تعریف مسأله

انرژی الکتریکی برای هر فردی ضروری است به ویژه در قرن جدید که در آن مردم به دنبال زندگی با کیفیت بالاتری هستند. این واقعیت در جهان پذیرفته شده است که انرژی الکتریکی برای توسعه اجتماعی و اقتصادی، ضروری است.

مطالعات اخیر نشان می دهد که حدود ۲۰% تا ۳۰% انرژی مصرفی بدون نیاز به تغییرات در ساختار فیزیکی سیستم و تنها به وسیله عملکرد بهینه و مدیریت شده قابل کاهش خواهد بود. یکی از روشهای کاهش تلفات و پاسخ به نیاز مصرف کنندگان و کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس به صورت محلی مانند انرژی خورشیدی، باد، هیدروژن و …. و ترکیب آنها برای پیاده سازی سیستم های مدولار، قابل گسترش و برنامه­ریزی می­باشد.

از سویی، بخش حمل و نقل عمده ترین بخش مصرف کننده فرآورده های نفتی و بالطبع یکی از مهمترین عوامل آلودگی محیط زیست خواهد بود. بنابراین، با توجه به بحران انرژی و محیط زیست در آینده به ویژه در کشورهای صنعتی، موضوع جایگزینی اتومبیل های کنونی (احتراق داخلی) با خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر، نگرانی های گسترده در مورد گرم شدن زمین و نیز آلودگی هوای ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی توسط خودروها اهمیت یافتن راهکارهای جدید برای تغییر منبع انرژی مورد نیاز خودروها را دو چندان ساخته است. یکی از منابع انرژی پراکنده خودرو الکتریکی هیبرید قابل اتصال به شبکه برق است. این خودرو یک اتومبیل الکتریکی بنزینی شبیه اتومبیل های امروزی است، اما دارای یک باتری بزرگتر و یک کابل برای اتصال به شبکه برق جهت شارژ است [۸].

۱-۳ پیشینه تحقیق

به دلیل قابلیت ذخیره­سازی زیاد انرژی، باتری­ها دیگر نمی توانند مانند اتومبیل­های هیبرید استاندارد، با بکارگیری یک موتور احتراقی دوباره شارژ شوند، بنابراین باید به برق وصل شوند تا سیستم باتری با برق شبکه شارژ گردد. به همین دلیل یک سیستم ذخیره سازی انرژی (باتری) برای سیستم قدرت خودرو الکتریکی در نظر گرفته شده است این باتری از نوع NI-MH می باشد] ۸[. تحقیقات نشان داده که عمر باتری توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرار می­گیرد که مهم ترین عوامل شامل: حرارت شدید، شارژ و دشارژ بیش از اندازه می­باشد. این عوامل عملکرد باتری را بدتر کرده و این عمل منجر به بدتر شدن عملکرد خودرو الکتریکی و بهره­وری آن می­شود ]۹[. درجه حرارت می تواند دو اثر مهم در عملکرد باتری داشته باشد، هم می تواند راندمان باتری را بهبود بخشد و هم می تواند به طور قابل توجهی عمر باتری را کوتاه کند.

با افزایش دما راندمان مقاومت داخلی باتری کاهش می­یابد و این عملکرد باتری را بهبود می­بخشد و درجه حرارت بالا باعث می­شود که واکنش شیمیایی در باتری سریع­تر انجام شود که این امر به اجزای باتری آسیب می­رساند و عمر باتری را کاهش می­دهد [۱۰].

با نظر به منابع انرژی پراکنده قابل بهره­برداری، سیستم­های قدرتی که از منابع تولید توان الکتریکی مختلفی استفاده می­کنند، با عنوان سیستم قدرت هیبرید شناخته می­شوند. طراحی اجزای سیستم­های قدرت کوچک با قابلیت اتصال و انفصال از شبکه سراسری برق که اصطلاحاً ریز شبکه نامیده       می­شوند، باید به نحوی باشد که عملکرد مطمئن آن را در هر دو حالت بهره برداری شامل حالت اتصال به شبکه و حالت جزیره ای یا مستقل از شبکه تضمین نماید. بارها و منابع انرژی هیبرید در یک ریز شبکه می توانند با حداقل زمان ممکن، از شبکه سراسری منفصل شده و مجددا به آن وصل شوند و بدین ترتیب منجر به افزایش قابلیت اطمینان در تأمین بارهای ریز شبکه شوند.

یکی از کاربردهای اساسی فناوری ریز شبکه، هماهنگی بین تولیدکننده های مختلف و بارهای کنترل پذیر جهت ارائه یک سیستم کارا و سودمند می­باشد. در این راستا سیستم مدیریت انرژی به منظور مدیریت عملکرد ریز شبکه نیاز است. مقالات زیادی نیز پیش از این در این زمینه ارائه شده­اند. از جمله [۱۱] که کاربرد یک کنترل کننده مرکزی را برای بهینه سازی عملکرد یک ریز شبکه در زمان اتصال به شبکه تشریح می­کند. در [۱۲] یک سیستم مدیریت انرژی برای بهینه کردن عملکرد ریز شبکه شامل مدیریت سمت بار و منابع تولید پراکنده ارائه شده است. اما یکی از موضوعات مهمی که در طراحی سیستم مدیریت انرژی باید مورد توجه قرار گیرد، مسأله ذخیره سازی انرژی در عناصری با این قابلیت است. مبحث فوق، توام با بکارگیری منابع تولید تجدیدپذیر مشتمل بر سلول خورشیدی، توربین بادی، پیل سوختی و… مورد توجه قرار گرفته است. علت این امر، پاسخ گویی سریع به تغییرات بار شبکه توسط ذخایر چرخان و باتری های ذخیره ساز انرژی است. با مطرح شدن خودروهای برقی با قابلیت تبادل توان با شبکه های قدرت، تحقیقات جدیدی در زمینه استفاده از قابلیت ذخیره سازی انرژی در آن­ها و بکارگیری آن­ها در پایداری شبکه های قدرت انجام شده است. که در اغلب این تحقیقات استفاده از قابلیت خودروها به عنوان رزرو چرخان ارزیابی شده است [۱۳-۱۴].