بهره‌برداری ترکیبی کارآمد از شبکه DC مستقل و سیستم‌های PV جهت تغذیه بارهای نامتعادل AC

نوع مقاله: مقاله علمی فارسی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی - گروه مهندسی برق - دانشگاه زنجان – زنجان - ایران

2 دانشجوی، دانشکده مهندسی- گروه مهندسی برق - دانشگاه زنجان – زنجان - ایران

چکیده

در این مقاله استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی خورشیدی برای تغذیه بار­های نامتعادل AC مستقل از شبکه بررسی شده است. برای اینکه با تغییر شرایط محیطی،  PVهمواره نقطه توان ماکزیمم را دنبال کند، نقطه کار PV با الگوریتم
Perturb and Observe کنترل شده است. برای تأمین توان با کیفیت برق بالا برای هر کدام از بارها، ‌PVها و بارهای نامتعادل AC با یک شبکه DC حلقوی، به یکدیگر متصل شده­اند. برای کنترل سیلان توان در شبکه DC، یک بانک باتری با کنترل‌کننده شیبی، بین بارها و PVها به اشتراک گذاشته شده است. با هدف صرفه­جویی در هزینه اولیه و کاهش تلفات در شبکه DC، بهترین مکان برای قرارگرفتن بانک باتری پیدا شده است. همچنین پس از به‌دست‌آوردن مدل دینامیکی قسمت DC شبکه و براساس نتایج حاصل از آن، نتایج شبیه‌سازی مقایسه و تأیید شده است. برای اطمینان از نتایج الگوریتم Perturb and Observe ، به کمک معادلات ریاضی، مکان دقیق نقطه توان ماکزیمم به دست آمده است و از آن برای تصدیق نتایج الگوریتم استفاده شده ‌است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Suitable Utilization of DC Isolated Distribution and PV Generating Systems for Supplying AC loads

نویسندگان [English]

  • Reza Noroozian 1
  • H. Mohammadi 2
چکیده [English]

This paper presents a Loop DC isolated network which is fed by photovoltaic (PV) generating renewable sources to supply AC loads. The battery energy storage bank is connected to the DC network via DC/DC converter called storage converter to control the network voltage and optimize the operation of the PV generation systems. The PV generating units has been connected to the DC network via its own DC/DC converter called, PV converter to ensure the required power flow. The unbalanced AC loads has been connected to the DC network via its own DC/AC converter called, load converter without transformer. This paper proposes a suitable control strategy for storage converter which has a DC droop regulator. Also a suitable control system based on Clark and Park rotating frame is proposed for load converters. In this paper, the proposed suitable utilization has been demonstrated by simulation of power transfer between PV generating systems, unbalanced AC loads and battery units. The simulation results based on PSCAD/EMTDC software show that DC isolated distribution system including PV generating systems can provide the balanced power between units.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PV generating system
  • droop voltage controller
  • DC distribution system
  • power control
  • maximum power point tracking algorithms

- مقدمه[*]

در مناطقی که امکان اتصال به شبکه برق ممکن نیست و یا هزینه اتصال زیاد است، منابع انرژی تجدیدپذیر برای تغذیه بارها به کار برده می­شوند [1]. در حالت کلی سیستم‌های PV به یکی از روش­های جدا از شبکه، متصل به شبکه و یا سیستم هیبریدی بهره­برداری می‌شوند. سیستم‌های PV جدا از شبکه، با ترکیبی از ماژول‌هایPV ، باتری و بار تشکیل شده­اند. این سیستم­ها به‌صورت گسترده در مناطق دور از شبکه استفاده می‌شوند. در این سیستم­ها، توان تولید‌شده تنها به بار مربوط به خود اعمال می­شود؛ بنابراین هر سیستم دارای یک باتری مجزا است تا تفاوت بین توان تولیدی و توان بار را جبران کند. هنگامی که توان مورد نیاز بار بیشتر از توان تولیدی است، در طول روز هم باتری دشارژ می‌شود که این امر باعث کاهش عمر مفید باتری می‌شود. همچنین اگر توان تولیدی بیشتر از تقاضای بار باشد، توان اضافه تلف خواهد شد [2 و3].

