بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله دنبال نمودن حداکثر توان خروجی قابل دسترس یک توربین بادی به کمک الگوریتم کنترل فازی مورد بحث قرار گرفته است. در این مقاله الگوریتم فازی به منظور کنترل کلیدزنی عنصر نیمههادی در مبدل تقویت کننده DC/DC مورد استفاده قرار گرفت، به این ترتیب که در ابتدا به کمک اندازهگیری نمودن ولتاژ و جریان، توان خروجی از مبدل محاسبه می شود و سپس به کنترلر فازی اعمال می گردد. کنترلر فازی با استفاده از توابع عضویت ورودی و خروجی تعریف شده است و همچنین قوانین عملکردی، کلیدزنی نیمههادی جهت رسیدن به حداکثر توان را کنترل می کند.
1 مقدمه
با توجه به اهمیت شایان انرژی در زندگی امروز و افزایش قیمت و نیز محدودیت سوختهای فسیلی موجود، دنیای امروز رو به استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر برای تولید انرژی الکتریکی موردنیاز خود آورده است. یکی از انواع انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی بادی است که امروزه توسط محققان بسیار موردتوجه قرارگرفته است.
یکی از موضوعاتی که لازم است به همراه رشد و توسعه سریع انرژیهای تجدیدپذیر خصوصاً نیروگاههای بادی درکشور موردنظر قرار گیرد، ظرفیت سازی مناسب شبکه انتقال و فوق توزیع برای انتقال توان بادی به شبکه است اما یک توربین بادی حتی اگر در مسیر مستقیم وزش باد قرارگیرد، نمی تواند تمام انرژی موجود در باد را جذب کند و تنها کسری از آن جذب میشود. پس به دست آوردن بیشینه توان تولیدی توسط یک توربین بادی اهمیت بسیاری دارد.
برای دستیابی به توزیع احتمال توان باد عبوری از توربین بادی، با توجه به پیچیدگی و عملکرد غیر خطی توربینهای بادی ناگزیر به استفاده از روش ردیابی بیشینه توان حاصل از باد در این توربینها میباشیم. سیستم مورد نظر نقطه کار توربین بادی را به نحوی تعیین میکند که سرعت روتور ژنراتور در نقطه بهینه قرار گرفته و توربین بیشترین توان خود را تولید کند.[4-3] در ادامه روش ارائه شده در قالب کنترل فازی برای ردیابی بیشینه توان که مبتنی بر کنترل فازی میباشد را بهطور کامل بیان میشود.
2 کنترلکننده فازی جهت ردیابی نقطه بیشینه توان
در گذشته برای کنترل کننده های فازیمعمولاً تغییرات توان و تغییرات سرعت را به عنوان ورودیهای کنترلکننده فازی در نظر میگرفتند که به دلیل وجود حسگرهای مکانیکی، امروزه کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. امروزه تغییرات توان و تغییرات ولتاژ و یا تغییرات سیکل کاری که همگی قسمتی از بخش الکتریکی سیستم میباشند، به عنوان ورودی کنترلر فازی استفاده میشوند. در روش پیشنهادی، از توان خروجی نمونهگیری شده و به کنترلر فرستاده می شود. کنترلر اطلاعات دریافتی را به زبان فازی نوشته و به سیستم فازی که دو ورودی برای آن لحاظ شده است، می دهد شکل 1 بلوک دیاگرام این کنترل کننده را نشان می دهد.
×شکل:1 بلوک دیاگرام کنترل فازی
شکلهای 2 و 3، توابع عضویت کنترلکننده فازی پیشنهادی برای دو ورودی و خروجی که به صورت منفی بزرگ - nl - ، مثبت بزرگ - pl - ، مثبت متوسط - pm - ، مثبت کوچک - ps - ، صفر - z - ، منفی متوسط - nm - ، منفی کوچک - ns - و خروجی کنترلر - سیکل کاری - نیز به صورت خیلی کوچک - vs - ، کوچک متوسط - ms - ، زیر میانگین - bav - ، میانگین - av - ، بالای میانگین - aav - ، بزرگ متوسط - ml - و خیلی بزرگ - vl - نامگذاری شدهاند و جدول 1 قوانین فازی آن را نشان میدهد.
شکل :2 تابع عضویت برای ورودیهای P و D i
شکل :3 تابع عضویت برای خروجی D
جدول :1 قواعد بازی
3 شبیهسازی و ارائه نتایج
سیستم نشان داده شده در شکل مورد بررسی قرار میگیرد.
شکل :4 دیاگرام سیستم مورد مطالعه
لازم به ذکر است که به منظور حل بهینه معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم از روش حل انتگرالگیری ذوزنقهای با گام زمانی متغیر - به کمک - ODE45 با دقت 10-6 استفاده شده است.
کلیدزنی در مبدل سمت بار به گونهای انجام میگیرد که ولتاژ قرار گرفته در مبدل خروجی دارای مؤلفه اصلی 50 هرتز - فرکانس سیگنال کریر 50 هرتز - باشد. این پارامتر بسیار مهم بوده و عدم استفاده از آن در محاسبه صحیح آن ممکن است سبب ناپایداری کنترل کننده فازی به علت وجود انتگرالگیر در ورودی آن گردد. لازم به ذکر است که ضریب مدولاسیون مبدل نیز برابر 0/8 انتخاب میگردد.
L و C در مدار تقویت کننده مبدل Boost به ترتیب برابر با 0/1 میلی هانری و 1 میلی فاراد میباشند. کلیدزنی این مبدل توسط اعمال پالس با پهنای مناسب به کمک کنترل کننده فازی و اعمال آن به کلید نیمه هادی انجام میگیرد. لازم به ذکر است که در تنظیم پارامترهای L و C مبدل DC/DC باید مصالحهای بین سرعت تغییرات توان و میزان صافی و هموار بودن تغییرات توان ایجاد شود. به عبارت بهتر، خازن با ظرفیت کمتر موجب افزایش سرعت تغییرات و همچنین کاهش همواری سطح توان میگردد درحالی که سلف با خاصیت و اندوکتانس بیشتر موجب افزایش همواری جریان ولی در عوض کاهش سرعت تغییرات توان میشود.
