بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اینکه در ریزشبکهها1 ناپایداری ولتاژ زودتر از ناپایداری2 فرکانس رخ میدهد، لذا وجود یک کنترل کننده محلی قوی برای پایداری ولتاژ در ریزشبکه ضروری است. در این مقاله یک استراتژی کنترلی جدید با استفاده از ذخیرهسازها3 - باتریهای لیتیوم یونی - 4 برای پایداری ولتاژ ریزشبکه ارائه شده است.
با توجه به ویژگی خاص باتریهای لیتیوم یونی که در حالت شارژ شدنشان سطح ولتاژ آنها بالا رفته و درمواقع دشارژ باتری سطح ولتاژ باتری پایین میآید میتوان از این ویژگی برای تثبیت ولتاژ استفاده نمود. با قرار گرفتن باتریها درکنار سلولهای خورشیدی و اتصال آنها به باس DC در حالتی که سطح ولتاژ ریزشبکه از حد مجاز بالا و یا پایین بیاید، باتریها وارد مدار شده و با شارژ و دشارژ شدن سطح ولتاژ را کنترل میکنند.
-1 مقدمه
سیستمهای ذخیرهساز انرژی جهت پشتیبانی از انرژی الکتریکی و افزایش قابلیت اطمینان 5 شبکه مورداستفاده قرار گرفته و باعث بهبود مدیریت انرژی6 و افزایش سودآوری میشود . بدلیل طبیعت نوسانی منابع انرژیهای تجدیدپذیر در سالهای اخیر سیستم ذخیرهسازی انرژی مرکز ذخیره و توزیع انرژیهای تجدیدپذیر7 مانند بادی و خورشیدی عمل کنند. این سیستمها در ریزشبکهها و شبکههای هوشمند8 بسیار به فرایند بهینه سازی در این نوع شبکهها کمک میکنند .[1] در این موارد تکنولوژیهایی مانند خازنها، فلایویلها9، وسایل ذخیرهسازی مغناطیسی ابررسانا10 برای افزایش قابلیت اطمینان در کسری از ثانیه بکار گرفته میشوند.
ازجمله مهمترین سیستمهای ذخیرهساز انرژی الکتریکی میتوان به باتریها اشاره کرد. باتریها توسط یک منبع انرژی اولیه الکتریکی شارژ شده - انرژی الکتریکی را بهصورت شیمیایی در خود ذخیره میکنند - و در هنگام نیاز انرژی ذخیرهشده - انرژی شیمیایی خود را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند - را به بار تحویل میدهند.
باتریهای قابل شارژ را میتوان به دودسته کلی اسیدی و بازی تقسیمبندی نمود که هرکدام بر اساس جنس الکترودهای مثبت و منفی به انواع گوناگون دیگری تقسیمبندی میشوند. برای کاربردهای صنعتی ساکن در اکثر موارد از باتریهای نیکل-کادمیوم - بازی - و برای کاربردهایکه در آن لرزش وجود دارد معمولاً از باتری سرب - اسید استفاده میشود.
قیمت باتریهای نیکل کادمیومحدوداً بین 2 تا 5 برابر گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. امروزه استفاده از باتریها - بهویژه نیکل کادمیوم - همراه با سیستمهای تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی و بادی بسیار رایج شده و مشکل نوسانی بودن این منابع را تا حدودی مرتفع ساخته است.
از ویژگی خاص باتریهای لیتیوم یونی این است که در حالت شارژ شدنشان سطح ولتاژ آنها بالا رفته و درمواقع دشارژ باتری سطح ولتاژ باتری پایین میآید. شکل - - 1 نمودار شارژ و دشارژ یک باتری لیتیوم یونی را نشان میدهد .[2] با توجه به این مطلب، یک طرح کنترلی بوسیله ذخیرهسازها برای پایداری ولتاژ در این مقاله ارائه شده است.
شکل : - 1 - نمودار شارژ و دشارژ یک باتری لیتیوم یونی
با قرار گرفتن باتریها درکنار سلولهای خورشیدی و اتصال آنها به باس DC در حالتی که سطح ولتاژ ریزشبکه از حد مجاز بالا و یا پایین بیاید، باتریها وارد مدار شده و با شارژ و دشارژ شدن سطح ولتاژ را کنترل میکنند.
در ادامه در قسمت 2 به پایداری ریزشبکه پرداخته میشود. روش پیشنهادی در قسمت 3 ارائه شده است. در قسمت 4 شبکه تست مورد مطالعه معرفی شده و در قسمت 5 نتایج شبیهسازی نشان داده شده است، سرانجام در قسمت 6 نتیجهگیری ارائه شده است.
-2پایداری ریزشبکه
امروزه مسایل پایداری در یک ریزشبکه شناخته شده و توسط محققان متعددی طی سالهای اخیر با تمرکز بر جنبه های خاص مورد بحث قرار گرفته است. بسته به نوع ریزشبکه، توپولوژی کنترل، پارامترهای شبکه، نوع ریز منابع و ... این جنبه ها بویژه نوع پایداری ریزشبکه متفاوت می شوند. با افزایش بکارگیری مبدل منبع ولتاژ - VSC - در ریزشبکهها، پایداری ریزشبکه بیشتر به توپولوژی کنترل VSC ها بستگی خواهد داشت. اما سایر ریز منابع، ذخیره سازها، حفاظت، جبرانسازی و غیره نقش قابل توجهی در پایداری سیستم دارند.
در مرجع [3] یک کنترلکننده برای بهبود عملکرد دینامیکی شبکه AC شامل اینورترهای تکفاز ارائه شده است. یک استراتژی کنترل غیر متمرکز ریزمنابع برای پایدارسازی ریزشبکهها مبتنی بر VSC در [4] مطرح شده است. در [5] عملکرد دینامیکی ریزشبکه با استفاده از یک ژنراتور دوسو تغذیه بادی بهبود یافته است.
-3روش کنترل پیشنهادی
در این مقاله از باتری لیتویم یونی استفاده شده است. ظرفیت این نوع باتری 200 آمپر ساعت است. سیستم شبیهسازی باتری لیتیوم یونی در شکل - 2 - نشان دادهشده است.
شکل : - 2 - شبیهسازی سیستم باتری
کلید S7 کلیدی است که برای حفاظت باتری تعبیهشده است . زمانی که ولتاژ خروجی مبدل باک بیشتر از 220 ولت باشد و ظرفیت باتری بیش از 90 درصد پر باشد این کلید فعالشده و باتری را از مدار خارج میکند.
برای اینکه بتوان انرژی مازاد سیستم خورشیدی را در یک باتری ذخیره کرد نیاز است که باتری با استفاده از سیستم کنترلی به موقع وارد مدار شود و یا بهموقع از مدار خارج شود. شکل کنترلی سیستم خورشیدی- باتری در شکل - 3 - نشان داده شده است.
با تعیین سطح ولتاژ و همچنین میزان ظرفیت باتری و ولتاژ خروجی باتری میتوان شارژ و دشارژ شدن باتری در شبکه را کنترل کرد. این سیستم به این صورت عمل میکند که زمانی که باتری SOC1 مناسبی داشته باشد و خروجی سیستم نیز از 220 ولت باشد کلیدها فعالشده و در حالت شارژ قرار میگیرد. زمانی که ولتاژ خروجی باتری توان دشارژ داشته باشد و ولتاژ خروجی سیستم خورشیدی از 220 ولت کمتر باشد. انرژی آن تخلیهشده و کمک به حفظ ولتاژ در مقدار 220 ولت میکند.