ازطرفی با توجه به گسترش روزافزون استفاده از منابع تولید پراکنده به خصوص سلول‌های خورشیدی که خروجی DC تولید می‌کنند، استفاده از شبکه توزیع DC در آیندة نزدیک یا ترکیب این شبکه‌ها با شبکه‌های AC یک امری ضروری خواهد بود [4]. در سال‌های اخیر با گسترش سریع ادوات الکترونیک قدرت، تبدیل ولتاژ DC با بازده بالایی انجام می‌شود. همچنین اکثر بارهای الکتریکی که دارای سیستم‌های کنترلی و الکترونیکی هستند، ازقبیل بارهای الکترونیکی حساس و محرکه‌های الکتریکی موتورها، نیازمند برق DC هستند. بدین ترتیب، با استفاده از یک شبکه DC، اتصال منابع DG و بارهای الکتریکی مختلف به شبکه به نحو ساده‌تری امکان‌پذیر است [4 و 5]. برای شبکه DC ساختارهای متفاوتی از قبیل حلقوی، ستاره و شعاعی جهت اتصال منابع تولید پراکنده استفاده می‌شود. منابع تولید پراکنده ازقبیل آرایه‌های خورشیدی، سلول‌های سوختی، انباره‌ها جهت اتصال به شبکه توزیع DC در بهره‌برداری مختلف از قبیل مستقل از شبکه و متصل به شبکه نیار به شبکه‌‌‌های DC به صورت ستاره، حلقوی و شعاعی دارند.

مبدلی که شبکه DC را به بانک باتری متصل می‌کند اصطلاحاً مبدل ذخیره‌سازی [1] نامیده می‌شوند. مبدل‌هایی که بارهای AC و DC از شبکه DC تغذیه می‌کند، اصطلاحاً مبدل بار[2] نامیده می‌شوند. مبدلی که توان تولیدی منابع DG را به سیستم توزیع DC تزریق می‌کند، اصطلاحاً مبدل[3] DG () نامیده می‌شوند. در طراحی مبدل ذخیره انرژی از کنترل‌کننده شیبی[4] استفاده شده است؛ به‌طوری‌که اگر ولتاژ شبکه DC از 05/1 برابر ولتاژ مرجع بالاتر شود، بانک باتری شارژ و اگر از 95/0 برابر ولتاز مرجع کمتر باشد، بانک باتری دشارژ می­شود و اگر ولتاز شبکه بین این دو مقدار قرار داشته باشد، بانک باتری با شبکه DC تبادل انرژی نخواهد داشت [4]. تثبیت ولتاژ در شبکه DC در محدوده مجاز، با توجه به پایداری سیستم، عملکرد پایدار مبدل‌ها الکترونیک قدرت و تغذیه مناسب بارها، ضروری است [4 و6].

ازآنجاکه توان تولیدی PV به تابش خورشید و دما وابسته است، کنترل نقطه کار PV به نحوی که ماکزیمم توان را دنبال کند، ضروری است [7]. در این مقاله از روش Perturb and Observe برای دنبال‌کردن نقطه توان ماکزیمم استفاده شده است [8]. کنترل توان خروجی PV با یک مبدل DC/DC بوست انجام شده‌است [9]. برای تغذیه بار نامتعادل AC، از یک مبدل بار DC/AC با سیستم کنترلی مبتنی بر تبدیل پارک استفاده شده است [4]. در این مقاله یک شبکه مستقل DC با ساختار حلقوی با کیفیت برق بالا پیشنهاد شده ‌است؛ به‌صورتی‌که یک بانک باتری بین چهار آرایه خورشیدی و بار AC به اشتراک گذاشته شده‌ است. به‌منظور کم‌کردن هزینه اولیه و کاهش تلفات در شبکه DC پیشنهادی، یک مکان بهینه برای بانک باتری پیدا شده ‌است. همچنین با استفاده از معادلات ریاضی، مکان دقیق نقطه توان ماکزیمم به دست آمده است که از آن برای تصدیق نتایج الگوریتم استفاده شده‌ است.

