بخشی از مقاله
چکیده-
در این مقاله به منظور بهرهبرداری حداکثری از توان باد در شرایط عملکردی استاندارد، به تامین توان راکتیو موردنیاز توربین بادی سرعت ثابت مبتنی بر ژنراتورهای القایی با استفاده از جبرانساز مرجع پرداخته شده است. به همین منظور با استفاده از کنترلکننده گام تکمیلی برای توربینها، سرعت روتور برای برداشت ماکزیمم توان باد تنظیم میگردد. از طرف دیگر با استفاده از کنترل مناسب جبرانساز استاتیکی، ضمن کنترل توان راکتیو موردنیاز ژنراتورهای القایی در حضور الگوهای بادی مختلف برای آنها، ولتاژ نقطه اتصال مزارع برجعادی به شبکه نیز در محدوده مجاز خود قرار میگیرد. نتایج شبیهسازی انجام شده با استفاده از نرمافزار MATLAB/Simulink عملکرد مناسب کنترلکنندههای گام و توان راکتیو را به ترتیب در کنترل سرعت و کنترل ولتاژ نقطه اتصال نشان میدهد.
.1 مقدمه
فناپذیری سوختهای فسیلی، تنوعبخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار و ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف انرژی فسیلی از یک طرف و پاک و تجدیدپذیر بودن منابع انرژیهای نو نظیر خورشید، باد و ... از طرف دیگر، باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است.
امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیتها و بودجهی دولتها و شرکتها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستمهای انرژیهای تجدیدپذیر هستیم و این فعالیتها و صرف بودجههای مذکور در نهایت باعث کاهش قیمت تمام شده انرژیهای تجدیدپذیر و رقابتپذیری با سیستمهای انرژی سنتی موجود میگردد.[1] با توجه به افزایش هزینه منابع متعارف تولید برق، و روند کاهش هزینههای فنآوریهای تجدیدپذیر گسترش انرژیهای تجدیدپذیر و تولید اقتصادی برق در آینده نزدیک مورد توجه بیشتر قرار میگیرد.
انرژیهای تجدیدپذیر نه تنها باعث حل مشکلات آب و هوایی و کاهش وابستگی به انرژیهای فسیلی میشوند برای استفاده به عنوان منابع تولید پراکنده بسیار مناسب است. در مناطق دور افتاده که در آن خطوط انتقال انرژی وجود ندارد و یا ساخت خطوط انتقال جدید پر هزینه است میتوان بدون زیرساختهای گرانقیمت و پیچیده شبکه از انرژیهای تجدیدپذیر استفاده کرد. سیستم تولید پراکنده برق دارای چندین مزیت میباشد:
• کاهش یا جلوگیری از ضرورت ساخت خطوط انتقال جدید و یا ارتقا ظرفیتهای موجود
· کاهش پیک انرژی مورد نیاز
· متنوع کردن منابع تولید انرژی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه
در شکل 1 روند توسعه انرژیهای تجدیدپذیر بین سالهای 2000 تا 2015 و همچنین ظرفیتهای برنامهریزی شده برای نصب نشان داده شده است.[3] همانطور که مشاهده میشود از میان انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی بادی بیشترین افزایش را داشته است. پرههای توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی در سیستم انتقال تبدیل میکنند و در قدم بعدی ژنراتور انرژی توربین را به شبکه برق منتقل مینماید. بهطور معمول از ماشینهای[4] DC، ماشینهای سنکرون[5] و ماشینهای القایی قفس سنجابی ، ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم و اخیرا ژنراتور القایی دوسو تغذیه
فناپذیری سوختهای فسیلی، تنوعبخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار و ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف انرژی فسیلی از یک طرف و پاک و تجدیدپذیر بودن منابع انرژیهای نو نظیر خورشید، باد و ... از طرف دیگر، باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است.
امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیتها و بودجهی دولتها و شرکتها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستمهای انرژیهای تجدیدپذیر هستیم و این فعالیتها و صرف بودجههای مذکور در نهایت باعث کاهش قیمت تمام شده انرژیهای تجدیدپذیر و رقابتپذیری با سیستمهای انرژی سنتی موجود میگردد.
