کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک …

۳۴-۵–عوامل تعیین کننده دمای سلول
به طور کل، می توان عوامل تعیین کننده دمای سلول خورشیدی را به سه نوع عامل تقسیم نمود:
۱)تابش
۲)تلفات الکتریکی
۳)رسانش گرمایی و همرفتی
تابش نوعی انتقال انرژی است که این انتقال انرژی ازیک منبع انرژی (مثلا خورشید) به یک جسم دیگر (مثلا سلول خورشیدی) صورت می پذیرد.هر جسم مقداری ازانرژی تابشی را جذب و مقداری از آن را انعکاس می دهد . انرژی تابشی جذب شده به انرژی دیگری تبدیل می شود[۴۱]. در سلول خورشیدی مقداری از این انرژی تابشی جذب شده توسط عمل فتوولتائیک به انرژی الکتریسیته و مقدار دیگر آن به انرژی گرمایی تبدیل می گردد. انرژی گرمایی ناشی از تابش که به صورت کامل جذب شود، به صورت رابطه (۱۸-۳) قابل محاسبه است:
(۳-۱۸)
در رابطه (۱۸-۳)  انرژی گرمایی ناشی از تابش ،  مساحت سطح و  زمان است.
مقداری از انرژی الکتریکی تولید شده در سلول بهصورت توان الکتریکی  به انرژی گرمایی تبدیل می گردد و برای مدل ارائه شده از سلول خورشیدی قابل محاسبه است.
) (۳-۱۹
انرژی گرمایی  برابر با توان  در مدت زمان  است.
( ۳-۲۰)
در نتیجه، انرژی گرمایی ناشی از تلفات الکتریکی تابعی از ولتاژ خروجی و دمای سلول در زمان می باشد.انرژی گرمایی یک جسم از فرمول ( ۲۱-۳) محاسبه می شود[۶۴].
(۳-۲۱)
در رابطه فوق  جرم ماده ،  ظرفیت گرمایی ویژه و  دمای محیط است. مسأله رسانش گرمایی با وجود بزرگ بودن رسانایی گرمایی سلول خورشیدی قابل حل بوده، می توان با بزرگ بودن رسانش گرمایی، دمای تمام سلول را یکسان در نظرگرفت. انتقال گرما، یا به طور دقیقتر تبادل گرمای همرفتی توسط سیال هوا میان محیط و سلول خورشیدی به شرایطی همچون شکل فیزیکی خود سلول و حتی چگونگی نصب سلول خورشیدی بستگی دارد و نمی توان فرمول خاصی را برای آن بیان داشت ، اما می توان آن را به صورت تقریبی تابعی از اختلاف دمای محیط و سلول خورشیدی ، سطح تماس و عبور جریان هوا در نظر گرفت.
با توجه به روابط (۱۸-۳ ) و (۲۰-۳)، ( ۲۲-۳) با در نظر گرفتن رسیدن دمای سیستم به حالت تعادل می توان نوشت:
(۳-۲۲)
و از رابطه(۲۲-۳) می توان نتیجه گرفت :
(۳-۲۳)
در حالت تعادل دمایی، دمای سلول خورشیدی تابعی از شدت تابش ، ولتاژ خروجی و دمای محیط است.
۳۵-۵– رابطه ولتاژ نقطه کار با شدت تابش
با قرار دادن رابطه ( ۲۳-۳) در رابطه (۱۷-۳) داریم :
(۳-۲۴)
در نتیجه، می توان ولتاژ نقطه کار سلول خورشیدی را تابعی از شدت تابش و دمای محیط دانست. با توجه به اینکه دمای محیط در بازه زمانی کوتاه(برای مثال یک ساعت) تغییرات چندانی ندارد، در این بازه زمانی عددی ثابت در نظر گرفته، می شود بنابراین، می توان رابطه (۲۴-۳) را به صورت (۳-۲۵) بازنویسی نمود:
(۳-۲۵)
رابطه (۳-۲۵) در صورتی دارای دقت قابل قبول است که در تابع  دمای محیط ویا تاثیر دمای محیط لحاظ شده باشد.
۳۶-۵–بررسی سیستم تولید توان فوتو ولتائیک
شکل( ۳-۲۵). سیسستم فتو ولتائیک شامل آرایه  ،یک اینورتر ،و یک کنترلر  می باشد بطوریکه  ولتاژ آرایه  ،  جریان آرایه  ،  انحراف فرکانس،  ولتاژ تولید شده توسط اینورتر،  جریان تولید شده توسط اینورتر و  خطای بین جریان مرجع و جریان لحظه ای تولید می باشد. الگوریتم کنترل اینورتر بسیار ساده است.بدین ترتیب که ولتاژ و جریان خروجی اینورتر حس شده و با چرخش همزمان از سه فاز به دوفاز تبدیل می گردد. با تقسیم توان مرجع خروجی بر ولتاژ اینورتر حس شده جریان مرجع بدست می آید. سپس خطا بین جریان مرجع اینورتر و جریان واقعی اینورتر توسط یک کنترلر انتگرالگیر تناسبی  برای تولید پالس های مدولاسیون عرض پالس[۷۳] پردازش می شود.  