بخشی از مقاله
چکیده
نگرانی های جهانی درباره تغییرات شرایط دمایی آب و هوا و افزایش قیمت سوخت منجر به استفاده از منابع انرژی تجدید پذیری مانند انرژی تولید پراکنده شده است. امروزه، از منابع تولید پراکنده سلولهای خورشیدی به دلیل عدم آلودگی و هزینههای سوختی بهعنوان منابع تولید انرژی پشتیبان و باهدف افزایش قابلیت اطمینان بیشتر در شبکههای قدرت برای تولید انرژی الکتریکی استفاده میشوند. استفاده از این منابع روزبهروز موردتوجه بیشتر مهندسین و بهرهبرداران صنعت برق قرار میگیرد. در این مقاله، هدف اصلی ارزیابی عملکرد منابع تولید پراکنده نوع خورشیدی با سیستم ذخیره کننده باتری میباشد. روش ارائه شده در این مقاله برپایهی کنترل کنندهی مد لغزشی میباشد که نتایج بدست آمده قابل توجه میباشد.برای ارزیابی تحلیل ها از نرم افزار MATLAB/SIMULINK استفاده شده است.
کلید واژه- انرژی های تجدید پذیر، تولید پراکنده، ردیابی ماکزیمم توان ممکن، ریز شبکه، شرایط جزیره ای
-1 معرفی
پیشرفت و توسعه جوامع صنعتی در مقیاس وسیع با استفاده از انرژی میسر شده است و انرژی، ابزاری سیاسی و اقتصادی است که امنیت کشورها به آن وابسته است. آلودگی محیطزیست در اثر احتراق سوختهای فسیلی و شتاب فزاینده در جهت به پایان بردن منابع انرژی دو بحران بزرگی هستند که امروزه بشر با آنها روبروست. تحولات جهانی درزمینه توجه به حفظ محیطزیست و فناپذیر بودن منابع فسیلی، گرایش به استفاده از انرژیهای تجدید پذیر را سرعت بخشیده و روز بروز توجه بیشتری را به خود معطوف می کند. مهمترین عامل تعیینکننده در این رهگذر، صرفهجویی در زمان است. افزایش حضور منابع تجدید پذیر انرژی در سیستمهای توزیع، ساختار جدیدی بنام ریز شبکه را به وجود آورده است.[1] هر ریز شبکه از چندین منبع تولید توان الکتریکی کوچک تشکیلشده است که وظیفه آنها تأمین توان بارهای محلی است.[2]
منابع تولید پراکنده در سیستم های ریز شبکه میتوانند سلولهای خورشیدی، ژنراتورهای بادی، میکرو توربینها و یا منابع دیگر به همراه ذخیرهساز انرژی همچون باتریها، چرخ طیارها و خازنهای انرژی باشند.[3-7]جدا شدن یک ریز شبکه از شبکه سراسری به صورتی پایدار و بهنحویکه خللی برای مصرفکنندهها ایجاد نشود یکی از مشکلات اصلی پیش روی طراحان ریز شبکه است. ازاینرو یکی از مسائل مهم در این زمینه، کنترل منابع ریز شبکه مخصوصاً در حالت جزیرهای میباشد، بدین گونه که منابع بایستی ولتاژ و فرکانس سیستم را کنترل و مجموعهی بارها رابین خود تقسیم کنند. هر ریز شبکه شامل دو مد متصل به شبکه و مد جدا از شبکه می باشد. در مد متصل به شبکه، ولتاژ نقطه مشترک در ریز شبکه توسط شبکه اصلی پشتیبانی میشود. در این مد از انواع الگوریتمهای موجود برای ردیابی بیشترین توان نقطه مذکور استفاده می گردد و در مد جزیرهای نیز واحدهای تولید پراکنده ولتاژ و فرکانس را به علت کمبود ولتاژ جبران خواهند کرد.
بنابراین در این مد مجبور به استفاده از متدهای ویژهای برای کنترل و پایداری ولتاژ شبکه هستیم. ناگفته نماند که متدهای سنتی موجود برای کنترل ولتاژ اینوترهای موازی در مد جزیرهای مانند کنترل ولتاژ حلقه بسته با استفاده از PID و حلقه باز با استفاده از کنترلکننده تناسبی B تشدیدی دارای معایبی زیادی مانند ایجاد هارمونیک، انحراف فرکانس، عدم پایداری ولتاژ و ...میباشند که بهطور مستقیم بر عملکرد سیستم قدرت تأثیر خواهند گذاشت.[8 ]پسنیاز به یک کنترل کننده مناسب جایگزین مانند کنترل کننده مد لغزشی مقاوم SMC در مد عملکرد جزیرهای میباشیم تا برای عملکرد مناسب اینورتر در لغزشی با پیاده سازی سادهای استفاده شده است. در قاب گردان انواع بارهای غیرخطی بکار گرفته شود.سنکرون با استفاده از سیگنالهای متعامد، میتوان روابط تواناکتیو و راکتیو را به صورت زیر بیان کرد.[9-14]
-2 بررسی ریزشبکه در حضور فتوولتائیک
ساختار سیستم قدرت مورد بررسی شامل ماژول خورشیدی - 3 - به همراه مبدل افزاینده و اینورتر بصورت شکل1 میباشد. برای استحصال ماکزیمم توان از PMSG و انتقال توان به شبکه تعبیه شده است. شارژر باتری نیز به عنوان پشتیبان برای حالت جزیره ای تعبیه شده است.
