مدل سازی و کنترل واسطه های الکترونیکی برای نیروگاه های فتوولتایی با قابلیت تبادل توان راکتیو

آلودگی های زیست محیطی، پایان¬پذیر بودن سوخت های فسیلی و افزایش قیمت آن‎ها موجب شده است که استفاده از منابع تولید پراکنده با واسطه الکترونیکی به ویژه در سیستم¬های انرژی بادی و خورشیدی در سال های اخیر رشد چشم-گیری داشته باشد. در این میان گرایش به انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی پاک و پایان¬ناپذیر با پیشرفت فناوری ساخت سلول¬های فتوولتایی و افزایش بازده آن¬ها به شدت افزایش یافته است به طوری که با کاهش شدید قیمت تولید سلول¬های خورشیدی در پنج سال گذشته، استفاده از نیروگاه¬های توان بالای خورشیدی فتوولتایی از جنبه اقتصادی توجیه¬پذیرتر شده است. در حال حاضر در اکثر کشورهای صنعتی طرح¬های نیروگاهی فتوولتایی در مقیاس بالاتر از صد مگاوات در حال ساخت و یا بهره¬برداری می باشد. در الگوریتم¬های کنترلی مدارهای واسطه¬های الکترونیکی سیستم¬های فتوولتایی، اولویت اصلی تزریق بیشینه توان اکتیو قابل دریافت از خورشید به شبکه می باشد. البته با توجه به امکان کنترل توان راکتیو به دلیل افزایش ظرفیت مبدل¬های الکترونیکی در نیروگاه¬های بزرگ و اهمیت کنترل توان راکتیو در بهبود حاشیه پایداری ولتاژ سیستم قدرت وکاهش تلفات، اخیرا بحث کنترل توان راکتیو توسط مبدل¬های نیروگاه¬های فتوولتایی نیز مورد توجه پژوهش¬گران قرار گرفته است. یک نیروگاه فتوولتایی از مبدل¬های الکترونیکی متعددی تشکیل شده که توان خروجی آن¬ها در طول شبانه¬روز در بازه¬ی گسترده¬ای تغییر می¬کند و در شرایط ابری و یا شب¬هنگام توان اکتیو خروجی مبدل¬ها بسیار کم¬تر از ظرفیت نامی آن¬هاست. با به¬کار¬گیری روش¬های کنترلی مناسب، می¬توان از این ظرفیت استفاده نشده برای تبادل توان راکتیو با شبکه استفاده نمود و یا حتی در شرایط اضطراری می توان میزان تبادل توان اکتیو نیروگاه را به منظور تزریق توان راکتیو کاهش داد. در این پایان نامه یک مدل دینامیکی پیشنهادی برای کنترل سیستم های فتوولتایی ارائه شده است که در آن توان های اکتیو و راکتیو لحظه-ای به طور مستقیم به عنوان متغیرهای دینامیکی سیستم کنترل در نظر گرفته شده اند. استفاده از توان اکتیو و راکتیو لحظه ای به عنوان متغیرهای دینامیکی به دلیل مستقل بودن شکل موج توان از قاب مرجع انتخابی موجب مقاوم تر شدن کنترل کننده ی طراحی شده نسبت به دینامیک های مدل نشده سیستم می شود. همچنین نشان داده شده است که مدل پیشنهادی به دلیل استفاده از متغیر حالت توان به جای جریان موجب کاهش میزان غیرخطی بودن معادلات دینامیکی سیستم می شود. در ادامه دو روش کنترل با استفاده از مدل پیشنهادی که یکی بر مبنای روش بستن متوالی حلقه های کنترلی و دیگری با استفاده از روش خطی سازی با فیدبک است، برای کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو در یک نیروگاه خورشیدی مطرح شده است. دقت مدل و کارایی ساختار کنترلی پیشنهادی از طریق شبیه سازی یک سیستم فتوولتایی 120 کیلووات متصل به شبکه و هم چنین پیاده سازی عملی کنترل کننده ها بر روی یک سامانه تست آزمایشگاهی توان پایین مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی ها و نتایج عملی ضمن تایید صحت مدل پیشنهادی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی و راهبرد کنترل آن قابلیت کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو سیستم فتوولتایی با سرعت پاسخ مناسب در محدوده چند ده میلی ثانیه بدون خطای ماندگار و توانایی پس زنی اعوجاج را داراست.