 

2- ساختار شبکه مستقل DC پیشنهادی

در شکل (1)، شبکه حلقوی مورد مطالعه از یک انباره بانک باتری، چهار واحد تولید آرایه خورشیدی و چهار واحد بار نامتعادل AC تشکیل یافته است. تمامی واحدها به باس DC وصل شده است و به‌صورت موازی بهره‌برداری شده‌اند. شبکه نمونه از چهار باس تشکیل شده است که ازطریق کابل DC به یکدیگر متصل شده‌اند. واحدهای تولید به باس‌های شماره یک، دو، سه و چهار متصل می‌شوند و بارهای نامتعادل AC به باس‌های شماره یک، دو، سه و چهار متصل می‌شوند. نکته­ای که در اینجا باید به آن توجه شود، مکان بانک باتری است. مسئله جایابی بهینه بانک باتری از دیدگاه کاهش هزینه تلفات انرژی و هزینه اولیه به لحاظ ریاضی به صورت رابطه زیر نوشته می­شود:

(1)

 

در رابطه بالا  و  فاصله بانک باتری از باس شماره i روی خطوط DC، در دو مسیر موازی هستند. در رابطه (1)،  و  میزان تلفات روزانه در هر متر از کابل اتصالی از باس شماره یک به باس شماره i در دو مسیر موازی است. همچنین  هزینه تلفات توان در یک سال است که این مقدار از مرجع [10] اقتباس شده ‌است. با مینیمم‌کردن تابع هدف ارائه‌شده در رابطه (1)، بهترین مکان برای قراردادن بانک باتری در شبکه حلقوی مورد مطالعه به دست آورده شده ‌است.

 

شکل (1): ساختار شبکه توزیع مستقل DC پیشنهادی

 

 

3- مدل دینامیکی شبکه DC پیشنهادی

شکل (2) مدل دینامیکی طرف DC شبکه حلقوی پیشنهادی را نشان می‌دهد. مطابق شکل (2)، مبدل ذخیره‌سازی همانند منبع جریان کنترل‌شده با سیگنال کنترل­کننده ولتاژ DC رفتار می‌کند. مبدل­های بار و PV در مد کنترل جریان عمل می‌کنند.

کابل‌های DC به‌ترتیب با اندوکتانس­های () و مقاومت­های () مدل شده‌است. ، ،  و به‌ترتیب ظرفیت خازنی معادل مبدل‌های متصل‌شده به باس‌های DC هستند. با توجه به شکل (2) روابط ذیل به دست می‌آید:

 

(2)

 

(3)

 

(4)

 

(5)

 

(6)

 

 

فلسفه کنترلی مبدل ذخیره‌سازی براساس یک سیگنال فیدبک از ولتاژ باس DC، یعنی  و مقدار مرجع برای ولتاژ باس DC کار می‌کند. اگر ولتاژ DC بیشتر از مقدار مرجع، یعنی  باشد، توان اضافی در شبکه DC، باید ازطریق مبدل ذخیره‌سازی، بانک باتری را شارژ کند.

 

 

شکل (2): مدل دینامیکی طرف DC شبکه مسقل با ساختار حلقوی

 

 

اگر ولتاژ DC کمتر از مقدار مرجع، یعنی  باشد، توان مورد نیاز در شبکه DC، باید ازطریق مبدل ذخیره‌سازی، بانک باتری را دشارژ کند. با استفاده از رابطه‌های(2) تا (6) ساختار کنترل­کننده شیب افتی ولتاژ باس‌های DC در شکل (3) نشان داده شده ‌است. شکل مذکور ارتباط بین ولتاژ باس‌ها و جریان‌ مصرفی بارها و جریان تولیدی آرایه‌های خورشیدی را نشان می‌دهد. از شکل (3) در تأیید مدل‌سازی دینامیکی شبکه توزیع DC استفاده شده ‌است.

 

5- استراتژی کنترلی مبدل‌ها

در این مقاله از استراتژی کنترلی ارائه‌شده در ]4[ برای کنترل مبدل ذخیره­کننده انرژی و مبدل DC/AC بار استفاده شده ‌است. مدیریت تبادل توان در شبکه توسط مبدل ذخیره انرژی انجام می­شود که این مبدل با یک کنترل‌کننده شیبی کنترل می­شود که اگر ولتاژ شبکه DC از 05/1 برابر ولتاژ مرجع بالاتر شود، بانک باتری شارژ و اگر از 95/0 برابر ولتاز مرجع کمتر شود، بانک باتری دشارژ شده است و نیاز بار را تأمین می­کند و اگر ولتاز شبکه بین این دو مقدار قرار داشته باشد، بانک باتری با شبکه DC تبادل انرژی نخواهد داشت [11 و12]. ولتاژ مرجع برای شبکه DC پیشنهادی  در نظر گرفته شده ‌است.

