بخشی از مقاله
چکیده _ تقسیم جریان در میان منابع انرژی تجدید پذیر مانند آرایه¬های فتوولتائیک با مبدل رابطهای مختلف باید نسبت به ظرفیت مبدل آنها تعیین شود. بهمنظور کنترل مبدل در شرایط ایده آل، یک استراتژی بهبودیافته برای افزایش دقت تقسیم توان بار بین دو واحد فتوولتائیک با اتصال موازی در یک ریز شبکه DC بر مبنای کنترل افت در این مقاله ارائه شده است. از دو جبرانکننده شامل کنترل متوسط ولتاژ خروجی DC و کنترل متوسط جریان خروجی DC در مبدلهای مجاور برای بازیابی ولتاژ و تقسیم توان بار استفاده شده است. بهمنظور بررسی عملکرد روش پیشنهادی در یک نمونه ریز شبکه DC، شامل دو واحد فتوولتائیک با مبدل بوست در نرمافزار شبیهسازیشده است.
.1 مقدمه
امروزه، توسعه و استفاده از انرژی سبز به یک نگرانی مهم تبدیل شده است .[1] بهمنظور دستیابی به مدیریت انرژی هماهنگ از انواع مختلف انرژی سبز در مقیاس یک ریز شبکه ارائه میشوند که در حال حاضر افزایش قابلتوجهی دارند .[2] بیشتر ریز شبکهها به خطوط توزیع AC وصل میشوند که همان سیستمهای قدرت معمولی میباشند. ریز شبکهها را میتوان ازنظر ساختاری و عملکردی تقسیمبندی کرد. طبق تقسیمبندی ساختاری، ریز شبکه به سه دستهی ریز شبکه AC، ریز شبکه DC و ریز شبکه ترکیبی AC-DC، تقسیمبندی میشود .[3-4]
از سوی دیگر میتوان ریز شبکه را طبق حالت عملکردی نیز به سه زیرگروه متصل به شبکه، جدا از شبکه و حالت گذرای بین این دو وضعیت، تقسیمبندی کرد .[5] در سالهای اخیر نیز LED ها بهعنوان یک گزینه ایده آل برای روشنایی با راندمان بالا مطرح شدهاند. LED ها با ولتاژ DC کار میکنند. این عوامل سبب شده است تا در بعضی مراجع به امکان استفاده از ریز شبکههای DC و یا حتی ترکیبی از ریز شبکه DC و AC پرداخته شود.
ریز شبکههای DC کنترل ثانویهی توزیعشده برای واحدهای فتوولتائیک در ریز شبکههای DC بر اساس کنترل افتی در حالت جزیرهای مزایایی ازجمله عدم نیاز به وجود تجهیزاتی چون مبدل و ترانسفورماتور - برای داشتن سطح ولتاژ مختلف - ، سهولت تعدیل نوسانات تولید در منابع تجدید پذیر بهوسیله سیستمهای ذخیرهساز چون باتری، عدم برخورد با مشکلات کیفیت توان و عدم تعادلی ولتاژ و بهرهوری بالاتر از شبکههای AC را در پی دارد.
بنابراین با در نظر گرفتن این مطلب که غالب منابع انرژی الکتریکی تجدید پذیر مانند آرایه فتوولتائیک، پیل سوختی و باتریها جریان مستقیم تولید میکنند و تجهیزات الکترونیکی و کنترلی مانند درایوهای موتورهای القائی، کامپیوترها و تجهیزات مخابراتی، نیاز به ولتاژ DC برای کار دارند، پژوهشگران استفاده از ریز شبکههای DC را برای افزایش بازدهی سیستم پیشنهاد میکنند .[6-8]
مزایای بسیار زیاد ریز شبکههای DC مانند عدم نیاز به همزمانسازی منابع، کمتر بودن تلفات نسبت به سیستمهای AC، فقدان توان راکتیو و اثر پوستی در شبکه DC، افزایش ظرفیت خط انتقال، کنترل سادهتر سیستمهای DC نسبت به سیستمهای AC و ... باعث می-شود که این نوع از سیستمها برای محققین بسیار جذاب باشند. در »شکل «1 ساختار یک ریز شبکه نمونه DC نشان دادهشده است.
با توجه به این واقعیت که واحدهای تولید پراکنده در ریز شبکههای DC به صورت موازی به یک باس DC مشترک متصل میشوند، تقسیم جریان بار در میان واحدهای تولید توان به یک مسئله اصلی تبدیل شده است. اگرچه کنترل افت بهطور گستردهای بهعنوان یک روش غیرمتمرکز برای به اشتراکگذاری توان بار در سطح کنترل اولبه بهکاربرده میشود، اما باید به محدودیتهای آن توجه کرد. با توجه به اثر افت ولتاژ ایجادشده توسط مقاومت خط، تقسیم جریان بهدرستی انجام نمیگیرد. علاوه بر مشکل تقسیم جریان در یک ریز شبکه DC، کنترل افت با کاهش ولتاژ خروجی DC باعث انحراف ولتاژ میشود.
