکه………………………………………………………………………………… 8
1-3-1) ساختار کلی میکروشبکه…………………………………………………………………………………… 10
1-3-2) مصرف کننده­ها…………………………………………………………………………………………………. 11
1-3-3)ذخیره­ساز های انرژی…………………………………………………………………………………………. 11
1-3-4)کنترل­کننده………………………………………………………………………………………………………… 12
1-4) مدهای عملکردی میکروشبکه……………………………………………………………………………………. 13
1-4-1)مد متصل به شبکه اصلی…………………………………………………………………………………… 13
1-4-2)مد جزیره­ای…………………………………………………………………………………………………………. 14
1-5) ساختار و عناصر میکروشبکه مورد بررسی………………………………………………………………… 15
1-6) کنترل فرکانس در میکروشبکه …………………………………………………………………………………. 17
1-7) جمع بندی و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………. 18
عنوان                                                                                                                     صفحه
فصل دوم: بر کارهای گذشته
2-1) کاربرد های پیل سوختی در میکرو شبکه…………………………………………………………………. 21
2-2) چالش های کنترل میکروشبکه………………………………………………………………………………….. 23
2-3) بر انواع مدل سازی دینامیکی عناصر موجود در ساختار میکروشبکه………… 25
2-4) کنترل  فرکانس……………………………………………………………………………………….. 27
 فصل سوم: کنترل­کننده­های هوشمند
3-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………………………… 31
3-2) چگونگی سیستم های فازی……………………………………………………………………………………….. 32
3-3) موارد و چگونگی استفاده از سیستم های فازی……………………………………………………….. 39
3-3-1) ماشین شست و شوی فازی……………………………………………………………………………. 40
3-3-2)سیستم های فازی در اتومبیل…………………………………………………………………………. 40
3-4)تارخچه مختصری از تئوری و کار بردهای فازی…………………………………………………………. 41
3-5) کنترل فازی و کاربرد آن در میکروشبکه…………………………………………………………………… 44
3-6) الگوریتم اجتماع ذرات  (PSO)…………………………………………………………………………………. 45
3-6-1) تابع ارزیابی (یا تابع هدف)………………………………………………………………………………. 47
3-7) جمع بندی و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………. 48
فصل چهار: کنترل فرکانس  در میکروشبکه
4-1) اجزای سیستم میکروشبکه……………………………………………………………………… 50
4-2) مدل‌ اجزاء مختلف میکروشبکه و نحوه پیاده‌سازی کنترل کننده فازی………………….. 51
4-2-1) فرمولاسیون مساله……………………………………………………………………………. 51
عنوان                                                                                                                     صفحه
4-2-2) مدل فرکانسی اجزاء میکروشبکه…………………………………………………………………….. 53
4-2-3) پیاده‌سازی کنترل کننده PI فازی در میکروشبکه………………………………………… 55
4-3)نحوه طراحی والگوریتم حل مسئله به روش PSO……………………………………………………. 58
4-4) پیاده سازی الگوریتم PSO برای تعیین ضرایب کنترل کننده PI اعمال شده…….. 59
4-5) کنترل کننده PI فازی………………………………………………………………………. 60
4-5-1) پیاده‌سازی کنترل‌کننده PI  فازی و مقایسه نتایج آن
 با کنترل‌کننده PI سنتی…………………………………………………………………………….. 60
4-5-2)طراحی کنترل کننده فازی……………………………………………………………… 61
4-6( نویز سفید…………………………………………………………………………………………… 65
 فص
ل پنجم: نتایج شبیه سازی
مقدمه………………………………………………………………………………………………………. 69
نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………………………………….. 69
5-1) سیستم مورد مطالعه………………………………………………………………………………….. 70
5-2)  شبیه‌سازی میکروشبکه در حالتهای با کنترل کننده PI فازی و PI سنتی…………. 72
5-3) بررسی اثر سیستم الکترولایزر بر روی کنترل فرکانس میکروشبکه……………………….. 76
