بخشی از مقاله
چکیده
نقطه ماکزیمم توان در پانل هاي فتوولتائیک تابعی از تابش خورشید و دماي محیط است. به منظور جذب حداکثر قدرت، ردیاب نقطه حداکثر توان - MPPT - مورد نیاز است. در این مقاله کنترل سرعت موتور DC تحریک مستقل با استفاده از راهکار ردیابی نقطه حداکثر توان - MPPT - که براي مبدل Sepic DC-DC به کار برده شده است، مورد بررسی قرار میگیرد.
سیستم فتوولتائیک بعنوان منبع انرژي به کار میرود. MPPT با استفاده از الگوریتم مشاهده و اختلال - P&O - با گام متغیر انجام میگیرد. راهکار کنترلی براي سطوح تابش متفاوت بکار برده میشود.
در این مقاله سعی بر آن است که در مبدل Sepic، روش کنترلی اختلال و مشاهده با گام متغیر اعمال گردد به طوري که در مقایسه با روش اختلال و مشا هده مرسوم هم سرعت همگرایی را افزای ش دهد و هم نوسانات حالت ماندگار را کاهش دهد. همچنین زمانی که از این سیستم براي تغذیه موتور DC تحریک مستقل استفاده گردد، نوسانات سرعت در حالت ماندگار را کاهش میدهد. نتایج شبیهسازي با استفاده از نرمافزار متلب ارائه شده است.
.1 مقدمه
با ادامهي رشد مداوم تقاضاي انرژي ، بهرهبرداري از منابع معمولی انرژي - غیراتمی - در حال افزایش است. استفادهي بیرویه از این منابع منجر به آلودگیهاي زیست محیطی فراوان گشته است . از این رو تولید انرژي از طریق منابع انرژي تجدیدپذیر در حال رشد و بهرهبرداري است. بهرهبرداري از انرژيهایی مانند انرژي خورشیدي، جزرو مد، باد، زمین گرمایی و ..... در حال رشد است. سیستم انرژي خورشیدي فواید زیادي از جمله: نداشتن بخش مکانیکی متحرك، نیاز به تجهیزات کمتر، دسترسی راحتتر به انرژي خورشیدي و نامحدود بودن آن دارد . این سیستمها در موارد بسیاري مانند شارژ کردن باتري، سیستم نیروي ماهوارهاي،پمپاژ آبسایرو فعالیتها کاربرد دارند.
مشکل اصلی سلول PV این است که تولید توان به تابش و دماي محیط بستگی دارد و با تغییر شرایط محیطی توانهاي متفاوتی تولید مینماید. بنابراین ردیا بی نقطه ماکزیمم توان بخش کلیدي سیستم PV است که حصول حداکثر توان را براي شرایط محیطی داده شده تضمین میکند.
شیوههاي زیادي براي یافتن حداکثر توان سیستم فتوولتائیک ارائه شده-اند. روش اختلال و مشاهده[7-9]، روش کندوکتانس افزایشی[10,11,12]، روش مدار باز[13-17]، روش اتصال کوتاه[18,19]، شبکههاي عصبی[20]، روش فازي[21] و الگوریتم ژنتیک[22] نمونههاي از روشهاي موجود هستند.
در این مقاله اندازه گام براساس عملکرد در اطراف نقطه ماکزیمم توان کار میکند. در منحنی ولتاژ-توان براي افزایش سرعت ردیابی باید اندازه گام بزرگ باشد و وقتی اطراف نقطه ماکزیمم توان هستیم باید اندازه گام کوچک باشد تا نوسانات حالت ماندگار کاهش یابد. تفاوت این روش با روش اختلال و مشاهده مرسوم تنها تصمیم گیري در انتخاب اندازه گام است. در این روش اندازه گام برابر تغییرات توان نسبت به تغییرات ولتاژ است . در نقاط دور از
نقطه بهینه اندازه گام زیاد است زیرا شیب منحنی توان ولتاژ زیاد است، اما در اطراف نقطه بهینه شیب منحنی کم است و در نتیجه اندازه گام نیز کاهش مییابد. این مقاله تاثیر روش کنترل ردیابی ماکزیمم توان را روي موتور DC تحریک مستقل بررسی میکند. در واقع روش اختلال و مشاهده با گام متغیر باعث میشود موتور زودتر به حالت ماندگار برسد و همچنین نوسانات سرعت در حالت ماندگار کاهش یابد.
ساختار مقاله به شرح زیر است: بخش دوم مربوط به پیکربندي سیستم موردنظر میباشد. در بخش سوم روش اختلال و مشاهده با گام متغیر توضیح داده شده است و بخش چهارم مربوط به نتایج شبیه سازي است. بخش آخر مربوط به نتیجهگیري میباشد.
