بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی استراتژی کنترل بهینه تشخیص اضافه بار و کنترل توان بین منابع تغذیه برای پایدار نگهداشتن و افزایش قابلیت اطمینان سیستم زیر سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی کنترلر پیشنهادی میزان توان، جریان و ولتاژ تولیدی و مصرفی در یک زیرسطحی را به طور مداوم مورد تجزیه و تحلیل قرار داده تا در صورت بوجود آمدن اضافه بار در سیستم و عدم توانایی پیل سوختی به عنوان منبع تغذیه اول در تامین توان مورد نیاز، ذخیره ساز به عنوان منبع تغذیه دوم اضافه بار موجود در سیستم را تامین نموده و مانع از فروافتادگی ولتاژ و اختلال در کارایی سیستم شود. همچنین به منظور بررسی عملکرد استراتژی کنترل پیشنهادی بر روی مدل دقیق مبدل پیاده سازی شده و نتایج مقایسه می گردد.
- 1 مقدمه
نیروگاه های قدرت پیل سوختی با به وجود آمدن بحث تجدید ساختار در صنعت برق و رقابتی شدن بازار برق در آینده سهم بزرگی را در تولید توان خواهند داشت. پیل های سوختی، منابع ولتاژ DC هستند که از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شوند [1] .یکی از دلایل اصلی برای بکارگیری منابع تولید پراکنده پیل سوختی تامین توان بار است. در حال حاضر به دلیل توسعه پیل سوختی در سیستم های قدرت توجه زیادی را به خود جلب کرده اند و این به دلیل پتانسیل آنها برای داشتن کارایی بالا، تولید گاز های گلخانه ای کم، استفاده انعطاف پذیر از سوخت و بی سرو صدا بودن آن است.
برای بسیاری از کاربرد های دریایی پیشنهاد شده که از پیل های سوختی استفاده شود تا نیروی محرکه یا قدرت جانبی برای کشتی های اقیانوس پیما، قایق های برقی، قایق های باری، زیر دریایی ها و حتی تانکر های زیر دریایی است. پیل های سوختی به عنوان مخازن برای سکو های نفتی دور از ساحل و برای تجهیزات زیر آب و تجهیزات یخچالی در اقیانوس پیماها استفاده می شود. در سیستم طراحی شده منبع ورودی پیل سوختی به سیستم AC از طریق مبدل های الکترونیک قدرت وصل می شود بعد از افزایش سطح ولتاژ پیل سوختی با مبدل های dc-dc به سیستم AC وصل می شود.
اینورتر dc-ac حساسیت زیادی بر ضرورت کاهش اثر اغتشاشات ولتاژ در پلاریزاسیون های آن دارد. در صورت بوجود آمدن اضافه بار در مصرف کننده باعث محدود شدن انتقال توان از منبع پیل سوختی به سیستم ac می شود. بر این اساس دینامیک کند و آهسته پیل سوختی به تنهایی نمی تواند به نیاز برقی سیستم پاسخ دهد به همین دلیل از یک باتری به عنوان منبع دوم در تامین انرژی مورد نیاز سیستم در صورت بوجود آمدن اضافه بار و عدم توانایی پیل سوختی در تامین توان استفاده شده است. بدلیل سرعت پاسخ دهی و دینامیک کند پیل سوختی و باتری از یک ابرخازن به عنوان منبع کوتاه مدت تامین توان در لحظه راه اندازی استفاده شده است.
چون تراکم پایین توان در باتری نسبت به ابرخازن وجود دارد و نمی تواند با سرعت کافی و مناسب تامین ولتاژ شارژ یا دشارژ را انجام دهد. در ضمن نقطه ضعف اصلی باتری ها، زمان شارژ شدن آهسته آن است که این با جریان شارژ شدن محدود می شود در مقابل ابر خازن در کوتاه مدت شارژ می شود. [2 ] در طرح پیشنهادی از یک کنترلر برای بازخوانی لحظه به لحظه ولتاژ، جریان و توان تمامی قطعات استفاده شده تا در هر زمان رفتار سیستم قابل شناسایی بوده و در صورت بوجود آمدن اضافه بار سیستم توانایی کنترل باتری و در مدار قرار دادن آن برای حفظ پایداری ولتاژ مدار را در دست داشته باشد.برای بررسی طرح پیشنهادی ، شبیه سازی در نرم افزار OrCAD Capture صورت گرفته است و نتایج به دست آمده صحت گفته ها را نشان می دهد.
-2 ذخیره ساز انرژی
ذخیره سازی انرژی امکان ایجاد توازن بین تولید و مصرف را در اختیار می گذارد. تکنولوژی های مختلفی برای این منظور موجودند، که مهمترین آنها عبارتند از: ذخیره ساز هوای فشرده، پمپ ذخیره ای، ابرخازن ها، چرخ طیار و باتری، موضوع اصلی در انتخاب نوع ذخیره ساز به تکنولوژی به کار رفته در آن مربوط است. [3 ]
1-2 باتری
رایج ترین نوع ذخیره ساز های انرژی می باشد که بیش از 150 سال قدمت دارد. باتری انرژی پتانسیل را طی واکنش های شیمیایی در اجزاء الکتروشیمیایی خود ذخیره می کند. عمل شارژ موجب واکنشهایی در ترکیبات باتری شده و انرژی بصورت شیمیایی ذخیره می گردد. بر اساس تقاضا، واکنش های شیمیایی برعکس باعث ایجاد جریان الکتریسیته به خارج از باتری و به سمت شبکه می گردد. برخی از باتری ها می توانند به تغییرات بار در طی حدود 20 میلی ثانیه پاسخ دهند. راندمان باتری ها، بسته به ماده ی شیمیایی و اینکه چند بار شارژ یا دشارژ می شوند، در حدود %60-%80 است .[4]
بیشتر تکنولوژی های باتری به منظور توان یا انرژی و یا هر دو آنها بهینه شده اند. بعلاوه باتری هایی که برای توان بالا طراحی شده اند، نمی توانند چرخه ی تکرار شارژ و دشارژ که در بسیاری از کاربردهای ذخیره ی انرژی لازم است را فراهم کنند. این باتری ها چندین نوع دارند که پرکاربردترین آنها لید-اسید Lead- - - Acid می باشد که نسبتا ارزان بوده و احتیاجی به تعمیرات و نگهداری ندارد. تکنولوژی مربوط به این باتری ها به کمال و بلوغ رسیده و محدودیت ها، نقص و ایرادات فنی و همچنین تعمیرات و نگهداری آنها به خوبی شناخته شده و می توان در طراحی مد نظر قرار داده شوند . [5]
-3 مدل باتری ارائه شده پیشنهادی با پارامترهای ورودی
- حالت شارژ اولیه ی باتری یا شارژ موجود باتری - - - 1 - 12
-حداکثر حالت شارژ باتری یا حداکثر ظرفیت باتری - - - - ℎ - تعداد سلول های 2 ولتی سری در باتری
-دو ثابت عددی با عناوین: K - ثابت شارژ ئ دشارژ باتری - و D - 1/h - نرخ دشارژ خودی باتری براساس مشخصه ی باتری تعیین می شوند. مدل باتری شامل دو حالت کاری شارژ و دشارژ می باشد. چنین مدلی برای باتری، در شکل 1 نشان داده شده است.
1-3 مدیریت انرژی
محیط ذخیره سازی برای جدا کردن زمان تولید و مصرف انرژی الکتریکی استفاده می شود. یک کاربرد نوعی آن توازن بار است که شامل شارژ ذخیره ساز، زمانیکه هزینه ی انرژی پایین است و دشارژ انرژی در زمان
