بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله دو کنترلکننده برای کنترل تقارن و سطح ولتاژ سه فاز سیستم پنل خورشیدی طراحیشده است. به دلیل ساختار پیچیده و چند متغییره سیستم پنل خورشیدی عملکرد کنترلکنندههای پیشنهادی در شرایط کاری مختلف مورد مقایسه قرار گرفته است. ابتدا از کنترلکننده PID برای کنترل سیستم چند متغییره استفاده شده است سپس برای بهبود عملکرد این کنترلکننده از الگوریتم بهینهسازی فاخته بهمنظور بهینهسازی ضرایب کنترلکننده استفاده شده است. در ادامه کنترلکننده پیشبین پیشنهاد میشود که با توجه به ساختاری این کنترلکننده عملکرد بهتری نسبت به کنترلکننده PID از خود نشان میدهد.
.1مقدمه:
سیستم های پنل خورشیدی به این صورت است که انرژی خورشید را دریافت میکند و آن را به الکتریسیته تبدیل میکنند که برای مصرفهای صنعتی، تجاری و مسکونی قابل استفاده باشد. سیستمهای فتوولتائیکمعمولاً شامل یک پنل و ماژولهای صفحات خورشیدی، اینورتر و گاهی اوقات یک باتری یا ردیاب خورشیدی و سیمکشی اتصالات نیز میباشد. پنل خورشیدی به یک مدول فتوولتائیک اطلاق میشود یا یک پنل آب گرم خورشیدی، یا به یک مجموعه از مدولهای PV خورشیدی که به لحاظ الکتریکی، روی یک ساختار تکیهگاهی نصب شدهاند.
در این مقاله کنترلکننده پیشبین برای کنترل سطح و تقارن ولتاژ سه فاز سیستم فتوولتائیک پیشنهاد شده است. کنترلکننده پیشنهادی برای سیستم چند متغییره فتوولتائیک طراحیشده است و در ادامه بهمنظور بررسی عملکرد سیستم، نتایج حاصل از کنترلکننده پیشنهادی با کنترلکننده PID بهینه مورد مقایسه قرارگرفته است بهگونهای که ضرایب کنترلکننده PID توسط الگوریتم فاخته بهینه شده است. در ادامه شبیهسازیهای در دو حالت مختلف به ازای تغییرات پارامتر Rd و C انجام شده است.هدف اصلی در شبیهسازیها رسیدن دو متغییر حالت V d و V q در کمترین زمان و کمترین نوسانات به مقدار 400 ولت می باشد که در ادامه با توجه به رفتاراین دو متغییر میتوان ولتاژ سه فاز با توجه به محور - a , b , c - را ایجاد نمود.لازم به ذکر است در مقالات سیستم مورد مطالعه به صورت تک وردی-تک خروجی و کاهش مرتبه یافته مورد بحت و شبیه سازی قرار گرفته است.
.2نحوهی کار سلول خورشیدی:
وقتی نور به پنل برخورد میکند، بخشی از آن منعکس، بخشی جذب و بخش دیگری از آن عبور میکند. قسمتی از نور که جذب شده میتواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. حال اگر میزان نور جذب شده خیلی کم باشد این نور فقط باعث گرما میشود و انرژی الکتریکی تولید نمیکند؛ اما نور با انرژی کافی میتواند الکترونها را از ساختار شبکه جدا کند، هر الکترون که جدا میشود یک الکترون آزاد و یک حفره به وجودمی آورد. الکترونهای آزاد و حفرهها میتوانند در ایجاد جریان نقش داشته باشند. مشخص است هر چه انرژی نور بیشتر باشد الکترون و حفرهی بیشتری آزاد میشود. اگرچه آزاد شدن الکترون و حفرهها با انرژی نور مهمترین قسمت از تولید انرژی الکتریکی توسط پنل است ولی این عمل برای تولید جریان الکتریکی کافی نیست، چون اگر مکانیزمی برای هدایت الکترونها و حفره وجود نداشته باشد بعد از مدتی الکترونها انرژی خود را از دست میدهند و به سر جای خود بر میگردند.
سلولهای خورشیدی دو مشکل مهم دارند؛ یکی بازدهی پایین تبدیل انرژی نور به الکتریسیته است و دیگری وابستگی میزان توان تولیدی این سلولها به شرایط محیطی - دما و سطح تابش - ، فرسودگی و میزان بار متصل به آن است.
در این مقاله از کنترلکننده پیشبین بهمنظور کنترل سیستم پیشنهاد میشود و سپس بهمنظور برسی و مقایسه عملکرد کنترلکننده پیشنهادی نتایج شبیهسازی با کنترلکننده PID نیز مقایسه شده است.
.3مروری بر کنترل پیش بین:
در اغلب روشهای کنترل بهینه بر اساس مدل موجود از سیستم و با استفاده از معادلات دینامیکی سیستم، مقادیر سیگنال کنترل چنان محاسبه میشود که یک معیار عملکرد معین بهینه گردد. در این روش فرض بر آن است که معادلات دینامیک سیستم کاملاً معتبر و نامتغیر هست، بنابراین مقادیر کنترل برای کل بازه زمانی موردنظر بهیکباره به دست میآید. روشهایی که در آنها بر اساس معادلات دینامیک سیستم، متغیرهای کنترل بهینه به دست میآید، روشهای کنترل بهینه مبتنی بر مدل دینامیک نامیده میشود.
بر اساس این روشها خروجی سیستم با استفاده از معادلات دینامیک سیستم قبل از اعمال سیگنال کنترل، پیشبینیشده و بر اساس این پیشبینی سیگنالهای کنترل بهینه به دست میآید. در روشهای کنترل بهینه از مدل دینامیک سیستم برای به دست آوردن مقادیر بهینه متغیرها استفاده میشود
الگوریتم کنترل پیشبین مبتنی بر مدل نیز یکی از روشهای کنترل بهینه بر اساس مدل دینامیک سیستم هست. در این روش که به آن روش کنترل بهینه با افق محدود شده نیز گفته میشود، متغیرهای بهینه در هر گام با استفاده از نتایج بهدستآمده از مدل در زمانهای بعدی که به آن افق پیشبینی گفته میشود، بهدستآمده و به سیستم اعمال میشود ولی در گام بعدی برخلاف روشهای کنترل بهینه، این الگوریتم تکرار میشود. درعینحال این روش نسبت به روش کنترل بهینه با افق نامحدود دارای این مزیت میباشد که برخلاف روش کنترل بهینه با افق نامحدود که در آن اختلاف میان سیستم و مدل باعث تولید خطای زیادی میشود، به دلیل تکرار بهینهسازی متغیرهای کنترل در این روش، این خطا در صورت وجود تا حدی جبران میشود.
.4 معادلات حالت سیستم قدرت
منابع ولتاژ با مقدار L و منابع جریان با C بین دو محور کوپل شدهاند. جریان اندوکتانس فیلتر id ، ولتاژ بار V d و جریان بار i Ld بهعنوان متغییرهای حالت محور d در نظر گرفته میشود. برای محور q نیز همین پارامترها بهعنوان متغییرهای حالت سیستم در نظر گرفته شده است
