بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک سیستم تولید توان انرژی تجدیدپذیر هیبرید مستقل توسط استراتژی کنترلی بمنظور کنترل فرکانس در کاربرد مستقل مبتنی بر کنترل هماهنگی پیل های سوختی - - FC و بانک خازن دولایه ای - DLC - پیاده سازی می شود. سیستم های فرعی تولید توان انرژی تجدیدپذیر پیشنهادی عبارتند از: ژنراتور توربین بادی WTG، سیستم فتو ولتاییک PV، سیستم FC و مخزن DLC بعنوان سیستم ذخیره سازی. نتایج شبیه سازی اعتبار سیستم تولید توان هیبرید مورد مطالعه پیشنهادی تغذیه کننده بارهای ایزوله شده را در شرایط تعادل فرکانس توان نشان می دهد. شبیه سازی ها در محیط نرم افزار MATLAB/SIMULINK انجام شده است.
کلمات کلیدی: سیستم انرژی تجدیدپذیر هیبرید مستقل، هماهنگی پیل های سوختی، سیستم فتو ولتاییک، توربین بادی، کنترل انحراف فرکانس
.1 مقدمه
سیستم های تولید توان مستقل در جوامع بسیار و نواحی دور سراسر جهان که دسترسی به برق شبکه ای ندارند استفاده می شود. انرژی تجدیدپذیر در سیستم مستقل از شبکه، بدلیل افزایش قیمت های سوخت و اخطارهای محیطی و آلودگی، در حال رشد می باشد. تولید توان خورشیدی و بادی دو تکنولوژی تولید توان تجدیدپذیر جذاب می باشند. به منظور ادغام انرژی تجدیدپذیر در چنین سیستم هایی و پیشگیری از نوسان توان باد و منابع خورشیدی بدلیل تغییر آب و هوا، نوعی ذخیره سازی انرژی یا تولید اضافی از قبیل FC و مخزن باتری عموما لازم است. سیستم های FC یکی از تکنولوژی های انرژی امید بخش برای آینده پایدار بدلیل بازده انرژی بالا ، دوستی با محیط و مدولاریته بودن می باشند. اشکال عمده سیستم تولید توان FC عملکرد دینامیکی کند می باشد، چون شیب جریان FC باید محدود گردد تا از مشکلات کمبود سوخت جلوگیری گردد و عملکرد و عمر آن بهبود یابد.
پاسخ توان بسیار سریع ، ساختار انعطاف پذیر و ماژولار DLC می تواند خروجی کندتر توان منبع اصلی را تکمیل نماید تا تقاضای بار را به طور کامل برآورده سازد. به منظور پیشگیری از مشکلات سوخت و همچنین جلوگیری از شرایط سوخت مورد استفاده، باید مقدار اضافی جریان سوخت هیدروژن با افزایش و کاهش دادن جریان توده به پشته FC به سرعت کنترل گردد. این عملیات ها با اینرسی محرک ها محدود می شوند. این مشکل می تواند با محدود کردن دینامیک تغییرات بار کنترل گردد. انواع مختلف سسیتم FC مدت زمان تاخیر متفاوتی دارند. بدین دلیل سیستم FC نمی تواند توان خود را به مقدار مطلوب تغییر دهد. بدلیل تاخیر طولانی مدت سیستم FC، خازن لینک DC نمی تواند تغییر تقاضای بار را جبران نماید و همچنین تغییر ولتاژ خازن لینک - رابط - DC در دامنه مجازی برای عملکرد ایمن اینورترها نمی باشد.
بنابراین از DLC ها برای جبران تغییر تقاضای بار و توان سیستم FC استفاده می شود. تعدادی مقاله برای بررسی کنترل انحراف فرکانس و مدلسازی سیستم های انرژی تجدیدپذیر هیبرید گزارش شده اند. در میان آنها دانگ ژینگ و لی وانگ نتایج آنالیز شده پایداری سیگنال کوچک یک سیستم ذخیره سازی/ تولید توان هیبرید در رابطه با بار ایزوله شده گزارش کردند. در - 4 - اسدولا و باتی کنترل فرکانس بار یک کارخانه برق آبی کوچک ایزوله شده را با روش بار کاهش یافته بررسی کردند. در - 5 - مدل دینامیک FC به عنوان کندی جریان درجه یک شبیه سازی می شوند تا رفتار دقیق سیستم FC را در رخداد موقتی بر اساس اطلاعات آزمایشی نشان دهند. کنترل توان خروجی ژنراتور توربین بادی به وسیله کنترل زاویه شیب در 6 - و - 7 ارائه می شود. در کارهای گذشته محققان از ژنراتورهای دیزلی و مخزن باتری برای کنترل انحراف فرکانس با استراتژی کنترل مختلف استفاده کردند. نقش عمده این تحقیق این است که یک استراتژی کنترل جدید برای کنترل انحراف فرکانس تولید توان هیبرید مستقل بر اساس هماهنگی FC و DLC برای بالا بردن کیفیت توان پیشنهاد می شود. همچنین تولید توان هیبرید مورد مطالعه بر اساس اطلاعات آب و هوای واقعی مورد بررسی قرار می گیرد تا سودمندی استراتژی کنترل پیشنهادی آنالیز گردد. نتایج شبیه سازی اعتبار استراتژی کنترل پیشنهادی را نشان می دهند. این مقاله به ترتیب زیر مرتب شده است: در بخش 2 ساختار سیستم تجدیدپذیر مورد مطالعه مورد بحث قرار داده شده است، استراتژی کنترل پیشنهادی و مدیریت توان در بخش 3 تشریح شده است. بحث در مورد نتایج و شبیه سازی در بخش 4 ارائه می شوند و در بخش 5 به نتیجه موضوع پرداخته می شود.
2. ساختار و تشریح سیستم
نمودار بلوک تعمیم یافته سیستم ذخیره سازی انرژی تولید توان هیبرید پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. سیستمهای فرعی تولید توان عبارتند از: یک سیستم WTG، یک PV، یک FC و مخزن DLC به عنوان سیستم ذخیره سازی انرژی بکار گرفته می شود.ِDLC بنا به فرض ظرفیت کافی برای ذخیره سازی انرژی مازاد تولید شده به وسیله سیستم فرعی دارد. در سیستم پیشنهادی از یک سیستم WTG و PV به عنوان تولید توان انرژی استفاده می شود و برای تولید توان برای رفع نیاز بار اولویت دارند. برای تحقیق دقیق در مورد سیستم ذخیره سازی / تولید توان هیبرید پیشنهادی باید از مدلهای ریاضیاتی درجه بالای غیر خطی استفاده کرد. در این مورد برای شبیه سازی و بررسی تمام بخشهای چنین سیستمهایی با این پیچیدگی، مدل ساده شده به صورت تابع انتقال درجه 1 خطی عموما بکار می رود. بنابراین غیر خطی های سیستم مورد توجه قرار نگرفته اند و سیستم در مدل ساده شده شبیه سازی شده است.
.2.1 مدل تولید توان بادی
توان خروجی ژنراتورهای توربین بادی به سرعت باد بستگی دارد. توان مکانیکی توربین بادی با معادله زیر ارائه می شود :
