بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله دارای دو بخش اساسی میباشد. در بخش اول و در حالت اتصال به شبکه اصلی، یک کنترلر توان اکتیو و راکتیو برپایه شبکه عصبی پیشنهاد شده است، که عملکرد آن برای مقایسه بهتر با کنترلر PI مقایسه شده است. در بخش دوم پروژه به بررسی عملکرد جزیرهای میکروگرید شامل پیل سوختی و باتری برای تغذیه یک موتور dc میپردازد. اساس این کنترلر حذف نوساناتی است که درهنگام راه اندازی موتور dc به سیستم وارد می-شود. میکروگرید وکنترلر پیشنهادی در محیط مطلب/سیمولینک شبیه سازی شده است. نتایج شبیهسازی نشان دهنده کارایی این کنترلر برای دنبال کردن توان اکتیو و راکتیو، قابلیت حذف اغتشاش و مقاوم بودن در برابر تغییر پارامتر سیستم، میباشد.
.1 مقدمه
نگرانیهای زیست محیطی و افزایش مصرف انرژی الکتریکی، باعث ایجاد فرصتهای جدیدی برای استفاده عمومی از منابع انرژی تجدیدپذیر شده است. کهنه شدن شبکههای انتقال و توزیع و نیاز به سرمایهگذاری کلان برای توسعه و نو کردن شبکه و زیر ساختهای آن و نیاز به انرژی برق با کیفیت بالا، نظرات را به سوی روشهای نوین تامین انرژی برق جلب کرده است1]و.[2 میکروگریدها یکی از گزینههای مناسب جهت تامین انرژی برق میباشد. میکروگریدها شبکه های فشار ضعیفی هستند که شامل منابع DER1 مثل میکروتوربین ، سلول های خورشیدی و ذخیره کننده های توان مثل باتری و ... در کنار بارهای قابل کنترل به همراه یک سیستم کنترل قوی هستند2]و.[3 از جمله مزایای میکروگرید میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- 1به دلیل رشد سریع بارها و نیز کاهش سوختهای فسیلی نیاز به یک تولیدکننده کمکی احساس میشود.
- 2کاهش آلودگی محیط زیست و گرمای جهانی یک دلیل کلیدی برای جایگزینی منابع تولید توان جدید میباشد
- 3منابع DG2 تولید همزمان گرما و انرژی - CHP3 - را راحتتر میکند که این خود باعث بالارفتن بازدهی با کاهش تلفات میشود.
- 4به دلیل میزان توان تولیدی پایین منابع DG برای مصرفکنندگان با ظرفیت کم مناسب میباشند.
- 5به دلیل امکان هردو عملکرد متصل به شبکه و جزیرهای منابع DG امکان تولید پشتیبان را دارا میباشند که این باعث بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه میگردد.
میکروگریدی که در این مقاله مورد مطالعه قرار گرفته شده است، شامل پیل سوختی اکسید جامد - - SOFC، باتری، مبدل الکترونیک قدرت و بار میباشد. هدف از یک شبکه میکروگرید داشتن خصوصیت مستقل بودن است. ولی برای افزایش امنیت و انعطاف پذیری ، میکروگرید باید به شبکه بالا دست متصل گردد. یا حتی در صورت امکان به یک میکروگرید همجوار وصل گردد. تبادل توان می تواند به صورت یک طرفه یا دوطرفه از شبکه بالا دست به میکروگرید و یا به عکس باشد.
ارتباط با شبکه بالادست میتواند به دو صورت باشد. . به این ترتیب که فقط نیاز به کلید قطع کننده و احتمالاً یک ترانس است. مشکلی که در این حالت پیش میآید اتصال دوباره به شبکه و سنکرون شدن با آن در صورتی که میکروگرید از شبکه قطع است.
نوع دوم ارتباط می تواند به صورت DC باشد. یکی از مزیت های این ارتباط می تواند ایزوله کردن شبکه میکروگرید از شبکه بالا دست باشد. در این حالت میکروگرید به صورت یک شبکهDCطراحی میشود. در شبکه میکروگرید DC تولید کنندهها توان DC تولید کرده و به شبکه تزریق میکنند مثل سلولهای فتوولتائیک و یا توان AC تولیدی آنها توسط ادوات الکترونیک قدرت به نوع DC تبدیل میگردد مانند میکرو توربینها. در سمت مصرف کنندهای نیز مبدل DC به AC توان را بصورت AC در اختیار مصرف کنندهها قرار میدهد.
