بخشی از مقاله
خلاصه
با افزایش حضور سیستم های خورشیدی در شبکه قایلیت اطمینان و پایداری این سیستمها از اهمیت بالایی برخوردار است. در حالت اختلال در شبکه، تشخیص سریع زاویه ولتاژ شبکه برای تولید مناسب سیستم های کنترلی ضرورتی اساسی میباشد. بنابراین روشهای سنکرون شدن با شبکه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله مبدل کاهنده- افزاینده ای که از ترکیب مبدل کاهنده سنکرون و KY معمولی ایجاد میشود در کاربرد خورشیدی استفاده شده است. با این کار مشکل کاهندگی مبدل KY مرسوم حل شده است و همچنین مبدل جدید دارای جریان ورودی پیوسته میباشد. ساختار قدرت و سیستم کنترلی معرفی شده در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink مورد شبیه سازی قرار گرفته است که نتایج صحت عملکرد سیستم را نشان میدهد.
کلمات کلیدی: آرایه خورشیدی، قابلیت گذر از ولتاژ پایین، مبدل KY کاهنده- افزاینده.
.1 مقدمه
با توجه به بروز مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی، ظرفیت نصب شده منابع تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی در حال افزایش میباشد. همین امر سبب توجه محققین به انرژی های تجدید پذیر در زمینه طراحی مدار قدرت و سیستمم کنترلی شده است. در زمینه طراحی سیستم برای انرژی خورشیدی، با توجه به اینکه ولتاژ پانل پس از سری و موازی شدن به صورت dc میباشد، نیاز است که با استفاده از یک واسطه الکترونیک قدرتی به صورت ac برای مصرف بار و انتثال توان به شبکه درآید. با توجه به اینکه ولتاژ خروجی پانلها برای اتصال به شبکه یا تغذیه بار حتی پس از سری کردن پایین است، نیاز است که از یک مبدل افزاینده استفاده گردد. وظیفه دیگر این مبدل می تواند استحصال ماکزیمم توان باشد.با توجه به اینکه روز بروز قیمت سلول های خورشیدی کاهش پیدا می کند و تکنولوژی های الکترونیک قدرت در حال پیشرفت است، سطح نفوذ این سیستم ها بیشتر در حال افزایش است.
از طرفی نفوذ سیستم های خورشیدی در شبکه می تواند تاثیرات نامطلوبی روی شبکه داشته باشد. این تاثیرات می تواند روی شاخص های کیفیت توان، بازده و قابلیت اطمینان شبکه باشد. در بسیاری از شبکه های قدرت استانداردهایی برای اتصال سیستم های تجدیدپذیر به شبکه اتخاذ شده است. این استانداردها بیشتر روی مسائل کیفیت توان، پایداری فرکانس یا ولتاژ می باشد. روز بروز وظایف جدیدی برای سیستم های خورشیدی تعریف می شود و هدف این وظایف بالابردن قابلیت اطمینان این سیستم ها در حالت بروز خطا در شبکه می باشد. بایستی سیستم های PV بتوانند بارهای محلی را در طول خطاهای شبکه نظیر کمبود ولتاژ یا اغتشاشات فرکانسی، تغذیه نمایند . قطع ناگهانی سیستم های خورشیدی بدلیل وجود خطا در شبکه می تواند سبب خاموشی های بیشتر و فلیکر ولتاژ گردد.