-3 روش مد لغزشی
در سیستم کنترل مد لغزشی، لغزش به صورت زیر معرفی میشود.لغزش مجموع خطای سرعت و مشتق خطای سرعت است. در حال معمولی، طبق قانون لیاپانوف برای پایداری، بایستی خروجی کنترل کننده مد لغزشی مرتبه اول به صورت زیر باشد.در رابطه بالا، برای پایداری بیشتر کنترلر، مقدار K بایستی بزرگ انتخاب شود. از طرفی مقدار بزرگ K باعث میشود که کنترلر ضربههای با قدرت بیشتر را به سیستم وارد کرده و مشکل چترینگ ایجاد کند. همچنین در نواحی نزدیک خط لغزش، سیستم کنترلی به درستی عمل ننماید. گاهی برای نرم کردن این ضربات، از تابع اشباع sat استفاده میکنند که مشکل یاد شده را بطور کامل حل نمیکند. در این مقاله از یک روش مددر روابط فوق g و g بیانگر جریان/ ولتاژ مولفههای محور ودر قاب ثابت میباشد. در نتیجه، در محورو جریانها به صورت زیر میتواند محاسبه گردد:
میتوان به جای توان اکتیو و راکتیو از خطای توانها با مقادیر مرجع استفاده کرد. از آنجا که توان اکتیو و راکتیو در حالت ماندگار مقادیر ثابتی هستند، میتوان از کنترلرPI استفاده نمود.علامت * نشاندهنده مقادیر مرجع، p - S - Gو - Gq - S به ترتیب توابع تبدیل مربوط به کنترل کننده تناسبی- انتگرالی میباشد. میدانیم، توان اکتیو با ولتاژ لینک DC نیز تناسب دارد. بنابراین میتوان به جای اختلاف توانهای اکتیو از اختلاف ولتاژ لینک DC استفاده نمود.
-4 سیسستم خورشیدی
مدار افزاینده شامل یک دیود، یک کلید و یک سلف بصورت شکل 2 میباشد که به باس DC مشترک وصل شده و ورودیآن PV است. ولتاژ خروجی مبدل افزاینده از طریق شبکه یا باتری - در حالت جزیره ای - تثبیت میشود.پس از معلوم شدن مقدار ولتاژ مرجع توسط الگوریتم MPPT، با مقدار اندازه گیری شده مقایسه شده و خطای حاصل به کنترل کننده PI برای جبرانسازی ارسال میگردد. خروجی کنترل کننده هم پالس کلید را تولید میکند.
-5 سیستم ذخیره کننده باتری
کنترل ولتاژ لینک dc باتری با استفاده از یک مبدل افزاینده دوطرفه میباشد که در شکل4 نشان داده شده است. مشاهده میگردد که ولتاژ لینک با 700 ولت مقایسه میگردد و حاصل به کنترل کننده PI ارسال میشود. یک حلقه کنترل کننده داخلی نیز برای بهبود عملکرد سیستم کنترلی تعبیه شده که از جریان سلف فیدبک گرفته و با خروجی PI مقایسه میکند. مدار داخلی مبدل افزاینده دوجهته نیز در شکل 5 ارائه شده است که در حالت شارژ که توان از باس به باتری انتقال مییابد، مبدل تبدیل به مبدل کاهنده میشود. در حالیکه در حالت دشارژ، مبدل دوطرفه به مبدل بوست تبدیل میگردد.DC و کنترل توان راکتیو میباشد. بلوک کنترلی مورد استفاده برای اینورتر در شکل 3 ارائه شده است.
-6 اینورتر و سیستم کنترلی
مشابه توربین بادی از یک اینورتر برای تبدیل DC/AC و اتصال به بار و شبکه AC استفاده شده است. اینورتر از نوع 6 کلیدی با کنترل PWM میباشد. کنترل اینورتر مانند مبدل سمت شبکه برای توربین بادی دارای دو هدف تثبیت ولتاژ باسدر خروجی باتری نیز یک اینورتر برای اتصال به شبکه نیاز است که ساختار و روش کنترلی آن در حالت متصل به شبکه
