بخشی از مقاله
چکیده -
انرژی باد در حال تبدیل شدن به یک منبع انرژی بسیار مناسب برای جهان آینده می باشد. نگرانی در مورد افزایش اثرات گازهای گلخانه ای ، گازهای حاصل از نیروگاههای فسیلی و گازی و همچنین آینده نامشخص انرژی هسته ای، باعث می شود که منابع تجدید پذیر مانند باد یک جایگزین عملی خوب برای تولید انرژی الکتریکی در جهان باشند. برای استحصال حداکثر توان از باد در سیستم تبدیل انرژی بادی، به علت طبیعت غیرخطی این سیستم ،از یک استراتژی کنترل منطق فازی - - FLC برای انجام عملکردی آسان و کنترل شده سیستم انرژی تجدید پذیر سه فاز - - RES با ادغام شبکه - WECS - توسعهیافته استفاده شده است.
اینورتر به عنوان یک مبدل عمل میکند تا قدرت بهدستآمده از انرژی باد را به عنوان یک فیلتر برق فعال برای جبران تقاضای توان راکتیو و هارمونیک جریان بار را جبران کند . استراتژیهای کنترلی مطابق با بار نامتعادل 3 فاز چهار سیمه به عنوان یک سیستم بار خطی متوازن در شبکه ظاهر میشوند. استراتژی کنترل با استفاده از Simulink/ MATLAB شبیه سازی شده است, کنترلکننده پیشنهادی با کنترلر مبتنی بر PI مقایسه میشود و تایید میکند که FLC پیشنهادی با کاهش هارمونیکها کارایی بهتری را ارایه میدهد
-1 مقدمه
امروزه به علت کاهش منابع سوختهای فسیلی و افزایش آلودگی ناشی از آن، تمایل به استفاده از منابع غیرفسیلی و تجدیدپذیر جهت تولید الکتریسیته افزایش یافته است. منابع تجدیدپذیر مختلفی نظیر انرژی باد، خورشید، زمین گرمایی و... برای این منظور معرفی شده اند که در حال حاضر انرژی باد از سایر موارد بیشترین استفاده را دارد.پس از به وجود آمدن فکر استفاده از توربین های بادی جهت تولید الکتریسیته، مدلهای مختلفی پیشنهاد گردید که همچنان در حال تکامل و پیچیده تر شدن می باشند.
مدلهای ابتدایی قابلیت کنترل کمتری داشتند ولی با پیشرفت فناوری و به کاربردن روشهای جدید، این قابلیت افزایش یافت و برق تولیدی با کیفیت بیشتری ارائه شد .توربین های بکار رفته در نیروگاههای بادی در دو حالت، با سرعت متغیر و با سرعت ثابت مورد بهره برداری قرار می گیرند.[2] انرژی بادی به یکی از منابع مهم برای تولید برق در کشورهای مختلف تبدیل شده است .انتظار میرود انرژی بادی حدود 10% انرژی برق دنیا تا سال 2020 را تامین کند
-2 روش تهیه مقاله
علت هایی که باعث ایجاد جریان هارمونیک می شوند عبارتند از:
- مبدل های الکترونیک قدرت
- بار غیر خطی
مقدار قابلتوجهی از جریان هارمونیک توسط بار غیر خطی به سیستم برق تزریق میشود. بنابراین جریان هارمونیک در سیستم قدرت باعث انحراف ولتاژ میشود که باعث افزایش اتلاف خط میشود و ضریب قدرت را کاهش میدهد. هارمونیک فعلی در سیستم باعث گرمایش ترانسفورماتورها و کابلها شده و این ممکن است بهرهوری انرژی را کاهش داده و به تجهیزات الکترونیکی آسیب برساند. فیلتر LC یک روش سنتی برای کاهش هارمونیکها فعلی به دلیل سادگی و کاهش هزینه است. اما، به این دلیل که بالا بودن, نسبت سلف و خازن، یک نقطه ضعف می باشد. بنابراین در این مقاله برای حذف هارمونیک از شبکه قدرت، از مقایسه استراتژی کنترل PI و فازی استفاده می کنیم که ویژگیهای فیلترهای قدرت فعال برای اتصال به شبکه را نشان میدهد .از این استراتژی برای جبران عدم تعادل فعلی و در توان راکتیو استفاده شده و استراتژیهای کنترلی مطابق با بار نامتعادل 3 فاز شبکه توسط اینورتر مورد استفاده قرار می گیرد.
