بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی کنترلر هاي جدید براي کنترل توان راکتیو در سیستم هاي
فتوولتائیک تک فاز متصل به شبکه
چکیده:
فقدان ظرفیت انتقال کافی، مانع عمده در اتصال بیشتر منابع انرژي تجدید پذیر (باد، خورشید) به شبکه انتقال است. این مقاله در ابتدا یک الگوریتم کنترل براي یک سیستم فتوولتائیک تک فاز متصل به شبکه ارائه میکند که در آن یک اینورتر(معکوس کننده) طراحی شده براي یک مجموعه فتوولتائیک متصل به شبکه می تواند یک جریان خروجی
سینوسی را با یک شبکه ولتاژ همزمان سازد. توان ارائه شده توسط پانل PV است که توسط یک الگوریتم ردیابی نقطه
توان ماکزیمم (1MPPT) بر اساس روش هدایت افزایشی که مخصوصا براي کنترل فاز ولتاژ اینورتر PV اصلاح شده، کنترل می شود. کنترلر حداکثر توان اکتیو را به شبکه در عامل توان واحد وارد میکند، در حالی که همچنین تنظیم توان راکتیو تزریق شده به شبکه را اجازه می دهد. نتایج شبیه سازي نشان می دهد که سیستم کنترل کارایی خوبی دارد.
واژگان کلیدي :شبکه متصل شده، سیستم هاي فتوولتائیک، توان راکتیو، الگوریتم MPTT
مقدمه
فتوولتائیک (PV) انرژي خورشیدي به عنوان یک منبع جایگزین امکان پذیر شده است، با توجه به کارهاي
تحقیقاتی و توسعه اي بسیار زیاد که در مناطق گسترده اي Bahu)، (1996، (چیانگ، (1998، Hirachi)،
(1996 و (یاماگوچی، (1994 انجام شده است. برخی محققان تلاش هایی براي توسعه سیستم هاي اینورتر
PV با اتصال به شبکه و ویژگی هاي فیلترینگ توان اکتیو با استفاده از سنسور براي اندازه گیري جریان بار انجام داده اند (وو، (2005، (کیم، (1996، (چنگ، (1997 و (کو، .(2001 این مقاله یک توپولوژي تک فاز،
بدون سنسور جریان بار، تشکیل شده توسط یک مبدل DC‐DC در آبشاري با اینورتر، را ارائه میکند، همانطور
که در شکل 1 نشان داده شده است. هدف این سیستم انتقال توان فتوولتائیک (PV) به بار برق مستقیم و با
فوائد2 (ابزار) یکسان است. مبدل DC‐DC براي افزایش ولتاژ PV به یک سطح بالاتر از اوج ولتاژ مفید استفاده
می شود به طوري که اینورتر می تواند ولتاژ AC را بدون نیاز به ترانسفورماتور فراهم کند. مبدل DC‐DC
همچنین مسئول ردیابی نقطه توان ماکزیمم Koutroulis)، (2001 و (ژانگ، (200 واحدهاي PV است تا به
طور کامل از توان PV استفاده کند. کمبود توان بار از واحد PV توسط ابزار تامین میشود. یک روش دیگر به
کارگیري تکنیک الگوریتم تکاملی (EA) است. با توجه به توانایی آن در رسیدگی به توابع هدف غیرخطی [1]،
[2]، پیش بینی می شود EA براي برخورد با مشکل MPPT بسیار موثر باشد. در میان روش هاي EA، بهینه
سازي ازدحام ذرات (PSO) با توجه به ساختار ساده، پیاده سازي آسان و قابلیت محاسبه سریع آن بسیار بالقوه
است .[3] از آنجا که PSO بر اساس بهینه سازي جستجو است، در اصل، باید قادر به قرار دادن MPP براي هر
نوع منحنی P‐V صرف نظر از تغییرات زیست محیطی باشد. با درك این مزایا، چندین محقق این روش را به
منظور بهبود ردیابی MPP به کار گرفته اند .[6] - [3] در [3] و [4]، نویسندگان ضریب اضافی مختلفی در
معادلات طرح جستجو PSO معمولی اضافه کرده اند، در نتیجه بار محاسباتی الگوریتم را افزایش می دهند.