در شکل (4)، مدار معادل یک PV ارائه شده ‌است.  و  به‌ترتیب مقاومت سری و مقاومت موازی آرایه، و  هم جریان نوری و جریان دیودی PV هستند. روش‌های دنبال‌کننده نقطه ماکزیمم توان (MPPT) معمولاً در سیستم­های PV استفاده می‌شوند تا توان خروجی آرایه PV را که وابسته به دمای ماژول و شرایط تابشی است به‌طور پیوسته دنبال کنند و آن را در مقدار ماکزیمم نگه دارند [4 و 13] . در این مقاله از روش Perturb and Observe برای MPPT استفاده شده ‌است.

 

شکل (3): مدل الکتریکی PV

 

شکل (4): ساختار کنترل­کننده شیب افتی ولتاژ باس‌های DC

 

5-1- الگوریتم Perturb and Observe

به دلیل سادگی الگوریتم و سهولت در اجرا، روش  Perturb and Observe در اکثر کاربرد­های انرژی خورشیدی استفاده می‌شوند. Perturb and Observe یک روش تکراری برای به‌دست‌آوردن MPP است؛ به‌صورتی‌که ابتدا مشخصات آرایه فتوولتائیک را اندازه‌گیری می­کند و سپس در نقطه کار آرایه فتوولتائیک یک اغتشاش وارد می­کند تا جهت تغییر به دست آید. شکل (5) منحنی توان خروجی آرایه فتوولتائیک را براساس تابعی از ولتاژ آرایه نشان می­دهد (منحنی P-V) که در یک تابش و دمای ثابت کار می­کند.

(7)

 

در این الگوریتم، ابتدا ولتاژ و جریان آرایه اندازه‌گیری می‌شود و سپس توان خروجی آرایه محاسبه می­شود. با مقایسه توان خروجی با مقدار ذخیره‌شدة قبلی آن، تغییرات توان ، به دست می­آید. مطابق شکل (5) اگر ولتاز آرایه افزایش پیدا کند، 0<V(K-1)-V(K)، و این افزایش ولتاژ، افزایش توان آرایه را به همراه داشته باشد، توان خروجی با مقدار ذخیره‌شدة قبلی آن، تغییرات توان ، به دست می­آید. مطابق شکل (5) اگر ولتاز آرایه افزایش پیدا کند، 0<V(K-1)-V(K)، و این افزایش ولتاژ، افزایش توان آرایه را به همراه داشته باشد، ، به معنای نزدیکی نقطه کار به MPP است؛ بنابراین ولتاژ MPP، ، باید افزایش پیدا کند؛ درحالی‌که افزایش ولتاژ باعث کاهش توان آرایه شود، ، به معنای دوری نقطة کار از MPP بوده است و باید  کاهش یابد. در حالتی که کاهش ولتاژ آرایه، 0>V(K-1)-V(K)، منجر به کاهش توان می­شود، ، نقطه کار به MPP نزدیک‌تر می­شود؛ بنابراین  افزایش پیدا خواهد کرد؛ اما اگر کاهش ولتاژ آرایه باعث افزایش توان آرایه شود، ، به معنای نزدیک‌تر شدن نقطة کار به MPP است؛ بنابراین  باید افزایش پیدا کند. در شکل 6 فلوچارت این الگوریتم نشان داده شده‌ است.

در رابطه (9)،  ضریب ایدئال‌سازی دیود،  تعداد ماژول­های سری در هر شاخه از آرایه،  تعداد سلول­های سری در هر شاخه از ماژول،  ضریب ایدئال‌سازی دیود،  ثابت بولتزمن و  بار یک الکترون است.

 

 

 

 

شکل (5): فلوچارت الگوریتم Perturb and Observe

 

 

(10)

 

(11)

 

 

اگر طرفین رابطه (10) را در V ضرب شود رابطه (11) به دست می‌آید.