-3 یافته ها
-1-3معرفی و عملکرد سیستم
ساختار کلی سیستم کنترل WECS، شبکه ای از زیر سیستم ها بوده که دارای وظایف جداگانه و گاهی موازی هستند. شکل زیر به طور خلاصه، ساختار سیستم های کنترل را نشان می دهد.
عنصر کلیدی و بسیار مهم محسوب می شود و - - DG به عنوان رابط بین کنترلر PI و کنترل منطق فازی است
شکل :2 شماتیک سیستم تولید توزیعشده مبتنی بر - WECS - همراه با اینورتر
سبک - Style - عنوان هر بخش و عناوین دو زیر بخش همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اینورتر 3 فاز 4 سیم در این مقاله برای اتصال WECS به شبکه استفاده می شود. سیستم پیشنهادی قبل از اتصال به شبکه، شامل یک دیود است که به دنبال مبدل تقویت کننده است. توربین بادی سرعت متغیر معمولا غیر خطی هستند. بنابراین، قدرت حاصل از WECS باید قبل از وصل شدن به DC-link، صاف شود. خازن متصل شده است تا WECS را از شبکه جدا کند وتا کنترل مستقل در هر دو طرف انجام شود.
سیستم WECS شامل توربین بادی و مولد همزمان ژنراتور مبتنی بر مغناطیسی دائمی - PMSG - می باشد. توربین بادی گشتاور تولید می کند که به وسیله PMSG تبدیل به برق می شود. معادله قدرت و گشتاور WECS با معادله زیر تعیین میشود:
شکل -1 ساختار کلی سیستم کنترلWECS - 1 -
سیستم پیشنهادی شامل سیستم تبدیل انرژی باد با اتصال DC و شبکه از طریق اینورتر است . اینورتر منبع ولتاژ - - VSI که در آن :
: Pm توان مکانیکی روتور : - m/s - V سرعت باد
: - m - A2 سطح جاروب پره ی +توربین
: - kg/m - P 3 چگالی هوا : Cp ضریب توان توربین
-3-2 استراتژی سیستم کنترل :
شکل زیر نمودار کنترل از شبکه به هم پیوسته یک سیستم 3 فاز، 4 سیم را نشان می دهد. جریان خنثی بار با استفاده از چهارمین ساق اینورتر تثبیت میشود . هدف اصلی توپولوژی پیشنهادی تثبیت قدرت منتقلشده به شبکه است . اینورتر با کاهش هارمونیک ها و جریان خنثی، توان فعال بنیادی را به شبکه فراهم می کند
این استراتژی کنترل برای ایجاد نسبت وظیفه برای اینورتر با استفاده از توان تزریقشده و ولتاژ DC به عنوان پارامتر ورودی استفاده میشود . ولتاژ DC-link اطلاعات مربوط به توان تزریق شده را از شبکه WECS فراهم می کند. ضریب مولفه فعلی - Im - با بردار شبکه واحد Uc - ، Ub، - Ua به مقایسه بین کنترل کننده PI و کنترل مبتنی بر منطق فازی . جریانها و ولتاژهای شبکه مرجع میتوانند به صورت زیر تعریف شوند :
تحلیل فوق به کنترلر به منظور بدست آوردن پالسهای سوییچینگ برای درایورهای گیت برای معکوس کنندههای واسط شبکه داده میشود.
-3-3 کنترل کننده PI
در روش کنترلر PI، ولتاژ مرجع و ولتاژ DC در طول مبدل برای ایجاد یک سیگنال خطا مورد تحلیل قرار می گیرند . سپس سیگنال خطای بدست آمده به کنترلر PI وارد ، تا سیگنال خروجی را تولید کند.
سیگنال خروجی بدست آمده به ژنراتور PWM ارسال و در آن با سیگنال با موج سه گوشه ای مقایسه می شود تا پالس ها را به صورت منظم اجرا کند، که سوئیچ اینورتر آن را کنترل می کند به گونه ای که DC-link در تغییرات سریع سرعت بالا ثابت نگه داشته می شود.
