بخشی از مقاله
چکیده
امروزه دستیابی به انرژی الکتریکی توسط منابع انرژی تجدیدپذیرامری رایج است، به همین دلیل برنامه های کاربردی زیادی تحت توسعه سریع انرژی های تجدیدپذیراجرا می شود.بزرگترین ضعف منابع تجدیدپذیربی ثباتی و وابستگی مقدارانرژی دریافتی شان است.جهت تثبیت انرژی خروجی وداشتن مقدارمجاز،ازمبدل های الکترونیک قدرت استفاده می شود. استفاده از این مبدل هادرانتقال حداکثرقدرت ازمنابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشیدبسیارمهم است.
مبدل الکترونیک قدرت مورداستفاده بین سیستم خورشیدی و شبکه از نوع DC-AC - اینورتر - است.فرکانس سوئیچینگ بالادراینورتر موجب تولید هارمونیک های ناخواسته ای می شود که باعث آلودگی هارمونیکی شبکه وکاهش بازده اینورتر می شود. ازاینرو جهت ازبین بردن ویا کاهش اثرات منفی هارمونیک ها از فیلتربین شبکه واینورتر استفاده می شود.
دراین مقاله به معرفی یک طرح کامل از سیستم فتوولتائیک 100kw متصل به شبکه و طراحی فیلترLCL به همراه مقاومت میراکننده جهت حذف هارمونیک های اینورترپرداخته شده است ، هدف اصلی مقاله کاهش هارمونیک ها به همراه کاهش تلفات سویئچینگ جهت تزریق جریان سینوسی به شبکه توسط فیلترLCLR می باشد.جهت صحت سنجی عملکردفیلتر طراحی شده یک مقایسه بین فیلترLCLR بافیلترهای L ،LC وLCL بااستفاده از نرم افزارMatlab/Simulink انجام گرفته است. نتایج حاصل ازشبیه سازی فیلترها نشان می دهد که میزان THD ولتاژ و جریان درهنگام استفاده ازفیلتر LCLR نسبت به سایرفیلترهای مذکور بطورقابل ملاحظه ای کاهش می یابد.
-1 مقدمه
تقاضای انرژی ازسال های گذشته تاکنون به عنوان یک نتیجه از رشد و توسعه صنعت درحال افزایش یافته است و پیش بینی می شود اگربه همین صورت ادامه یابد در10سال آینده حداقل به میزان%50 برسد،منابع انرژی تجدیدپذیرمانند باد، فتوولتائیک1و زیست توده 2 راه حل مناسبی برای ایجادتوازن میان میزان تقاضا وتولیدانرژی می باشند . دراین میان انرژی خورشیدی به دلیل ارزانی ، فراوانی ، نداشتن آلودگی وعدم نیاز به تعمیر ونگهداری بعنوان مفیدترین منبع تامین انرژی شناخته می شود
از آنجاییکه ولتاژتولید شده توسط سیستم فتوولتائیک بصورتDC است جهت اتصال سیستم فتوولتائیک به شبکه باید از یک اینورتر برای تبدیل ولتاژDC بهAC استفاده کرد . ولتاژ و فرکانس خروجی اینورترباید با ولتاژ و فرکانس شبکه یکسان باشد خروجی اینورتر می تواند بعنوان یک منبع جریان یاولتاژ کنترل شده باشد . اینورترهای منبع ولتاژ - 3 - VSI با مدولاسیون پهنای پالس - 4 - PWM بطورگسترده ای درسیستم های فتوولتائیک استفاده می شوند.برخی کارهای انجام شده درزمینه اتصال شبکه به سیستم های فتوولتائیک وچگونگی طراحی اینورترهاوسنکرونسازی خروجی آنها باشبکه درمراجع [2] و[3] موردبررسی قرارگرفته است.
همچنین استراتژی های کنترلی مختلفی برای کنترل جریان شبکه با استفاده از تئوری p-q وتئوری d-q با کنترل حلقه قفل فاز - 5 - PLL دراین مقالات موردبحث قرارگرفته است. وجود اینورترموجب تولید هارمونیک می شود جهت حذف هارمونیک ها ، بین اینورتر وشبکه فیلترقرارمی دهند.[4]هدف این مقاله طراحی و پیاده سازی یک فیلترLCLR به منظور ازبین بردن ویاکاهش اثرات منفی ناشی ازحضوراینورتراست فیلتربایددقیق طراحی شودچون باید میرایی مناسب درفرکانس سوئیچینگ راداشته باشد وموجب ایجاد نوسان درسیستم نشود.در انتها جهت نشان دادن عملکرد مطلوب فیلترطراحی شده به مقایسه نتایج حاصل ازاعوجاج هارمونیکی کل - - 6THD جریان آن با THDجریان فیلترهای L ،LC وLCL در محیط نرم افزارMatlab/Simulink پرداخته شده است.