اگر از رابطه (11) نسبت به ولتاژ مشتق گرفته شود، رابطه (12) به دست می‌آید.:

(12)

 

طبق قضیه اکسترمم  را مساوی با صفر قرار داده است و ازآنجاکه Rsh بسیار بزرگ و Rs  بسیار کوچک است، با تقریبی پذیرفتنی می­توان نوشت:

(13)

 

 

رابطه (13) یک معادله غیر خطی است که برای حل آن از روش­های عددی استفاده می­شود. به ازای مقادیر مختلف تابش و دمای آرایه، رابطه (13) حل می­شود و به کمک رابطه زیر مقدار جریان نوری آرایه را، در شرایط ماکزیمم توان به دست آورد:

 

(13)

 

(14)

 

رابطه (14) مقدار جریان خروجی آرایه را در شرایط ماکزیمم توان به دست می­دهد. به کمک رابطه (7)، توان خروجی آرایه را به ازای ولتاژ و جریان MPP به دست می‌آید:

(15)

 

 

5-2- روش ریاضی برای به‌دستآوردن مکان دقیق MPP

در این بخش محاسبه کننده نقطه ماکزیمم توان را به‌صورت ریاضی مدل می‌کنیم. برای اجرای محاسبه کننده نقطه ماکزیمم توان از مشتق توان نسبت به ولتاژ کمک می‌گیریم. به این صورت که مقدار  را محاسبه می‌کنیم و مقدار به‌دست آمده را مساوی صفر قرار می­دهیم (طبق قضیه اکسترمم). بدین صورت ولتاژ نقطه­ای به دست می­آید که می­توان در آن ولتاژ، ماکزیمم توان را از آرایه فتوولتائیک دریافت کرد. با توجه به شکل 4 خواهیم داشت:

(8)

 

(9)

 

برای سادگی در رابطه 9،  است.

 

 

شکل(6): نحوه عملکرد الگوریتم Perturb and Observe در منحنی P-V

5-3- کنترل مبدل DC/DCافزاینده

همان‌طور که در شکل (7) نشان داده شده ‌است، ولتاژ و جریان PV پس از عبور از یک فیلتر، به الگوریتم اجراکننده MPPT اعمال شده است و از مقایسه  به‌دست آمده با ولتاژ PV سیکل کاری مبدل بوست تولید شده ‌است. به کمک رابطه زیر ولتاژ مدار باز ماژول در شرایط مختلف محیطی به دست می­آید:

(16)

 

 

 ضریب تابشی ولتاژ مدار باز و  ضریب دمایی جریان اتصال کوتاه است. مطابق شکل (7) از رابطه (16) برای بهبود عملکرد الگوریتم MPPT استفاده شده‌ است. به صورتی که  را بین دو مقدار  و  محدود می‌کنیم. به عبارت دیگر داریم:

(17)

 

 

با انتخابی مناسب برای ضرایب  و  به کمک سعی و خطا از نوسان اضافی حول MPP کاسته می­شود.

 

شکل (7): مبدل بوست PV و روش کنترلی آن

 

6- نتایج شبیه سازی

 سیستم نشان داده شده در شکل 1 مدل شده است و به منظور مطالعه عکس‌العمل شبکه DC مستقل به مسائل کیفیت توان، با نرم‌افزار PSCAD/EMTDC شبیه‌سازی شده ‌است. نتایج شبیه‌سازی نشان می­دهد که سیستم پیشنهادی قادر به تأمین ولتاژ DC و AC با کیفیت بهتر برای همه بارهای شبکه است. در جدول (1) مکان هر کدام از باس­ها در صفحه مختصات، ماکزیمم توان تولیدی و توان مصرفی هر کدام از باس­ها ارائه شده ‌است. نتایج حاصل از مینیمم‌کردن تابع هدف ارائه‌شده در رابطه (1)، در جدول (2) ارائه شده ‌است.

 

جدول(1): مشخصات باس­های شبکه پیشنهادی

yi (m)

xi(m)

PL (k)

PPV(kW)

 

33

222

17

49.5

BUS.1

222

0

19.5

57

BUS.2

480

333

14.5

42

BUS.3

180

544

22

64

BUS.3

 

جدول (2): مشخصات مکان بانک باتری

d1 (m)

d3 (m)

d2 (m)

d1 (m)

(xb,yb)

345.38

365.95

421.25

291.56

(544,180)

 

شکل (8) مقادیر تابش آفتاب را در طول یک شبانه‌روز نشان می­دهد. در فاصله‌های زمانی  و  همه آرایه‌های خورشیدی در مد روز کار می‌کنند. در فاصله‌ زمانی  همه آرایه‌های خورشیدی در مد شب کار می‌کنند. دمای آرایه برابر با  است.

