بخشی از مقاله
خلاصه
ناپایدار بودن ولتاژ خروجی سیستمهای تجدید پذیر تاثیر منفی بر عملکرد سیستمهای قدرت میگذارد. به منظور فائق آمدن بر این مشکل نیاز به عناصری نظیر خازن و باتری برای ثابت نگه داشتن ولتاژ لینک DC متصل به این نوع سیستمها میباشد. مطالعه حاضر یک رویکرد مدیریت انرژی برای یک سیستم انرژی ترکیبی متشکل از یک سیستم خورشیدی - PV - و پیل سوختی را ارائه میدهد که در ساختار پیشنهادی از دو تجهیز ذخیره سازی - یک باتری لیتیومی و یک ابر خازن - به عنوان تجهیزات ذخیره ساز با انرژی و توان بالا استفاده شده است. به منظور کاربردهای مستقل از شبکه در این مطالعه کانورترهای چند بخشی برای ابر خازن، باتری، سلول خورشیدی و پیل سوختی پیشنهاد شده است. کنترل فازی غیر خطی بر پایه صافی برای کنترل ولتاژ باس DC استفاده شده است. این مطالعه راه حل سادهای برای حل مسئله در سیستم قدرت ترکیبی ارائه میدهد.
کلمات کلیدی: سیستم خورشیدی، ابرخازن، پیل سوختی، باتری لیتیوم یون، منطق فازی، سیستم غیر خطی
.1 مقدمه
در حال حاضر انرژی های تجدید به عنوان یک جایگزین پایدار برای منابع انرژی سنتی مورد توجه قرار گرفتهاند. یکی از این منابع انرژی سازگار با محیط زیست منابع انرژی خورشیدی هستند. منابع انرژی خورشیدی یکی از فناوریهای امیدوار کننده تولید انرژی الکتریسیته میباشد[1] ،.[2] پیل سوختی نیز به دلایل بسیاری نظیر انتشار کم گازهای آلاینده، راندمان بالا، و ساختار انعطاف پذیر پتانسیل بسیار زیادی برای تبدیل شدن به یکی از منابع تولید انرژی پاک در آینده نزدیک دارد.[3]با این حال هر منبع مشکلات خود را دارد. به عنوان مثال انرژی خورشیدی به طور قابل توجهی وابسته به تغییرات آب و هوایی و فصلی میباشد. پیل سوختی نیز به سوخت غنی شده از هیدروژن نیاز دارد.
پیل سوختی منبع انرژی خوبی برای تامین برق قابل اعتماد در حالتی است که تغییر سریعی در مقدار انرژی لازم بوجود نیاید. اما در حالت گذرا پیل سوختی نمیتواند پاسخگوی تغییرات سریع بار باشد. که این امر عمدتا به دلیل پاسخ الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی داخلی آهسته پیل سوختی میباشد [4]،[5]،.[6]از آنجا که منابع مختلف انرژی جایگزین میتواند مکمل یکدیگر باشند، سیستم های انرژی جایگزین ترکیبی با چند منبع - با کنترل مناسب - دارای پتانسیل زیادی برای ارائه کیفیت بهتر، قدرت بیشتر و قابلیت اعتماد بالاتر به مصرف کننده نسبت به سیستم با تک منبع میباشد. علاوه براین برای غلبه بر مشکلات سلول خورشیدی و پیل سوختی، سیستم میتواند با تجهیزات ذخیره ساز انرژی با دینامیک سریع، نظیر باتری یا ابر خازن ترکیب شود تا یک سیستم تولید انرژی ترکیبی را شکل دهد [7]،.[8]
معمولا چگالی انرژی باتریها زیاد و توان آنها کم میباشد. از سوی دیگر، چگالی انرژی ابر خازن کم و مقدار توان تزریقی آن به علت ثابت زمانی کم و ساختار دولایه خازن، بالا میباشد[9]،.[10] بنابراین ترکیبی از هر دو - باتری و ابر خازن - در سیستم ترکیبی معقول به نظر میرسد. انرژی لازم را باتری و توان لازم را ابر خازن تامین میکند [11]،.[12] در این مطالعه سیستم انرژی ترکیبی متشکل از سیستم خورشیدی، پیل سوختی، ابر خازن و باتری لیتیوم یون میباشد. برای ثابت نگه داشتن ولتاژ باس DC از یک کنترل فازی استفاده شده است.
قسمتهای بعدی این مقاله به شرح زیر میباشد: بخش دوم به مدلسازی نیروگاه خورشیدی و سیستم انرژی هیبریدی می پردازد. در بخش سوم سیستم کنترل مورد استفاده را بررسی کرده، در بخش چهارم نتایج شبیه سازی آورده شده است.
.2 نیروگاه ترکیبی
در شکل 2 مدار کانورتر پیشنهادی در این مقاله قابل مشاهده است. برای ابرخازن و باتری، از کانورتر دوطرفه چهارفاز موازی و برای سیستم فتوولتائیک و پیل سوختی از بوست کانورتر چهارفاز موازی استفاده شده است. با تکنیک سوئیچینگ به کارگرفته شده ریپل جریان کوچکتر شده و در نتیجه میتوان از خازن و سلف کوچکتر در ورودی و خروجی مدار استفاده نمود[13]،[14]،.[15]علاوه براین، کانورتر بوست استفاده شده میتواند ریپل جریان ورودی و تلفات سوئیچینگ را نیز کاهش دهد [16]،[17]،.[18] به طور کلی به دلیل امنیت و پویایی سیستم، کانورترهای سیستم خورشیدی، پیل سوختی، باتری وابرخازن توسط حلقه تنظیم داخلی - حلقه کنترل توان - که مبتنی بر ساختار کنترل کلاسیک است تنظیم میشود .[5] پویایی حلقه کنترل داخلی بسیار سریع تر از حلقه های کنترل بیرونی، میباشد. در نتیجه جریان ابرخازن، جریان باتری، جریان پیل سوختی و جریان سیستم خورشیدی مقدار مرجع خود را دنبال میکنند.
مدل نیروگاه خورشیدی
حلقه کنترل داخلی سیستم فتوولتاییک، ابرخازن، باتری و پیل سوختی میتواند به عنوان بهره واحد برآورد شود. مراجع توان پیل سوختی، باتری، ابر خازن و سیستم فتوولتاییک به صورت زیر تعریف میشوند:
که در این تعاریف ، ، ، به ترتیب توانهای مرجع سیستم خورشیدی، پیل سوختی، باتری و ابر خازن میباشد. همچنین ، ، ، به ترتیب جریانهای مرجع سیستم خورشیدی، پیل سوختی، باتری و ابر خازن هستند.از اینرو انرژی کاپاسیتیو باس dc و انرژی ابرخازن را میتوان به صورت زیر نوشت:
در این روابط ، به ترتیب انرژی باس DC و انرژی ابر خازن هستند. ، نیز ظرفیت خازنی باس و ابر خازن را بیان میکند.فرض میکنیم که تنها تلفات استاتیک در کانورترها وجود دارد. و r ،rSC، rfc ،rpvنشان دهنده تلفات استاتیک در سیستم میباشند. همانطور که در شکل1 مشخص است مشتق انرژی باس نشان دهنده مجموع توانهای وارده بر باس میباشد.
