بخشی از مقاله
خلاصه
منابع تولید توان پراکنده را میتوان به دو دسته منابع با تولید کنترل نشده مانند فتوولتاییک و منابع با تولید کنترل شده مانند باتري تقسیم کرد.در مورد منابعی مانند سیستم فتوولتاییک، نمیتوان به تنهایی در کاربردهاي جدا از شبکه اصلی براي کنترل ولتاژ و فرکانس استفاده کرد. در این مقاله یک سیستم کنترلی جدید براي سیستم فتوولتاییک - باتري مبتنی بر اینورتر شبکه شبه امپدانسی کوازي معرفی میشود.
هدف از استفاده از سیستم معرفی شده، توانایی کار در هر دو حالت متصل به شبکه و جدا از شبکه میباشد، لذا لازم است در حالت جدا از شبکه اصلی، ولتاژ و فرکانس توسط مجموعه فتوولتاییک – باتري کنترل شود. به این منظور باید سیستمهاي کنترل قادر باشند در حالت جدا از شبکه نیز کار کنند. با توجه به این که بخشی از بارها موجود در شبکههاي الکتریکی بارهاي تکفاز و نامتعادل میباشند، لازم است سیستم کنترل طراحی شده قادر باشد ولتاژ شبکه را حتی در حالت عدم تعادل نیز کنترل کند و مولفه منفی جریان و توانهاي نوسانی بار را نیز تامین کند.
.1 مقدمه
به دلیل بروز مشکلات زیست محیطی، کاهش ذخایر سوختهاي فسیلی و پیشرفت در زمینه سیستمهاي کنترل و مبدلهاي الکترونیک قدرت و همچنین پیشرفت تکنولوژي ساخت منابع تولید انرژي جدید، منابع انرژي نو رشد گستردهاي در سیستمهاي قدرت امروزي داشتهاند. سیستمهاي فتوولتاییک، توربینهاي بادي، پیل سوختی، انرژي زمین گرمایی، و نیروگاههاي مبتنی بر سوختهاي زیستی از مهمترین این نوع از منابع میباشند. وجود این نوع منابع منجر به تولید انرژي پاك و ارزان در آینده شده و میتوانند جایگزین مناسبی براي نیروگاههاي کنونی باشند.
با این وجود رشد روزافزون این نوع از منابع جدید منجر به بروز چالشهاي جدیدي براي سیستمهاي قدرت در حال حاضرشدهاند. وجود انبوه این نوع از منابع، باعث بروز مشکلات پایداري در ولتاژ شبکه میشود. این مساله به این دلیل است که عمدتا از منابع انرژي نو و منابع تولید پراکنده به عنوان منابع تولید توان موقتی استفاده میشود که از سمت اپراتورهاي سیستمهاي توزیع و انتقال و سیستم دیسپاچینگ فرمان کنترلی دریافت نمیکنند. لذا، افزایش تعداد این نوع از منابع منجر به شکلگیري شبکههاي غیرفعال غیرانعطافپذیر شده که قادر نمیباشند متناسب با نیازسیستم قدرت به تولید توان بپردازند
مهمترین سیستم ذخیرهساز انرژي مورد استفاده در حال حاضر، باتريها میباشند. امکان استفاده در حجم، وزن، قیمت و تلفات پایین از مهمترین ویژگیهاي سیستمهاي ذخیرهساز انرژي بر پایه باتري میباشد. همچنین بر خلاف القاگر و ابرخازن، انرژي ذخیره شده در باتري به حدي است که میتوان از آن براي تغذیه بارها در مدت زمان طولانی استفاده کرد. ضمنا دینامیک باتري نیز از سرعت بالایی برخوردار بوده قادر است به سرعت نسبت به تغییرات توان بار واکنش نشان دهند. استفاده از باتري به عنوان سیستم ذخیرهساز انرژي الکتریکی در کنار منابع با تولید تصادفی مانند سیستم فتوولتاییک و توربینهاي بادي و منابع کندي مانند پیل سوختی بسیار مرسوم میباشد
سیستمهاي ذخیرهساز انرژي مبتنی بر باتري در کاربردهاي مختلفی از جمله کاربرد در ریزشبکهها با قابلیت عملکرد جدا از شبکه اصلی، خودروهاي برقی، منابع برق اضطراري و منابع تولید توان بی وقفه و پایدارسازهاي سیستم قدرت مورد استفاده قرار میگیرند.