-2 اجزای سیستم تولید توان فتوولتائیک
-1-2 آرایه فتوولتائیک
به طورکلی یک سلول فتوولتائیک یاخورشیدی مقدارکمی توان تولید میکند. برای تولیدتوان بیشتر، بایستی سلولهای خورشیدی به هم متصل شوندتاپنلها و ماژولها را تشکیل دهند. محدوده توان ماژولهای فتوولتائیک بین 10 تا 300 وات است. اگر توان بیشتری مورد نیاز بود، چند ماژول میتوانند در کنار هم نصب شوند تا تشکیل آرایه فتوولتائیک بدهند. درشکل - 1 - مدارمعادل ماژول خورشیدی با آرایش np سلول موازی و ns سلول سری به همراه معادله جریان آن نشان داده شده است.
شکل :1 مدارمعادل ماژول خورشیدی
جریان خروجی ماژول که درآن Iph جریان تولیدشده درنتیجه نور،Isat جریان اشباع معکوس سلول q - = 1.6 10-19 C - بار الکترون، k ثابت بولتزمن، TCدمای کار سلول خورشیدی، A ضریب ایده آل، Rsh مقاومت موازی و Rs مقاومت سری سلول خورشیدی میباشد. ماژول خورشیدی بهکاررفته در شبیهسازیSPR-305-WHT محصول شرکت SunPower است که مشخصات فنی آن در جدول - - 1 نشان دادهشده است. سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه یک آرایه 100kwاست که ازترکیب موازی5 ماژول سری و66 ماژول موازی - - 5 66 305.2 100.7kw ایجادشده است.درجدول - - 1مشخصات ماژول شبیه سازی شده رانشان داده شده است.
جدول :1 مشخصات ماژول شبیه سازی
مشخصه های جریان-ولتاژ وتوان-ولتاژ آرایه فتوولتائیک شبیه سازی شده با تغییرات دما وتابش ثابت 1KW/m2درشکل - - 2 نشان داده شده است.
شکل :2مشخصه جریان-ولتاژ وتوان-ولتاژآرایه تحت تغییرات دماوتابش ثابت
-2-2 دنبال کننده حداکثرتوان - 7 - MPPT
بوسیله MPPT حداکثرتوان الکتریکی ممکن ازآرایه حاصل می شود. این کارباجابه جایی نقطه کارانجام می شود MPPT اساسا یک مبدلDC_DC است این مبدل سطح ولتاژکاری راجهت رسیدن به مقدار - - Vmp ودستیابی به حداکثرتوان - Pmp - تغییرمی دهد سطح ولتاژکاری ازطریق تغییرسیکل وظیفه - Duty Cycle - انجام می شود سیگنال کنترلی مدولاسیون پهنای باند - - PWM به گیت ترانزیستور مبدل DC_DC اعمال می شود.دراین مقاله ازیک مبدل بوست 8با سلف ومقاومت 5mH و 0,005 و خازن 100H به همراه دوخازن 12mHجهت ثابت نگهداشتن ولتاژدرخروجی مبدل استفاده شده است ، مبدل ولتاژ 300Vdc آرایه فتوولتائیک رادرفرکانس سوئیچینگ 5kH به ولتاژ 500Vdc تبدیل میکند. مدل مداری مبدل به همراه ولتاژ وسیکل وظیفه درشکل های - - 3 تا - 5 - نشان دادهشده است.
شکل3 :مبدل DC_DC
شکل 4 :ولتاژمبدلDC_DC
شکل 5 :سیکل وظیفه مبدل
1-2-2 روش رسانش افزایشی - 9 - InC
دراین مقاله جهت تغییرسیکل کاری مبدل واعمال سیگنال کنترلی به گیت مبدل ازروش ردیابی حداکثرتوان رسانش افزایشی استفاده شده است. پایه این روش این است که شیب منحنی توان-ولتاژدرنقطهMPP برابرصفرودرسمت چپ این نقطه مثبت ودرسمت راست این نقطه منفی باشد