و  ضرایب تناسبی و انتگرالی مربوط به کنترلر  هستند. انتخاب این ضرایب براساس مصالحه ای بین عملکرد حالت دائمی و دینامیکی سیستم صورت می گیرد. اگر  و  بزرگ در نظر گرفته شوند ، خطای حالت ماندگارپاسخ کاهش خواهد یافت . از طرفی دیگر اگر  و  کوچک باشند ، عملکرد دینامیکی سیستم در برابرتغییرات میزان تابش نور خورشید و درجه حرارت محیط بهتر خواهد بود.
شکل۳-۲۶: سیستم تولید توان فتو ولتائیک
۳-۶- مدل آیرودینامیکی توربین بادی
شکل (۳-۲۶) روابط بین اجزای اصلی مدلسازی شده سیستم ژنراتور توربین باد را نشان میدهد[۵۸,۵۷].
شکل (۳-۲۷):مدل سیستم ژنراتور توربین باد[۷۴]
با توجه به این شکل سیستم زاویه  [۷۵]،خروجی توربین باد،  را بسته به سرعت باد،  کنترل میکند.بخشی از نیروی باد استخراج شده به توان مکانیکی روتور تبدیل می گردد که بصورت زیر محاسبه می گردد[۶۷,۶۸,۶۹]:
(۲۶-۳)
در اینجا  چگالی هوا ،  ناحیه جاروب شده توسط روتور،  ضریب قدرت آیرودینامیکی ،  زاویه پره برای کنترل قدرت توربین بادی،  سرعت نسبی نوک پره ،  سرعت زاویه ای روتور،  شعاع ناحیه چرخش پره می باشد. سرعت چرخش  چنین تعریف می شود :
(۲۷-۳)
اینرسی توربین بادی ،  گشتاور باد و  گشتاور ژنراتور می باشد.توان خروجی ژنراتور القایی قفس سنجابی  بدین صورت بدست می آید:
(۲۸-۳)
ولتاژ فاز،لغزش ژنراتور القایی  که متشکل از سرعت زاویه ای سنکرون روتور
،  و  مقاومت های روتور و استاتور ژنراتور،  و  راکتانس های روتور و استاتور ژنراتور می باشند. در شکل(۲۷-۳) زیر توربین باد و ژنرتور نشان داده شده است:
شکل (۳-۲۸):سیستم ژنراتور توربین بادی
۳-۷-نحوه عملکرد کنترل کننده پیشنهادی
کنترل کننده در صورت اعوجاجات فرکانسی ناشی از عدم تعادل توان تولیدی و مصرفی در سیستم قدرت مورد مطالعه، وارد عمل می شود . شایان ذکر است که مبدل بکار رفته در سیستم ذخیره ساز باتری از نوع مبدل دوطرفه می باشد که قابلیت شارژ و دشارژ را دارا باشد.
اصول کار کنترل کننده ی پیشنهادی، اندازه گیری فرکانس در تمام نواحی کنترلی، پردازش آنها و ایجاد یک خروجی کنترلی از جنس فرکانس، برای سیستم می باشد. این خروجی به سیگنال کنترلی از جنس توان تبدیل شده، تا ورودی مناسبی برای واحد های تولید باشد
اختلاف میان مجموع توان تولیدی حاصل از مشارکت واحدهای تولید حرارتی ، خورشیدی و بادی با بار مصرفی سیستم محاسبه می گردد ،اگر مقدار بدست آمده مقداری مثبت باشد، به باتری دستور شارژ داده می شود و به عنوان مصرف کننده عمل می کند .اگر با وجود شارژ باتری این اختلاف همچنان وجود داشته باشد کنترل کننده باید بتواند یک و یا واحد های تولید متداول بیشتری را غیر فعال نماید وتنها منابع تجدید پذیر وارد عمل گردند، در صورتیکه این مقدار منفی باشد یعنی توان تولیدی مجموعه واحدها کمتر از بار باشد که سبب کاهش فرکانس می گردد باتری که از قبل شارژ شده بود وارد فاز تولید می گردد و دشارژ می شود . مقدار توان تعیین شده به عنوان سیگنال مرجع با توان اندازی گیری شده مقایسه می گردد و اختلاف این دو بعد از عبور کنترلر PI حداقل می گردد ، تا مقدار اندازه گیری شده را به مقدار مرجع برساند.زمانی که این اتفاق می افتد فرکانس نیز روی ۵۰ هرتز تنظیم می شود.

مطلب دیگر :
بررسی و تحلیل تاثیر مدیریت دانش و نوآوری فرآیند بر توسعه محصول جدید- ...

دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.