 

شکل (8): تابش آفتاب

 

شکل (9): مکان دقیق نقطه توان ماکزیمم

 

شکل (10): عملکرد صحیح الگوریتم Perturb and Observe در دنبالکردن نقطه MPP

 

در شکل (9) مکان دقیق نقطه توان ماکزیمم هر کدام از ماژول­ها در منحنی P-V نشان داده شده ‌است. در شکل (10) نشان داده شده ‌است که الگوریتم Perturb and Observe نقطه دقیق توان ماکزیمم را در منحنی I-V به درستی دنبال می­کند. در شکل (10) نشان داده شده است که طرح کنترلی مبدل DC/DC عملکرد صحیحی دارد و هر PV (به عنوان نمونه PV شماره چهار) ماکزیمم توان قابل تولید خود را با کمترین نوسان‌ها، حول نقطه ماکزیمم توان تولید می‌کند.

در شکل (11)، PPVs برابر با مجموع توان تولیدی آرایه‌های فتوولتائیک()، PLs برابر با مجموع توان مصرفی بارهای نامتعادل () و Pb توان خروجی بانک باتری است.

 

 

شکل (11): تغییرات لحظه­ای توان

 

در صورت تغییر توان تولیدی، توان شارژ و دشارژ شده در بانک باتری تغییر می‌کند. این امر بخاطر این است که مبدل‌ ذخیره‌سازی مجهز به کنترل­کننده ولتاژ باس DC است. با توجه به شکل (11)، توان مصرفی بارها ثابت نگه داشته شده ‌است. شکل (12) توان­های جاری‌شده در خطوط شبکه DC را نشان می­دهند. شکل (13) ولتاژ و جریان بانک باتری را نشان می­دهد. با توجه به شکل (13)، جریان باتری در اثر تغییرات توان تولیدی تغییر می‌یاید و ولتاژ ترمینال بخاطر شارژ باتری افزایش می‌یابد و همچنین بخاطر دشارژ باتری کاهش می‌یابد.

شکل (14) ولتاژهای لحظه‌ای سه‌فاز و جریان‌های خط ترمینال‌های بار را نشان می‌دهد. همچنین در شکل (15) جریان فازی بارهای نامتعادل نشان داده شده ‌است.

اینورتر DC/AC ولتاژ دو سر بار متعادل در مقدار مرجع با فرکانس 50 هرتز نگه می‌دارد؛ بنابراین سیستم PV، ولتاژ متعادل‌شده را برای بارهای نامتعادل AC مهیا می‌کند. درحالی‌که جریان بار نامتعادل است. نتایج شبیه‌سازی توانایی مدار کنترلی پیشنهادی  را در تغذیه انواع بارهای خطی و غیرخطی و متعادل و نامتعادل را تصدیق می‌کند.

 

 

شکل (12): توان­های جاری‌شده در شبکه DC

 

شکل (13): ولتاژ و جریان لحظه­ای بانک باتری

 

مدار کنترلی پیشنهادی  برای اینورتر DC/AC ولتاژ دو سر بار (مبدل بار) از ]4[ استفاده شده ‌است.

در شکل (16) ، ، ،  و  ولتاژ باس­های DC به‌دست‌آمده از مدل دینامیکی هستند که با توجه به یکسان‌بودن ولتاژهای مدل دینامیکی و شبیه‌سازی، صحت جواب­های به‌دست‌آمده تأیید می­شود.

. با توجه به شکل (16)، در مد روز آرایه‌های خورشیدی به علت افزایش توان در باس DC ولتاژ‌ باس‌ها افزایش یافته است.

 

شکل(14): ولتاژ فازی بارهای متصل به شبکه DC

 

شکل (15): جریان فازی بارهای نامتعادل AC متصل به شبکه DC

 

شکل (16): ولتاژ باس­های شبکه DC

 

