کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر –  ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مسایل مرتبط با کیفیت توان در یک میکروگرید مستقل مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر

چکیده

این مقاله ارائه دهنده چندین مبحث مرتبط با کیفیت توان در یک میکروگرید / ریز شبکه جزیره ای، در ارتباط با فرایند تنظیم فرکانس می باشد. بر این اساس، نوعی تکنیک کنترل فرکانس بار اعمال شده است که مشتمل بر یک ابزار خاص، تحت عنوان بار تخلیه / بار دامپ (DL) می باشد که قابلیت حاصل آوردن توان اضافی از مولدها، و تغییر آن به حرارت از طریق یک ابزار الکترونیک قدرت را دارد. این مقاله اقدام به مقایسه توپولوژی های DL بیشتری از نقطه نظر کیفیت توان نموده و بر این مبنا یک پیکربندی DL جدید را پیشنهاد می نماید. نتایج شبیه سازی و تجربی معرف تاثیرگذاری این راه حل می باشند.

کلمات کلیدی: میکرو گرید، کیفیت قدرت، بار دامپ، کنترل فرکانس                                                                                    

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

۱- مقدمه

میکروگریدها یا ریز شبکه ها حاصل آمده به وسیله منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) به طور فزاینده ای به واسطه تاثیر محیطی اندک آنها، در ارتباط با نیروگاه های کلاسیک قدرت، مورد بررسی قرار گرفته اند. اتصال واحدهای تولیدی کوچک (متشکل از ده ها کیلووات) به شبکه های فشار ضعیف ظاهراً به عنوان یک راه حل مطمئن و پایا به شمار می آید. یک میکروگرید را می توان به عنوان یک شبکه دارای ولتاژ پایین / کم فشار تلقی نمود که از بارهای خاص خود و همچنین سیستم های تولید مدولار کوچک متصل به خود برخوردار می باشد که قابلیت تولید نیرو و در برخی از مواقع حرارت (حرارت و نیروی ترکیبی / یا قابلیت تولید همزمان برق و گرما – CHP) برای بارهای محلی را خواهد داشت. یک میکروگرید یا ریز شبکه جزیره ای می بایست دارای منابع خاص خود جهت حفظ کیفیت توان باشد، که عمدتاً شامل مقادیر اسمی ولتاژ و فرکانس است. گوناگونی های ولتاژ منوط به توان راکتیو سیستم می باشد، در حالی که فرکانس، وابسته به بالانس توان فعال سیستم است. کنترل ولتاژ را می توان از طریق کنترل میدان تحریک مولد سنگرون (SG) [1-4] یا از طریق مبدل های الکترونیک قدرت [۵-۷] حاصل آورد.

از بالانس توان اکتیو می بایست در هر لحظه اطمینان داشت تا قابلیت حفظ ثبات فرکانس سیستم وجود داشته باشد. از آن جایی که بارها به صورت تصادفی متغیر هستند، یک تکنیک کنترل بار – فرکانس (LFC) را می بایست اعمال نمود. در سیستم های دارای توان بالا / قوی، LFC از طریق کنترل قدرت مکانیکی محرک های اصلی مولدها حاصل می شود.

برای میکروگریدهای جزیره ای توان پایین که به وسیله RES حاصل شده اند، LFC با پایاترین و کارامدترین هزینه از طریق کاربرد کنترلر بار الکترونیک، بدون هیچ گونه کنترل بر روی طرف مکانیکی مولدها، حاصل می آید. این روش شامل به کارگیری یک ابزار اضافه ای می باشد که قابلیت جذب توان اضافه از مولدها را داشته و در عین حال از قابلیت تبدیل این نیرو به دیگر شکل های انرژی نیز برخوردار می باشد [۵-۳، ۱۱-۸]. این انرژی را می توان ذخیره ساخت و در زمان هایی که با کمبود انرژی مواجه هستیم مورد استفاده قرار داد. بعلاوه قابلیت تبدیل آن به گرما در یک سیستم CHP، با استفاده از بار تخلیه (DL)، وجود دارد. کنترلر فرکانس مبتنی بر DL قابلیت فراهم آوردن تنظیم فرکانس را صرفاً به هنگامی خواهد داشت که نیروی تولیدی بزرگتر از مقدار نیروی مصرف شده باشد. مبدل قدرت بین خطوط میکروگرید و جزء اتلافی (مقاومت توان) سبب ایجاد تفاوت در بین انواع مختلف DLها می شود.

