پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:مشارکت جایگاه شارژ خودروهای الکتریکی در کنترل فرکانس ریز شبکه در حالت جزیره ای

ارسال شده در 27 دی 1399 توسط نجفی زهرا در بدون موضوع

پیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانیهای مربوط به بیشینه شدن مصرف سوخت های فسیلی موجب پیدایش رویکرد جالب توجهی به انواع مختلف منابع انرژی تجدید پذیر شده است. انرژی الکتریکی در زندگی بشر رایج ترین نوع انرژی است، ولی تولید آن اغلب از طریق سوختهای فسیلی حاصل می آید که این ذخایر سوختی محدودیتهای بسیاری دارند [1]. این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژی های تولید توان تجدیدپذیر از قبیل باد، خورشید و … جلب شود.
خورشید یکی از منابع مهم انرژی است که باید به آن روی آورده زیرا به فن آوریهای پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشته و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن بر خلاف انرژی هستهای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمیگذارد و برای کشورهایی که فاقد منابع انرژی زیرزمینی هستند، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصادی می باشد.
فن آوری ساده، آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهم تر ذخیره شدن سوخت های فسیلی برای آیندگان یا تبدیل آنها به مواد و مصنوعات پر ارزش پتروشیمی، از عمده دلایلی هستند که لزوم استفاده از انرژی خورشیدی را برای صنعت و بطور خاص؛ برق، آشکار می سازند. مزیت نیروگاه خورشیدی برآن است که به یک بار هزینه راه اندازی و نصب نیاز داشته و انرژی رایگان، با هزینه اندک تعمیرات ونگهداری به شبکه تا مدت طولانی تحویل میدهد.
از آنجایی که توان خورشیدی در شب وجود ندارد لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو نیاز به ترکیب منابع ، مانند سیستم فتوولتائیک و دیزل ژنراتور می باشد. سیستم توان هیبریدی ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدیدپذیر باشد [2]. سیستم هیبرید دیزلی- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم می

نماید زیرا دیزل ژنراتور در نبود توان، توسط سیستم فتوولتائیک در شب، به عنوان یک پشتیبان عمل می کند و تامین تقاضای بار را انجام میدهد. در عمل وقتی از دیزل ژنراتور استفاده میشود که توان سیستم فتوولتائیک برای تامین تقاضای بار (خودروهای الکتریکی) کافی نباشد [3].

برای تکمیل مدیریت تولید، بهترین گزینه، ذخیره انرژی است. با استفاده از سیستم ذخیره انرژی، یک منبع الکتریکی کم هزینه می تواند به طور موثر پیک تقاضا را تامین نماید [4-5].
تاکنون روش های متعددی در زمینه ی کنترل مناسب توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره انرژی جهت به دست آوردن عملکرد دینامیکی مطلوب و استخراج بیشترین بهرهوری از انرژی موجود ارائه شده است. رویکرد متداول، استفاده از کنترل کنندههای کلاسیک می باشد. در سالهای اخیر، کنترلهای منطق فازی در مهندسی سیستمهای قدرت، مورد توجه بسیار و رو به رشدی قرار گرفتهاند. منطق فازی یک سیستم استدلالی برای شکل دهی استدلال تقریبی است [6]. سیستم منطق فازی یک چهارچوب بسیار مناسب برای مدل سازی کارآمد و کامل عدم قطعیت در استدلال بشری با استفاده از متغیرهای زبانی و توابع عضویت فراهم مینماید. کنترلهای منطق فازی در مقایسه با کنترلهای متداول از نظر عملکرد و مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت، برتر بوده است. همچنین در سالهای اخیر از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل حساسیت و انعطاف پذیری آن در برابر تغییر پارامترها و تغییر بارهای بزرگ حتی در حضور عوامل غیرخطی نظیر محدودیت نرخ تولید مورد توجه قرار گرفته است[7].
در بخش اول این تحقیق، به پیاده سازی یک مدل دینامیکی از سیستم توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره سازی انرژی (باتری) برای خودرو الکتریکی پرداخته شده است. سپس به طراحی کنترلی برای سیستم مذکور پرداخته شده است. اولین استراتژی استفاده از کنترل کننده کلاسیک میباشد. سپس از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل قابلیت خوب این کنترل کننده در مسائل پیچیده ، برای بهبود انحراف فرکانس شبکه بهره میبریم. در بخش شبیه سازی نشان داده خواهد شد که کنترل کننده پیشنهاد شده، عملکرد نسبتاً مناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان میدهد و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم است.