بنابراین با توجه به محدودیتهای روش کنترل افتی و حالتهای کاری ریز شبکههای DC، این مقاله یک استراتژی کنترل ثانویهی توزیع شده برای افزایش دقت تقسیم توان بار بین دو واحد فتوولتاییک با اتصال موازی در یک ریز شبکه DC بر مبنای کنترل افت را پیشنهاد میدهد. در این مقاله روش کنترل جریان و ولتاژ متوسط بر اساس دادههای انتقالی بین منابع توسط خطوط ارتباطی با پهنای باند کم، پیادهسازی شده است. این روش تقسیم جریان مساوی و بازیابی ولتاژ بین واحدهای فتوولتائیک را به دنبال خواهد داشت؛ بنابراین با اعمال روش پیشنهادی، محدودیتهای کنترل اولیه - کنترل افت - پوشش داده می¬شود.
.2 محدودیتهای روش کنترل افت در ریز شبکههای DC
بهطورکلی، روش کنترل افت معمول در یک ریز شبکه DC جریان خروجی مبدل را از ولتاژ مرجع کسر میکند. اولین محدودیت از روش کنترل افت معمولی، تقسیم جریان به درستی انجام نمیگیرد؛ و به دلیل افت ولتاژ اضافی در مقاومت خط، مبدل نمیتواند دقاًی همان ولتاژ خروجی را مهیا کند و بنابراین دقت تقسیم جریان بار کاهش مییابد. دوم، با توجه به عمل افت، انحراف ولتاژ به وجود میآید. این دو عیب، از روش کنترل افت معمولی میباشند.
لازم به ذکر است، اگر مقیاس ریز شبکه DC کوچک باشد، امپدانس خط را میتوان نادیده گرفت. ولتاژهای باس تقرباًی برابر هستند و توزیع توان بار را میتوان بهدرستی به دست آورد؛ بااینحال، اگر مقیاس ریز شبکه DC افزایش یابد، تأثیر امپدانس خط باید در نظر گرفته شود. در این مورد، باید دقت تقسیم توان بار بین منابع مختلف با دقت بیشتری همراه باشد.
.2,1 کنترل اولیه - کنترل افت - در ریز شبکههای DC
این سادهترین روش برای پیادهسازی کنترل افتی است. در سیستمهای حقیقی که چندین منبع و بار وجود دارد و امپدانس بین منابع و بارها قابلچشمپوشی نیست، این روش کارایی لازم در تقسیم توان بین منابع را ندارد. در »شکل «3 میزان تنظیم ولتاژ و خطای تقسیم جریان در یک ریز شبکه نمونه که شامل دو منبع پراکنده است، نشان داده شده است .[10]
.3 اصول کار روش پیشنهادی
بهمنظور حل مشکلات روش کنترل افت معمولی، از یک روش کنترل افت بهبودیافته بر اساس خطوط ارتباطی با پهنای باند کم استفادهشده است. پیکربندی دقیق از روش کنترل پیشنهادی در »شکل «4 نشان داده شده است. در این روش، تقسیم جریان بار با استفاده از کنترل افت سنتی انجام میگیرد. سپس با استفاده از خطوط ارتباطی ولتاژ و جریان خروجی DC در دو طرف، از مبدل به مبدلهای دیگر منتقل میشود. در هر یک از سیستمهای کنترل محلی برای از بین بردن خطا، ولتاژ متوسط و جریان متوسط از کنترلکنندههای انتگرال گیر-تناسبی - PI - استفادهشده است.
برای هر کنترلکننده، ولتاژ متوسط با مقدار ولتاژ مرجع مقایسه میشود تا مقدار ولتاژ متوسط DC کنترل شود. درنتیجه، هر ولتاژ خروجی را میتوان به مقدار مرجع دوباره بازیابی کرد؛ و برای جریان نیز همچنین، مقدار مرجع برای هر کنترلکننده جریان متوسط idc1 / k1 یا idc2 / k2 ایجاد میشود. در این سیستم ضرایب k1 و k2 نسبت تقسیم جریان بین منابع پراکنده را تعیین میکنند، بنابراین دقت تقسیم جریان بالا میرود. لازم به ذکراست که در این روش خط ارتباطی تنها برای ارسال و دریافت اطلاعات بین منابع استفاده میشود. بنابراین درصورتیکه این خط ارتباطی دچار مشکل شود، ناپایداری سیستم را تهدید نمیکند.