با توجه به افزایش هزینه منابع متعارف تولید برق، و روند کاهش هزینههای فنآوریهای تجدیدپذیر گسترش انرژیهای تجدیدپذیر و تولید اقتصادی برق در آینده نزدیک مورد توجه بیشتر قرار میگیرد. انرژیهای تجدیدپذیر نه تنها باعث حل مشکلات آب و هوایی و کاهش وابستگی به انرژیهای فسیلی میشوند برای استفاده به عنوان منابع تولید پراکنده بسیار مناسب است. در مناطق دور افتاده که در آن خطوط انتقال انرژی وجود ندارد و یا ساخت خطوط انتقال جدید پر هزینه است میتوان بدون زیرساختهای گرانقیمت و پیچیده شبکه از انرژیهای تجدیدپذیر استفاده کرد. سیستم تولید پراکنده برق دارای چندین مزیت میباشد:
· کاهش یا جلوگیری از ضرورت ساخت خطوط انتقال جدید و یا ارتقا ظرفیتهای موجود
· کاهش پیک انرژی مورد نیاز
· متنوع کردن منابع تولید انرژی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه
در شکل 1 روند توسعه انرژیهای تجدیدپذیر بین سالهای 2000 تا 2015 و همچنین ظرفیتهای برنامهریزی شده برای نصب نشان داده شده است.
همانطور که مشاهده میشود از میان انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی بادی بیشترین افزایش را داشته است. پرههای توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی در سیستم انتقال تبدیل میکنند و در قدم بعدی ژنراتور انرژی توربین را به شبکه برق منتقل مینماید. بهطور معمول از ماشینهای[4] DC، ماشینهای سنکرون[5] و ماشینهای القایی قفس سنجابی ، ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم و اخیرا ژنراتور القایی دوسو تغذیه
شکل :1 ظرفیت در حال نصب برای انرژیهای تجدیدپذیر[3] برای تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی استفاده میشود. در سیستمهای بادی سرعت ثابت ازیک ژنراتور القایی قفس سنجابیکه از طریقیک ترانسفورماتور بهصورت مستقیم به شبکه متصل شده است از آنجاکه ژنراتور القایی قفس سنجابی فقط در محدوده کوچکی پیرامون سرعت سنکرون کار میکند، نیروگاه بادی مجهز شده به اینگونه از ژنراتورها اغلب نیروگاههای بادی سرعت ثابت نامیده میشوند. این سیستمها در ابتدا توسط شرکتهای سازنده دانمارکی در بین سالهای 1980 تا 1990 معرفی شدهاند
از جمله مزیتهای ژنراتور القایی قفس سنجابی میتوان به مقاومت بالا، سادگی و قیمت مناسب بدلیل عدم نیاز آنها به مبدلهای الکترونیک قدرت اشاره نمود.چون ژنراتور القایی قفس سنجابی همیشه از شبکه توان راکتیو دریافت میکند، بهمنظور جبرانسازی توان راکتیو موردنیاز این ژنراتورها و بهبود ضریب توان کلی شبکه سیستمهای بادی سرعت ثابت به همراه خازنهای جبرانساز در اواسط دهه 1980 معرفی گردیدند.
با توجه به ثابت بودن ظرفیت خازنهای استفاده شده، امکان کنترل ولتاژ نقطه اتصال به شبکه برای سرعتهای مختلف باد امکانپذیر نمیباشد. به همین منظور محققین استفاده از جبرانساز استاتیکی - - STATCOM را به عنوان جبرانساز توان راکتیو پیشنهاد دادهاند
با توجه به مشخصه STATCOM، میتوان توان راکتیو تزریقی به ژنراتور القایی را متناسب با سرعت باد کنترل نمود. در همین راستا در این مقاله ضمن استفاده از STATCOM، از یک کنترل کننده گام تکمیلی برای بهرهبرداری حداکثر از انرژی باد، استفاده شده است.