این مقاله ارائه دهنده توپولوژی های DL بیشتر می باشد و در این راستا معرف ویژگی های مربوط به کیفیت توان آنها است. توپولوژی های مرتبط با DLها از نقطه نظر سیر تاریخی به وسیله نویسندگان در مراجع [۹، ۱۰] مورد بررسی قرار گرفته اند، که نقطه آغازین این مطالعه از ساختار DL می باشد که در مرجع [۱۱] ارائه شده است. این ویژگی ها تا زمانی که کیفیت توان مناسب حاصل شود ارتقا می یابند. تفاوت های بین انواع DL ها در ارتباط با هارمونیک های جریان مرتبه بالا، که در عملیات میکروگرید به وجود می آیند، می باشد.

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

۲- توپولوژی های DL

شکل ۱ نشان دهنده سه پیکربندی اصلی مطالعه شده DL می باشد. تفاوت هایی در ارتباط با مبدل الکترونیک قدرت بین مقدار مقاومت میکروگرید و فرایند دامپینگ / تخلیه وجود دارند.

این انرژی از AC به DC تبدیل شده و یک ترانزیستور قدرت، که در مود PWM حاصل آمده است، سبب تضمین جریان توان اکتیو به مقاومت خواهد شد. تکنیک کنترلی برای تمامی سه توپولوژی یکسان می باشد. فرکانس میکروگرید از طریق اندازه گیری ولتاژ خط مشخص شده و فرکانس حقیقی در مقایسه با مقدار اسمی ۵۰ هرتز تعیین می شود. یک کنترلر PI نیز اقدام به محاسبه خطا نموده و چرخه های کار شکل موج حاصله PWM را مشخص می سازد.

اولین DL که از یک توپولوژی یکسو کننده DC سه فاز کلاسیک حاصل آمده است، در شکل ۱- الف نشان داده شده است. یک فیلتر پایین گذر بر روی طرف DC پل یکسو کننده سبب تضمین یکنواختی ولتاژ  DC می شود. یک برشگر / چاپر DC بر مبنای یک ترانزیستور قدرت، اقدام به ارائه ولتاژ پالس های PWM بر روی مقاومت دامپینگ به منظور اصلاح توان اکتیو می نماید.

در پیکر بندی دوم، DL دارای یک فیلتر پایین گذر بر روی طرف AC می باشد، همانگونه که در شکل ۱ ب نشان داده شده است. فیلتر LC سبب تضمین میرایی هارمونیک های جریان مرتبه بالا ایجاد شده به وسیله سوییچینگ ترانزیستورهای DL می شود.

با تحلیل نقص های ارائه شده قبلی DLها، نویسندگان نوعی پیکربندی جدید را پیشنهاد نموده اند، که قابلیت ارتقای موقعیت در بسیاری از ویژگی ها را خواهد داشت. این پیکربندی ثالث DL در شکل ۱- ج ارائه شده است که دارای سه بازوی مجزا برای سه فاز می باشد. با این وجود، این مورد را می توان در یک سیستم چهار سیمه نیز به کار گرفت.

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

۳- نتایج شبیه سازی

مدل شبیه سازی شامل یک میکروگرید چهار سیمه سه فازه با یک SG kVA 6، همانگونه که در شکل ۴ نشان داده شده است، می باشد. محیط نرم افزار Matlab/Simulink جهت مدل سازی و شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفت. در طی حالت ثابت، آزمایشات SG در سطح ۹۰% قدرت اسمی اعمال شد. بار القایی مقاوم متوازن نیز به میزان ۳ kW/2 در هر فاز به کار گرفته شد. ولتاژ مربوطه از طریق جریان تحریک سیم پیچ میدان SG کنترل شده است. DL تقریباً در ۴۵% توان اسمی خود کار می کند، آن هم بر مبنای نیاز باری و توان موجود SG به گونه ای که فرکانس به صورت ثابت حفظ شود.

نتایج شبیه سازی در حالت ثابت و برآوردهای دینامیکی مشخص شده اند. شکل ۵ نشان دهنده جریان SG، در طی عملیات حالت ثابت می باشد. آنها عاری از هارمونیک و به صورت متوازن / بالانس می باشند.