5 -4) بررسی عملكرد کنترل­کننده فازی در مواقع حذف بخشی از تولید……………………… 78
 نتیجه‌گیری و پیشنهادات…………………………………………………………….. 81
 فهرست مراجع و مآخذ………………………………………………………………………… 83
مقدمه

 پیشگفتار
امروزه عمده توان الکتریکی تولید شده در شبکه های قدرت، از مراکز توان متمرکز است  که معمولأ ترکیبی از توربین­های آبی مقیاس بزرگ، نیروگاه های مبتنی بر سوخت فسیلی و یا راکتورهای هسته ای می­باشد. در چنین سیستم هایی پاره ای مشکلات اساسی وجود دارند، که شاید مهم ترین آن، قابلیت اطمینان پایین و عدم دسترسی به منابع توان به دلیل کهنگی زیر ساخت های موجود است. علاوه بر این انتقال توان به مسافت های طولانی، تلفات اقتصادی زیادی را به بار می­آورد. از طرفی تقاضای بار در حال افزایش است و عدم تطابق بین تولید و مصرف آن، روز به روز جدی تر می­شود. در این وضعیت، حتی اگر یک نیروگاه جدید در نظر گرفته شود، انتخاب محل و تدارکات و رفع نیازهای موجود، به وجود آورنده چالشی جدی است. به منظور حل این مساله اجتناب ناپذیر در سیستم های الکتریکی متمرکز، یک انتخاب موثر و عملی استفاده از تولید پراکنده[1] به شکل میکروشبکه[2] است.یک میکروشبکه، شامل ترکیبی از منابع پراکنده انرژی، واسط های الکترونیک-قدرت و بار  می­باشد. در تحلیل میکروشبکه، مسائلی چون بررسی پروفیل فرکانس سیستم، مشخصات پخش بار منابع توان و عملکرد میکروشبکه در شرایط کاری متعدد، مورد بررسی قرار می­گیرد. به طور کلی نوسانات مصرف برق چه تجاری، خانگی، کشاورزی وصنعتی در شبکه به صورت لحظه ای اتفاق می­افتد. وظیفه مراکز کنترل، ایجاد تعادل بین تولید و مصرف به صورت لحظه ای و تنظیم فرکانس است. این تنظیم باید با برنامه ریزی صحیح و پیش بینی نوسانات مصرف، به صورت بهینه و اقتصادی انجام پذیرد.چه عدم تنظیم تعادل تولید و مصرف موجب تغییرات فرکانس گردیده که از یک طرف خسارات فراوانی را برای مشترکین و از طرف دیگر صدمات زیادی برای مولدهای نیرو و تجهیزات وابسته آن  در بر دارد. عدم مقابله صحیح و آنی در برخورد با اغتشاشات و اتفاقات شبکه که ممکن است علاوه بر نوسانات مصرف، در شبکه به وجود آید می­تواند منجر به از دست رفتن کل شبکه و صدمات جبران ناپدیری گردد که عوارض سیاسی، اجتماعی، انسانی و اقتصادی آن غیر قابل اجتناب است. در این پایان نامه مسائل مربوط به کنترل فرکانس در میکروشبکه را بررسی می­کنیم. در این پایان نامه، یک میکروشبکه مبتنی بر پیل سوختی که شامل میکروتوربین[3]، پیل سوختی[4]، سیستم فتوولتائیک[5]، توربین بادی[6]، الکترولایزر[7]، تانک هیدروژن و بار است، معرفی شده و یک سیستم کنترل فازی[8] جهت کنترل فرکانس در آن طراحی می­شود. عملکرد سیستم کنترلی مزبور در خلال خطاهای مختلف در شبکه مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. برای رسیدن به این هدف، ابتدا ساختار میکروشبکه، تعریف می­شود. سپس سیستم کنترل فازی مورد نظر برای کنترل فرکانس میکروشبکه طراحی خواهد شد. مباحث قابل بحث، در قالب پنج فصل ساماندهی شده است.در فصل اول، ابتدا مفاهیم تولید پراکنده و میکروشبکه بررسی می­شود. سپس مدهای عملکرد وساختار میکروشبکه و اجزای تشکیل دهنده ی آن در حالت کلی  بررسی خواهد شد. در فصل دوم به مرورر برخی مقالات در خصوص میکروشبکه، مدل سازی دینامیکی و کنترل فرکانس خواهیم پرداخت.
در فصل سوم تعریف و تاریخچه ای از تئوری و سیستم کنترل فازی پرداخته می­شود و همچنین برای درک بهتر سیستم کنترل فازی چند مثال نیز ذکر می شود. هدف این فصل معرفی سیستم کنترل فازی به عنوان یک روش نسبتأ جدید و کارا در گرایش های مختلف صنعت می­باشد.در انتهای این فصل به بررسی الگوریتم PSO خواهیم پرداخت.