7- نتیجه گیری

در این مقاله بهره­برداری از منبع انرژی خورشیدی برای تغذیه بارهای نامتعادل AC مستقل از شبکه بررسی شد و نشان داده شد که شبکه حلقوی DC پیشنهادی قادر به تأمین تقاضای بار نامتعادل AC با کیفیت مناسب و قابلیت اطمینان بالاست. در تمام طول شبانه‌روز ولتاژ شبکه در سطح قابل قبولی باقی می­ماند. یکسان‌بودن نتایج مدل دینامیکی با شبیه‌سازی انجام‌شده، این امر را تصدیق می‌کند. همچنین شبکه پیشنهادی می­تواند بار نامتعادل AC را با ولتاژ متعادل تغذیه کند. با پیداکردن بهترین مکان برای بانک باتری، هزینه تلفات انرژی و هزینه اولیه شبکه کاهش پیدا کرده است. این نوع از شبکه­های DC نیازی به مرکز کنترل و ارتباطات مخابراتی بین عناصر شبکه ندارند. کنترل مبدل DC/DC آرایه خورشیدی با استفاده از الگوریتم Perturb and Observe باعث می­شود که­PV ها نقطه توان ماکزیمم را به خوبی دنبال کنند. مقایسه نتایج الگوریتم P&O و مکان دقیق نقطه توان ماکزیمم، نشان می­دهد این الگوریتم به درستی نقطه MPP را دنبال می­کند. برای تغذیه مناطق دور از شبکه برق، شبکه DC پیشنهادی می­تواند به‌عنوان راه حل مناسب در نظر گرفته شود.

 



[*] تاریخ ارسال مقاله: 30/04/1392

تاریخ پذیرش مقاله: 25/02/1395

نام نویسنده مسئول: رضا نوروزیان

نشانی نویسنده مسئول: ایران – زنجان – دانشگاه زنجان - دانشکده مهندسی- گروه مهندسی برق



[1] Storage Converter

[2] Load Converter

[3] DG Converter

[4] Droop Controller

[1]  V.Azbe and R.Mihalic, “Distributed generation from renewable source in an isolated DC network,”Renewable Energy; Vol. 31, No. 14, pp 2370-84, 2006.

[2]  M.Dakkak, A.Hirate, R.Muhida, and Z.Kawasaki, “Operation strategy of residential centralized photovoltaic system in remote areas,” Renewable Energy, Vol.28, No.7 , pp.997-1012, 2003.

[3]  M.Dakkak, R.Uchida and T.Ise, “Study on low-level voltage of Distributed Flexible Network PV System”, IEEE 35th, PESC04, Aachen,Germany, 2004.

[4]  R.Noroozian, M.Abedi, G.B.Gharehpetian, S.H.Hosseini, “Combined operation of DC isolated distribution and PV systems for supplying unbalanced AC loads”, Renewable Energy Vol. 34 pp.899-908, 2009.

[5]  N. Eghtedarpour, E. Farjah, “Control strategy for distributed integration of photovoltaic and energy storage systems in DC micro-grids” Renewable Energy Vol.45, pp. 96e-110, 2012.

[6]   M.M. Amin, FL Miami, M.A. Elshaer, O.A. Mohammed, “DC bus voltage control for PV sources in a DC distribution system infrastructure”, Power and Energy Society General Meeting, 2010 IEEE, 25-29 July, p. 1 – 5, 2010.

[7]  V.Salas, E.Olias, A.Barrado and A.Lazaro, “Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems,” Solar Energy Materials & solar Cells Vol. 90, pp. 1555-1578, 2006.

[8]  N.Femia, G.Petrone, G.Spagnuolo, and M.Vitelli, “A Technique for improving P&O MPPT Performance of Double-Stage Grid-Connected Photovoltaic Systems,”, IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 56, No. 11, November 2009.

[9]  D.Lu and G.Agelidis, “Photovoltaic-Battery-Powered DC Bus System for Common Portable Electronic Divices,” IEEE Transactions On Power Electronics, Vol. 24, No. 3, 2009.

[10] M.Dakkak, K.Hatori, Y.Miura and T.Ise “A Study on Network Configuration of Distributed Flexible Network PV System,” IEEJ Trans. PE,Vol. 125. No.12, 2005.

[11] M. Mahmoodi, GB.Gharehpetian, M.Abedi and R.Noroozian, “A suitable control strategy for source converters and a novel load generation voltage control scheme for DC voltage determination in DC distribution,” First international power and energy conference, PECon 2006, Putrajaya, Malaysia, p. 363-67, 2006.

[12] B. Indu Rani, G. Saravana Ilango, C. Nagamani, “Power flow management algorithm for photovoltaic systems feeding DC/AC loads” Renewable Energy Vol. 45 pp. 96-110, 2012.

[13] M. Niroomand, M. Sherkat , M. Soheili, “A high performance DC-DC converter with intelligent control for photovoltaic applications” Computational Intelligence in Electrical Engineering, Vol. 4. No.2, pp. 88-73, 2013.