در سیستم های خورشیدی نسل آینده باید وظیفه جدیدی بنام مقاومت در برابر ولتاژ پایین LVRT داشته باشند که طبق آن سیستم PV باید حتی در هنگام افت ولتاژ شبکه نیز متصل به شبکه باقی بمانند . از جمله عواملی که در عملکرد مناسب LVRT نقش مهمی دارد، چگونگی سنکرون کردن سیستم کنترلی با ولتاژ شبکه یا همان حلقه قفل فاز - PLL - میباشد.در سالهای اخیر نصب سیستمهای خورشیدی تک فاز به خاطر کاهش هزینهها بسیار مورد توجه قرار گرفته است.[1] در اتصال این سیستمها ملزوماتی برای سیستم قدرت در نظر گرفته میشود. در واقع فرض میشود که سیستم قدرت دارای کیفیت توان مناسبی بوده و از لحاظ پایداری فرکانس و ولتاژ در وضعیت مناسبی قرار دارد. [2 ]در صورت بروز خطا، بدلیل اینکه سیستم های خورشیدی تک فاز معمولاً در رنج خانگی نصب می شوند، در مقالات فرض میشود که برای جلوگیری از آسیب رسیدن به سیستم خورشیدی، آنرا از شبکه قطع میکنند.[4-3]
اما در صورتی که ظرفیت سیستم های خورشیدی بالا باشد، قطع آنها تاثیر منفی روی قابلیت اطمینان و پایداری سیستم خواهد داشت. برای مثال، خطای ولتاژ سبب ایجاد فلیکر و مشکلات کیفیت توان و ولتاژ، بدلیل قطع قسمتی از تولید شده و اتصال سیستم خورشیدی را با محدودیت روبرو خواهد کرد.[5]در صورتی که سیستم خورشیدی مجهز به تجهیزات کمکی از جمله تامین کننده توان راکتیو یا قابلیت گذر از ولتاژ پایین باشد، مشترکان هیچ مشکل کیفیت توان یا فلیکر را احساس نخواهند کرد و اپراتور سیستم خورشیدی هم نیازی به محدود سازی آن پیدا نخواهد کرد. انتظار میرود که در آینده نزدیک، به دلیل نفوذ بیشترسیستم های خورشیدی، این سیستمها هوشمندتر شده و دارای این چنین قابلیت هایی باشند
بنابراین، تحت شرایط خطا بایستی این سیستمها دارای کنترل کننده مناسبی باشند تا بتوانند در مقابل مشکلات ولتاژ، مقاوم عمل کنند. در عمل با استفاده از تئوری کنترلPQ ، مراجع ولتاژ طوری تعیین میشوند که بیشینه توان از سلول خورشیدی در یافت شود و در حالت ولتاژ پایین شبکه، جریان ها از یک مقدار مشخصی بیشتر نشوند. همچنین از روش کنترلی افتی نیز در مقالات برای کنترل توان استفاده شده است.[6]علاوه براین، سیستم کنترلی بایستی بتواند در حالت افت ولتاژ که معمولاً مدت زمان کوتاهی طول میکشد، سریعاً با سیستم قدرت سنکرون شود. مطالعات اخیر نشان میدهد که روشهای براساس قفل فاز عملکرد مناسبی از خود نشان میدهند. در بین روشهای استفاده شده، روش تطبیقی پاسخ بهتر و مقاومتری از خود نشان داده است. اگرچه یک سری ایرادات هم درمقالات بر آن وارد شده است.[7]
دستیابی به بازده و قابلیت اطمینان بالا در سیستم های خورشیدی برای کاهش تلفات ضروری است. در مقایسه با سیستم های خورشیدی متداول سیستم های بدون ترانسفورماتور در بازارهای اروپایی دارای محبوبیت بالایی هستند . اکثر این ساختارها با اضافه کردن کلید به ساختار مبدل تمام پل ایجاد شده اند. در [8] عملکرد این اینورترها در حالت LVRT مورد مطالعه قرار گرفته است.ساختار این مقاله نیز بدین ترتیب است که در بخش دوم مقاله سلولهای خورشیدی میپردازد. در بخش سوم معرفیو مدل پیشنهادی، در بخش چهارم نتایج شبیهسازیها و نتیجهگیری نیز در بخشهای 5 بیان شده است.
2. سلولهای خورشیدی
سلول خوشیدی - SC - و یا فتوولتائیک - PV - مستقیما فوتونهای حاصل از نورخورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. عملکرد خورشیدی نسبتا ساده است. هنگامیکه انرژی خورشید به پانل برخورد میکند، الکترونی آزاد می-شود.الکترونها در یک نقطهی اشباع جمع شده در یک نقطهی اشباع جمع شده و به سمت سیستم سیمکشی حرکت می-کنند، جائیکه یک در آن وارد مدار DC میگردند. توان د این مرحله یا به صورت DC استفاده شده و یا اینکه با استفاده از اینورترها به AC تبدیل میگردد. توان، معمولا مستقیما در سیستم باتری ذخیره شده یا یک شبکهی الکتریکی را تغذیه مینماید.مزایای این منابع عبارتند از : سوخت آن، یعنی همان نورخورشید، تجدیدپذیر بوده و نیاز به پشتیبانی ندارد، صرفه-جوئی درقطعات یدکی، این پانلها به صورت جامد و سخت بوده و نیاز کمی به نگهداریاند و میتوانند چند دهه با فرسایش جزئی به کار خود ادامه دهند، پانلهای PV هم قادر به استفاده به صورت انفرادی و ادغام شده با شبکه است، ظرفیت الکتریکی سیستم PV دارای اندازهی چند وات تا چند مگاوات است، مواد جدیدتری که در ساخت این پانل مورد استفاده قرار میگیرند را میتوان در سقفها، دیوارها، پنجرهها و هر کاربرد دیگر قابل تصور، جاسازی کرد، آنها را میتوان به صورت ایدهآل در نواحی با مقادیر زیاد تابش مستقیم نور آفتاب بکار گرفت.[9]