نوسان فرکانس در میکروشبکه عمدتأ از نوسان توان حقیقی ناشی می شود، لذا مشکلات کیفیت توان ،پایداری فرکانس را تهدید می کند که می تواند با برقراری توازن بین تولید و تقاضا رفع شود.
 در فصل چهارم پس از معرفی ساختار میکروشبکه مورد بررسی و بیان معادلات ریاضی اجزای آن، طراحی سیستم کنترل جهت کنترل فرکانس انجام می­شود. در این فصل کنترلر PI فازی برای اعمال به میکروتوربین،به منظور کنترل فرکانس معرفی می­شود.
در ادامه فصل چهارم الگوریتم PSO مرور می شود و ضرایب کنترل کننده PI با استفاده از الگوریتم PSO به دست آورده می­شود .در ادامه فصل کنترل کننده PI فازی بر اساس روابط فازی طراحی می شود.
در فصل پنجم  نتایج اعمال هر دو کنترل کننده بر روی میکروشبکه پس از شبیه سازی آورده شده است. همچنین
در چند سناریو میزان توان مندی کنترل کننده فازی بررسی خواهد شد. 
در ادامه به بیان نتیجه گیری و ارائه پیشنهاداتی جهت مطالعات آتی  برای علاقه مندان به موضوع کنترل فرکانس  پرداخته می­شود که امید است مورد توجه قرار گیرد.
در پیوست (الف)، (ب) و (پ) ، به ترتیب و به طور خاص به مطالعه پیل سوختی، الکترولایزر و میکروتوریبن  پرداخته می­شود و تاریخچه و انواع آن مورد بررسی قرار می گیرد.
مفاهیم اولیّه میکروشبکه و کاربردهای آن
در این فصل به بیان کلیاتی در خصوص میکروشبکه، مفهوم تولید پراکنده، معرفی المان های موجود در ساختار میکروشبکه  و نحوه کنترل فرکانس پرداخته خواهد شد.
1-1) مقدمه
تلفات و هزینه های زیادِ انتقال توان در مسافت های طولانی، از مراکز تولید (نیروگاه ها) به سمت محل های مصرف،  ایدة تولید در محل مصرف را در سالیان اخیر شکل داده است. این ایده در ابتدا به ظهور عناصر تولید پراکنده از قبیل: بادی، خورشیدی، نیروگاه های آبی میکرو، مینی و کوچک منجر شد. کاربرد این ایده مسائل و چالش های خاص خود را داشت، زیرا سهم تولید هریک از عناصر فوق بسیار پایین بوده و هرگز قابل قیاس با نیروگاه های بزرگ فعلی نیست. در ادامه این فرایند، ایده سیستم های ترکیبی مطرح شد و تعمیم این ایده به ظهور میکروشبکه منجر گردید.
با توجه به گسترش مصرف انرژی وگرایش جهانی به تولید انرژی به صورت غیرمتمركز،  ابزارهای مختلف تولیدپراكنده وساخت نمونه های تجاری –صنعتی آنها جایگاه ویژه ای یافته است . در واقع منابع تولیدپراكنده،منابع تولیدتوان الكتریكی هستندكه مستقیماً به شبكه توزیع یا به مصرف كننده متصل اند. سطح ولتاژ منابع تولیدپراكنده از400 ولت تا حداكثر33 كیلوولت بوده وظرفیت آنها درمحدوده چند وات تاحداكثر100 مگاوات قرارمیگیرد. با توجه به گسترش مصرف انرژی وگرایش جهانی به تولید انرژی به صورت غیرمتمركز، ابزارهای بسیارمتنوعی مبتنی برانرژیهای فسیلی و تجدیدپذیر و ابزارهای ذخیره سازی انرژی برای تولیدپراكنده وجود دارندكه دراین میان میتوان به موتورهای احتراقی، میكروتوربین ها، پیلهای سوختی، دیزل ژنراتورها، توربین های بادی، سلولهای خورشیدی و … اشاره نمود .میکروشبکه اساسأ به حضور چند واحد تولید کننده توان کوچک در کنار هم و تغذیه یک مصرف کننده محلی گفته می شود.