.2 پیشینه تحقیق
در - ژو و همکاران، - 2010 اینورتر شبکه امپدانسی سلف سوییچ شونده براي افزایش گین ولتاژ معرفی شده است. در ساختار ذکر شده، از 6 دیود اضافی در سمت شبکه امپدانسی استفاده شده است که به وسیله آنها میتوان افزایندگی ولتاژ را به اندازه زیادي افزایش داد.
در - تارا و همکاران، - 2010، ساختارهاي مبتنی بر ترانسفورمرهاي فرکانس بالا براي اینورتر شبکه امپدانسی معرفی شده است. در این نوع از مبدلها، با استفاده از این ترانسفورمر و با تنظیم نسبت دور ترانس میتوان به گین بالایی دست یافت.
در - گاجانایاکه و همکاران، - 2010 مدلهاي با گین بالا موسوم به ساختارهاي شدیدا افزاینده معرفی شده است که در آن از تعداد بیشتر المانهاي بیشتري در شبکه امپدانسی براي افزایش گین ولتاژ استفاده شده است.
در - مو و همکاران5، - 2014 ساختار Γ-Source معرفی شده است که در آن با نسبت دور پایین تر ترانس در مقایسه با اینورتر مبتنی بر ترانس فرکانس بالا و در نتیجه کاهش سیمپیچی ترانس به گین ولتاژ بالاتري میتوان دست یافت.
در - سیاواکوتی و همکاران6، - 2014، اینورتر Y-Source براي افزایش گین ولتاژ معرفی شده است. در این ساختار نیز از ترانسفورمرهاي فرکانس بالا براي کاهش استرس ولتاژ بر المانهاي مبدل استفاده شده است.
.3ساختار سیستم ترکیبی فتوولتاییک باتري مبتنی بر اینورتر منبع شبه امپدانسی - کوازي -
سیستم ترکیبی فتوولتاییک - باتري مورد مطالعه در - شکل - 1، نشان داده شده است. به دلیل وجود سیستم ذخیرهساز انرژي، این سیستم میتوان در هر دو حالت متصل به شبکه و جدا از شبکه کار کند. در این سیستم تنها از یک اینورتر و یک شبکه امپدانسی براي اتصال منابع فتوولتاییک، باتري و شبکه AC به یکدیگر استفاده شده است که منجر به کاهش در هزینه، تلفات، حجم و قیمت سیستم میشود.
شکل:1 سیستم ترکیبی فتوولتاییک باتري مبتنی بر اینورتر شبکه شبه امپدانسی - کوازي -
به منظور طراحی سیستم کنترل ولتاژ فتوولتاییک، از مدل دینامیکی به دست آمده سیستم که در رابطه1 به دست آمده است استفاده میشود. در طراحی سیستم کنترل ولتاژ سیستم فتوولتاییک، لازم است ضرایب کنترل کننده ولتاژ فتوولتاییک مقادیري منفی باشند. مدل دینامیکی کنترل کننده ولتاژ سیستم در حضور کنترل کننده ولتاژ در - شکل - 2 نشان داده شده است. در این شکل rRES بیان کننده مقدار مقاومت معادل سیستم فتوولتاییک حول یک نقطه کار مشخص میباشد و d بیانگر مقدار ضریب اتصال کوتاه شدگی اینورتر در هر لحظه میباشد.
شکل :2 مدل دینامیکی کنترل کننده ولتاژ سیستم فتوولتاییک
.4 عملکرد سیستم در حالت افت توان سیستم فتوولتاییک
در حالتی که توان تولیدي سیستم فتوولتاییک افت پیدا کند، جریان سلف L1 به شدت کاهش پیدا میکند و منجر به عملکرد سیستم در حالت DCM میشود. در حالت DCM، کنترل پذیري سیستم از بین میرود و سوییچینگ سیستم به صورت صحیح اجرا نمیشود. در واقع در این حالت، در مواقعی که نیاز است دیود شبکه امپدانسی روشن باشد - حالت غیر اتصال کوتاه شدگی - ، جریان عبوري از دیود آن قدر کاهش میابد