.2 پیکربندي سیستم
در این بخش مدلسازي سیستم فتوولتائیک و مبدل SEPIC و مدلسازي موتورDC توضیح داده خواهد شد. شکل 1 بلوك دیاگرام سیستم مورد استفاده در این مقاله را نشان میدهد . در شکل 1 مبدل SEPIC بعنوان کانورتر توان مورد استفاده قرار میگیرد.
جریان شدت تابش ، که عمدتا به تابش خورشیدي دریافت شده از طریق هر سلول PV و دماي کاري آن بستگی دارد که به این صورت توصیف شده است.
جدول:1 پارامترهاي مربوط به سیستم فتوولتائیک
شکل :1 پیکربندي سیستم
2,1 مدلسازي سیستم فتوولتائیک
سیستم فتوولتائیک ژنراتور PV داراي تعداد ماژول هاي فتوولتائیک زیادي است که بطور مناسب به صورت موازي و سري بهم متصل شده تا ولتاژ دلخواه و جریان موردنیاز را فراهم کنند. خصوصیات ویژهي ژنراتور PV در کل به تعداد ماژول هاي متصل شده به صورت سري - ns - و موازي - np - بست گی دارد، که بر طبق نوع ماژول خورشیدي استفاده شده، و تابش خورشیدي موردانتظار و دماي اشباع شده مکانی که ژنراتور PV استفاده می شود، انتخاب می شوند. جریان برابر براي هر ماژول خورشیدي، به صورت درونی در سلول هاي سري NS و موازي NP تنظیم می شود که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل :2 جریان برابر ژنراتور PV
2,2 مبدل SEPIC
یکی از مبدلهاي DC-DC که به خاطر مزایاي برتر آن، آخیرا مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، مبدل SEPIC است. ساختار پایه این مبدل در شکل 3 نشان داده شده است. مبدل SEPIC از 2 عدد سلف و 2 عدد خازن و یک کلید نیمه هادي و یک دیود قدرت تشکیل شده است.
شکل:3 مدار یک مبدل SEPIC
مدهاي عملکردي:
مبدل SEPIC داراي دو حالت مختلف عملکردي است که در زیر توضیح داده شدهاند:
مد اول: در این مد کلید روشن و دیود D خاموش است. مدار معادل در شکل 4 نشان داده شده است. در طی این مدت، جریان سلفهاي L1 و L2 افزایش مییابد. این حالت، حالت شارژ است.
شکل:4 مدار یک مبدل SEPIC هنگامی که کلید روشن است
مد دوم: هنگامی شروع میشود که کلید خاموش و دیود D روشن است. مدار معادل در شکل 5 نشان داده شده است. این مرحله یا نحوه عمل به عنوان مد تخلیه شناخته شده است. زیرا تمام انرژي ذخیره شده در L2 در حال به بار R و تمام انرژي ذخیره شده در L2 در حال به بار C2 منتقل شده است.
در این بخش، معادلات اصلی موتور DC تحریک مستقل توصیف می شوند. رابطه هاي اصلی به صورت زیر هستند:
در معادله هاي بالا Ra، La،Ke، Va و ia به ترتیب مقاومت آرمیچر، سلف آرمیچر، ضریب ثابت، ولتاژ آرمیچر و جریان آرمیچر هستند.
3. الگوریتم اختلال و مشاهده با گام متغیر
روش اختلال و مشاهده P&O به صورت دورهاي و با در نظر گرفتن اختلال براي ولتاژ V و مشاهده P=V*i عمل می کند. هدف ردیابی نقطه ماکزیمم با در نظرگرفتن منحنی P-V، است. این الگوریتم در هر لحظه ي Z متغیرهاي i - z - و v - z - را اندازهگیري میکند و p - z - را محاسبه می کند، سپس با توان محاسبه شده در لحظه - z-1 - ، p - z-1 - ، مقایسه می شود. اگر اختلاف توان مثبت باشد توان را افزایش میدهیم اما اگر توان کاهش یابد ولتاژ را نیز کاهش میدهیم. اگر مقدار اختلال در ولتاژ بزرگ باشد سرعت همگرایی بیشتر است اما نوسانات را در حالت ماندگار افزایش میدهد که این خود باعث کاهش راندمان می شود. اگر اختلال در ولتاژ کم باشد سرعت همگرایی کاهش مییابد اما نوسانات را در حالت ماندگار کاهش میدهد. الگوریتم مربوط به روش اختلال و مشاهده در شکل 6 نشان داده شده است.
شکل:5 مدار یک مبدل SEPIC هنگامی که کلید خاموش است
شکل:6 الگوریتم روش اختلال و مشاهده P&O
