بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به ارائه یک سیستم کنترلی مناسب جهت مدیریت انرژی در سیستم تولید پراکنده هیبرید باد -فتوولتاییک با واحد ذخیره کننده ی باتری و چرخ طیار و پیل سوختی پرداخته شده است .ابتدا به مدلسازی دینامیکی مناسب از اجزای این سیستم مبادرت شده و سپس سیستم کنترلی پیشنهاد شده که مبتنی بر روش کلاسیک می باشد ارائه میگردد.
میزان مقاوم بودن استراتژی پیشنهادی در برابر تغییرات بار و همچنین تغییرات پارامتری که ناشی از ماهیت انرژی باد وشرایط محیطی است، بررسی و در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی گردیده است ونتایج مرتبط تحلیل شده است . از نتایج شبیه سازی مشخص می گردد که سیستم کنترلی پیشنهادی رفتارمناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان خواهد داد. تحقیقات این سیستم تحت وضعیت های مختلف اجرا شده است و تحقیقات با استفاده از داده های واقعی آب و هوا صورت گرفته است.
.1 مقدمه
پیامدهای محیطی ، کمبود انرژی و نگرانی های مربوط به بیشینه شدن مصرف سوخت های فسیلی باعث برانگیخته شدن تحقیقاتی راجع به انواع مختلف منابع انرژی جایگزین شده است. انرژی الکتریکی در زندگی روزمرهی ما رایجترین نوع انرژی است، ولی تولید آن اغلب از طریق سوزاندن سوختهای فسیلی حاصل میآید که این ذخایر سوختی محدودیت های بسیاری دارد
این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژیهای تولید توان تجدیدپذیر از قبیل باد ، خورشید و... جلب شود . در این میان استفاده از باد یکی از بهترین راههای تولید انرژی است . باد میتواند در مناطق دور دست از سیستم های تامین انرژی متمرکز، به عنوان یک مکمل و یا حتی جایگزین نیروگاههای مرکزی مرسوم مورد استفاده قرار بگیرد.
تولید توان باد مشخصات خاص خودش را دارد که متفاوت از سیستم های تولید موجود است. یک نیروگاه بادی ممکن است در یک لحظه به طور کامل یک بار را تامین کند ولی چند ثانیه بعد کمبود توان قابل توجهی داشته باشد . بنابراین، تولید توان در سیستم قدرت دارای عدمقطعیتی می-باشد، که به طور پیوسته درحال تغییر بوده و پیشبینی آن سخت است
از آنجایی که توان باد به طور نامنظم تغییر میکند لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد . از این رو یک نیاز به ترکیب منابع، مانند باد و فتوولتاییک احساس میشود . سیستم باد- فتوولتاییک یکی از سیستم های توان هیبرید است که بیش از یک منبع انرژی استفاده مینماید . سیستم توان هیبرید ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدیدپذیر باشد
سیستم هیبرید باد - فتوولتاییک تقریباً قابلیت اطمینان کاملی را فراهم مینماید زیرا فتوولتاییک در برابر تغییرات سرعت باد و کمبود توان ، همواره به عنوان یک پشتیبان عمل میکند. معمولا، ظرفیت نصبی فتوولتاییک طوری طراحی میشود که پیک تقاضای توان را بتواند تامین نماید . اما در عمل از فتوولتاییک بیشتر وقتی استفاده میشود که خروجی توان باد برای تامین تقاضای بار کافی نباشد .لذا حس میشود که انرژی فتوولتاییک به تنهایی جهت پشتیبانی سیستم کافی نیست
از این رو برای تکمیل این مدیریت تولید، بهترین گزینه ، ذخیره ی انرژی است. با استفاده از سیستم ذخیره انرژی، یک منبع الکتریکی کم هزینه میتواند به طور موثر پیک تقاضا را تامین نماید
در این مقاله ، از سه واحد ذخیرهی انرژی باتری و پیل سوختی و چرخ طیار به عنوان واحد ذخیره کننده برای بهبود عملکرد دینامیکی سیستم توان هیبرید باد - فتوولتاییک پیشنهاد شده است. تاکنون روشهای متعددی در زمینهی کنترل مناسب توان هیبرید باد - فتوولتاییک با واحد ذخیره ی انرژی جهت بدست آوردن عملکرد دینامیکی مطلوب و استخراج بیشترین بهرهوری از انرژی موجود، ارائه شده است .
در بخش اول این تحقیق به پیاده سازی یک مدل دینامیکی از سیستم توان هیبرید باد - فتوولتاییک با واحد باتری و پیل سوختی و چرخ طیار پرداخته شده است، سپس به طراحی کنترلی برای سیستم مذکور پرداخته شده در بخش نتایج شبیه سازی نشان داده خواهد شد که کنترل کننده پیشنهاد شده ، عملکرد نسبتا مناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان میدهد و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم است.
.2 پیکربندی و توضیح سیستم
ساختار شبکه ی مستقل پیشنهادی در این مقاله متشکل از توربین بادی،فتوولتاییک و واحد ذخیره کننده ی باتری و چرخ طیار و پیل سوختی می باشد که در شکل 1 نمایش داده شده است. این مدل سازی ها در محیط نرم افزار متلب انجام شده است. در این شبیه سازی سرعت باد نسبتا واقعی در نظر گرفته شده است و شبیه سازی ها در زمان 300 ثانی انجام شده است.
شبیه سازی ها به گونه ایی انجام گرفته است که نمایان گر تغییرات تولید و مصرف بار ها در طول 24 ساعت شبانه روز باشد.
شکل :1 ساختار شبکه ی مستقل پیشنهادی
. 1-2 مدل تولید ژنراتورهای توربین بادی
توان خروجی ژنراتورهای توربین بادی بستگی به سرعت باد دارد. توان مکانیکی توربین بادی به صورت معادله - 1 - ارائه می شود.
مقدار پارامتر و در معادله - 1 - ، به ترتیب برابر با 1/25 ⁄ و 1735 در نظر گرفته شده است. مقدار پارامتر در معادله - 1 - توسط معادله - 2 - بدست می آید
مقدار پارامتر - شعاع پره - و - سرعت چرخش پره - در معادله - 3 - ، به ترتیب برابر با 23/5 و 3/14 ⁄ در نظر گرفته شده است.
شکل 2 توان خروجی ژنراتورهای توربین بادی را در مقایسه با سرعت باد را نشان می دهد . این شکل نشان می دهد که زمانی که سرعت باد بیشتر از سرعت مجاز می باشد، توان خروجی ثابت می ماند. در این مطالعه، وقتی که سرعت باد بیشتر از سرعت 25 ⁄ باشد ، سیستم به خاطر ایمنی اجزایش از کار انداخته می شود، و زمانی که سرعت باد بیشتر از 15 ⁄ می باشد، توان خروجی ژنراتورهای توربین بادی در بیشترین مقدار خود ثابت می شود. با این حال، وقتی که سرعت باد کمتر از سرعت 4 ⁄ باشد، توان خروجی ژنراتورهای توربین بادی صفر می باشد.