نویسندگان در [5] یک عبارت تحلیلی توابع هدف بر اساس PV فعلی ، تابش خورشیدي، و درجه حرارت
فرمول بندي کرده اند، پس، PSO براي پیگیري MPP استفاده شده است. با این حال، نشان داده نشده است
که این عبارت معادل توان عامل واقعی است، از این رو، ردیابی از MPP درست قطعی نیست - سوالاتی در
مورد اثر بخشی این روش بوجود می آورد. در [6]، نویسندگان PSO را به منظور بهینه سازي پارامترها براي
فیلتر LC در سیستم microgrid به کار گرفته اند. از آنجا که این روش به طور خاص بر شبکه متمرکز شده
است، مورد توجه کمی قرار گرفته است به این دلیل که اکثرا در کار MPPT تمرکز بر داده هاي ورودي است.
جالب توجه است، یکی از ویژگی هاي مهم PSO که توسط محققان نادیده گرفته [12] - [7] این واقعیت
است که پس از آن که ذرات MPP را پیدا کردند، سرعت ارتباط شان بسیار کم و یا عملا بی ارزش می شود.
این مزیت نادیده گرفته شده چرا که در کار قبلی اقدام به استفاده از PSO در رابطه با کنترل چرخه مستقیم
نشده است. اگر این دو ترکیب شوند، در MPP، چرخه مستقیم را می توان در مقدار ثابت حفظ کرد و این به
نوبه خود نوسانات حالت پایدار را که معمولا در روش MPPT معمولی وجود دارد را کاهش می دهد. در نتیجه، از دست دادن توان به دلیل نوسان، حذف شده و کارایی سیستم افزایش می یابد.
.1 اصول عملیاتی
مرحله توان اینورتر تک فاز متصل به شبکه در شکل 1 جریان خروجی اینورتر را توضیح می دهد.
شکل .1 اینورتر تک فاز متصل به شبکه
جریان اینورتر متصل به شبکه باید از یک پانل PV گرفته شود. این تجزیه و تحلیل بر اساس واسطه متصل و
بکاررفته براي انواع دیگر تنظیمات فیلتر خروجی، مانند L، LC، LCL، و غیره 13]،14،[15 می باشد.
به منظور توضیح ویژگی هاي مدار، شکل 2 نمودار فاز اجزاي غیراساسی، از جمله ولتاژ خروجی اینورتر (E)،
جریان خروجی اینورتر (I)، ولتاژ افت در ظرفیت القاء مغناطیسی L (jXsI = jωLI) و مولفه اساسی ولتاژ شبکه
(U) را نشان می دهد. .[18]
شکل .2 نمودار فاز با Vinv, VL, Vgrid and Iout
φ نشانگر زاویه توان بین ولتاژ شبکه و جریان خروجی اینورتر. و δ نشانگر زاویه بار بین ولتاژ شبکه و ولتاژ خروجی اینورتر است. نمودار فاز در شکل 3نشان داده شده است.روابط زیر را می توان بیان کرد:
(1) (2)
توان اکتیو (P) ارائه شده توسط مبدل به شبکه می تواند به صورت زیر بیان شود:
(3)
و توان راکتیو (Q) ارائه شده توسط مبدل به شبکه، می تواند به عنوان بیان شده:
(4)
با توجه به شکل 3، معادلات (3) و (4)، تنظیم جریان برق اینورتر موازي متصل به شبکه اصلی ، می تواند با
کنترل مقدار ولتاژ خروجی اینورتر (E) و زاویه بار (δ) انجام شود. از سوي دیگر، براي تزریق برق به شبکه،
مقدار ولتاژ DC باید به اندازه کافی بالا باشد به طوري که ولتاژ خروجی E می تواند مقداري مساوي یا بزرگتر از
ولتاژ اوج شبکه دریافت کند. از معادله (3) و (4)، توان اکتیو و راکتیو به هر دو مقدار ولتاژ خروجی اینورتر E و
زاویه بار δ بستگی دارد. .[16] بنابراین، توان اکتیو تزریق شده به شبکه را می توان با اختلاف فاز بین ولتاژ
شبکه و ولتاژ خروجی اینورتر δ کنترل کرد. همان زمان، توان راکتیو را می توان با مقدار ولتاژ خروجی اینورتر
E کنترل کرد.
.2 اجراي کنترل پیشنهادي
ساختار کنترل پیشنهاد شده براي یک اینورتر تک فاز متصل به شبکه در شکل 4 نشان داده شده است.