ویژگی دیگر در ارتباط با کیفیت توان انحراف فرکانس در زمان اتصال ناگهانی بار می باشد. با بهره گیری یا کار به عنوان یک سیستم جزیره ای، DL به عنوان کنترولر اصلی به شمار می آید که فراهم آورنده  شرایط ضروری برای ثبات فرکانس می باشد. بنابراین، شبیه سازی بعدی در ارتباط با یک اتصال بار سه فاز ۱ kW در t= 1.5 s می باشد. شکل ۶ نشان دهنده فرکانس سیستمی و رفتار خروجی DL در اتصال بار است. انحراف فرکانس در حدود ۳۵/۰ هرتز مشخص می شود. به منظور مشخص سازی مجدد مقدار اسمی فرکانس، خروجی DL از تقریباً ۰٫۴۴ p.u.  به۰٫۳۴ p.u.  تقلیل می یابد. فرایند گذرا نیز در حدود یک ثانیه به طول می انجامد.

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

۴- نتایج تجربی

نتایج آزمایشی با توجه به پروتوتایپ مشخص در مقیاس آزمایشگاهی ارائه شد که شامل یک MG برمبنای یک ۴ kVA SG می باشد، همانگونه که در شکل ۷ نشان داده شده است. سیستم کنترل  و فرایند اکتساب داده ها نیز با استفاده از یک کارتDS1102 dSPACE™  انجام شد (TI DSP TMS320C31). این فرایند بر مبنای ویژگی کتابخانه های رابط dSPACE می باشد. نتایج در برنامه متلب از یک DSP زمان واقعی درج شده و در نهایت اطلاعات حاصله در شکلهای ۸ و ۹ نشان داده شده اند.

شکل ۷٫ مراحل آزمایشی

جریان های خط SG در طی حالت ثابت در شکل ۸ نشان داده شده اند. وجود هارمونیک های مرتبه بالا، که می توان در شکل موج های جریان های SG مشاهده نمود، به عنوان پیامد شکل موج ولتاژ فاز SG می باشد. آنها حاوی سومین، پنجمین، هفتمین  و  نهمین  مرتبه  هارمونیک  می باشند، و فیلتر LC مرتبط با DL نیز دارای رفتاری همانند یک فیلتر است که از یک امپدانس پایین برای این هارمونیک ها برخوردار می باشد. میزان هارمونیک های جریان را می توان به صورت الزامی با استفاده از یک فیلتر توان اکتیو (APF) کاهش داد. نویسندگان سعی در حل این مشکل در مطالعات آتی خواهند داشت.

در مرحله دوم، رفتار دینامیکی سیستم مورد آزمایش قرار می گیرد. نتایج در شکل ۹ ارائه شده اند. در t= 0.5 s، این بار به خطوط SG متصل می شود. به هنگامی که توان SG به صورت ثابت حفظ می گردد، اتصال بار اضافه بر روی بالانس قدرت تاثیرگذار خواهد بود و  بنابر این فرکانس کاهش می یابد. DL در نتیجه فعال شده و اقدام به کاهش توان خود نموده تا آنکه فرکانس به حد مقدار اسمی ۵۰ هرتز برسد.

کیفیت توان میکروگرید انرژی تجدیدپذیر

۵- نتیجه گیری

این مقاله برخی از ویژگی های کیفیت توان در یک میکروگرید مستقل که از یک بار تخلیه (DL) جهت اطمینان از ثبات فرکانس استفاده می نماید را نشان داده است. سه پیکر بندی DL از نقطه نظر محتوای هارمونیک های جریان مقایسه شده اند.

نویسندگان یک پیکر بندی DL جدید را پیشنهاد می نمایند که قابلیت ارتقای کیفیت توان از نقطه نظر ویژگی های متفاوت را خواهد داشت. بین کلیه مطالعات قبلی DL و موارد یافته شده در این مبحث، DL پیشنهادی در مقایسه با موارد دیگر دارای هارمونیک کمتری می باشد و علاوه بر این از احتمال ارتقای رفتار با یک ویژگی جبران غیر متوازن نیز برخوردار می باشد.

شبیه سازی ها و آزمایشات تکمیلی نشان دهنده رویکردهای عملی و کارایی راه حل پیشنهادی  می باشند.