در این حالت میکروگرید وظیفه بالانس توان اکتیو و راکتیو را در مجموعه خود دارد و ارتباط با شبکه فقط برای ورود یا خروج توان بوده به این ترتیب میکروگرید بطور مستقل وظیفهی تأمین کیفیت توان - فرکانس ، ولتاژ، توان راکتیو و هارمونیک - مربوط به حوزه خود را دارد. نوع میکروگرید از نظر AC یا DC با توجه به شرایط محیطی، نوع تولید کنندههای توان قابل استفاده درآن، سایز شبکه میکروگرید انتخاب میگردد.[6] کنترل کنندههای که تاکنون جهت اتصال میکروگرید شامل پیل سوختی به شبکه وجود دارد، از روش کنترلی PI استفاده نموده است.
علیرغم سادگی پیادهسازی این نوع کنترلکننده، سرعت پایین دنبال کردن تغییرات set point، یکی از معایب این روش کنترلی میباشد. برای رفع این نقیصه می توان از شبکه عصبی برای کنترل توان اکتیو و راکتیو استفاده نمود. شبکه عصبی Set Point را بخوبی دنبال میکند اما در مقایسه با PID ، از قابلیت حذف ورودی اغتشاش کمتری برخوردار است و در مقابل تغییرات پارامترها مقاوم نیست.
این مقاله در 6 بخش آورده شده است: بخش 2 به معرفی شبکه میکروگرید مورد مطالعه میپردازد. در بخش 3ایده اتصال به شبکه میکروگرید مطرح میشود. بخش 4 مقاله به بحث کنترل توان با استفاده از شبکه عصبی میپردازد. نتایج شبیهسازیهای انجام شده در بخش 5 ارائه میشوند. در نهایت در بخش 6 مقاله، نتیجهگیری مطرح میشود.
.2میکروگرید
میکروگریدها، شبکه های فشار ضعیفی مشتمل بر منابع DER مثل میکروتوربین ، سلول های خورشیدی و ذخیره کننده های توان مثل باتری و ... در کنار بارهای قابل کنترل به همراه یک سیستم، کنترل قوی هستند. این شبکه ها در بالا دست به شبکه فشار متوسط سراسری متصل می شوند و توانایی کار در حالت جدا از شبکه را نیز دارا می باشند. از دید مصرف کننده یک میکروگرید، از یک طرف توانایی تأمین برق و گرما را دارد و از طرف دیگر موجب افزایش کیفیت برق، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش انتشار آلودگی، کاهش افت ولتاژ و در نهایت تامین انرژی با قیمت کمتر می گردد.
میکروگریدباعث یک عملکرد هماهنگ بین پاسخگویی بار1 و تولید توسط منابع تولید پراکنده، در کنار بیشینه کردن سود رسیده به مشترکین و شبکه بالا دست است2]و.[3 شمای یک میکروگرید نمونه در شکل - 1 - آورده شده است. میکروگرید مورد نظر در این مقاله شامل پیل سوختی به عنوان منبع تولیدکننده توان، خازن، مبدل AC-DC ، سلف اتصال به شبکه وشبکه بینهایت میباشد. در ادامه هرکدام از زیرسیستمهای این میکروگرید بطورجداگانه توضیح داده شده است.
شکل-1 شمای کلی از شبکه میکروگرید مورد نظر
.1-2 پیل سوختی
پیل سوختی تکنولوژی تولید انرژی الکتریکی بدون تولید آلودگی است که جایگزین روشهای معمول تولید انرژی شده است. پیل سوختی با انجام یک واکنش الکتروشیمیایی و به صورت مستقیم به تولید انرژی الکتریکی می-پردازد.
پیل سوختی شامل دوالکترود بهنام آند و کاتد میباشد که بین این دو الکترود الکترولیت قرار میگیرد. براساس واکنشهای که در آند و کاتد پیل رخ میدهد، پیل سوختی در حین تولید الکتریسته به تولید آب میپردازد و اینگونه مانع از تولید آلودگی میشود.[1] مطابق مرجع [1]واکنشهای شیمیایی که در سمت آند و سمت کاند رخ میدهد به صورت زیر میباشند:
شکل - 2 - شماتیک کلی انجام واکنش را در پیل سوختی را نشان میدهد.