1-2 تعریف مسأله
انرژی الکتریکی برای هر فردی ضروری است به ویژه در قرن جدید که در آن مردم به دنبال زندگی با کیفیت بالاتری هستند. این واقعیت در جهان پذیرفته شده است که انرژی الکتریکی برای توسعه اجتماعی و اقتصادی، ضروری است.
مطالعات اخیر نشان می دهد که حدود 20% تا 30% انرژی مصرفی بدون نیاز به تغییرات در ساختار فیزیکی سیستم و تنها به وسیله عملکرد بهینه و مدیریت شده قابل کاهش خواهد بود. یکی از روشهای کاهش تلفات و پاسخ به نیاز مصرف کنندگان و کاهش انتشار گازهای گلخانهای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس به صورت محلی مانند انرژی خورشیدی، باد، هیدروژن و …. و ترکیب آنها برای پیاده سازی سیستم های مدولار، قابل گسترش و برنامهریزی میباشد.
از سویی، بخش حمل و نقل عمده ترین بخش مصرف کننده فرآورده های نفتی و بالطبع یکی از مهمترین عوامل آلودگی محیط زیست خواهد بود. بنابراین، با توجه به بحران انرژی و محیط زیست در آینده به ویژه در کشورهای صنعتی، موضوع جایگزینی اتومبیل های کنونی (احتراق داخلی) با خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر، نگرانی های گسترده در مورد گرم شدن زمین و نیز آلودگی هوای ناشی از مصرف سوختهای فسیلی توسط خودروها اهمیت یافتن راهکارهای جدید برای تغییر منبع انرژی مورد نیاز خودروها را دو چندان ساخته است. یکی از منابع انرژی پراکنده خودرو الکتریکی هیبرید قابل اتصال به شبکه برق است. این خودرو یک اتومبیل الکتریکی بنزینی شبیه اتومبیل های امروزی است، اما دارای یک باتری بزرگتر و یک کابل برای اتصال به شبکه برق جهت شارژ است [8].

1-3 پیشینه تحقیق
به دلیل قابلیت ذخیرهسازی زیاد انرژی، باتریها دیگر نمی توانند مانند اتومبیلهای هیبرید استاندارد، با بکارگیری یک موتور احتراقی دوباره شارژ شوند، بنابراین باید به برق وصل شوند تا سیستم باتری با برق شبکه شارژ گردد. به همین دلیل یک سیستم ذخیره سازی انرژی (باتری) برای سیستم قدرت خودرو الکتریکی در نظر گرفته شده است این باتری از نوع NI-MH می باشد] 8[. تحقیقات نشان داده که عمر باتری توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرار میگیرد که مهم ترین عوامل شامل: حرارت شدید، شارژ و دشارژ بیش از اندازه میباشد. این عوامل عملکرد باتری را بدتر کرده و این عمل منجر به بدتر شدن عملکرد خودرو الکتریکی و بهرهوری آن میشود ]9[. درجه حرارت می تواند دو اثر مهم در عملکرد باتری داشته باشد، هم می تواند راندمان باتری را بهبود بخشد و هم می تواند به طور قابل توجهی عمر باتری را کوتاه کند.
با افزایش دما راندمان مقاومت داخلی باتری کاهش مییابد و این عملکرد باتری را بهبود میبخشد و درجه حرارت بالا باعث میشود که واکنش شیمیایی در باتری سریعتر انجام شود که این امر به اجزای باتری آسیب میرساند و عمر باتری را کاهش میدهد [10].
با نظر به منابع انرژی پراکنده قابل بهرهبرداری، سیستمهای قدرتی که از منابع تولید توان الکتریکی مختلفی استفاده میکنند، با عنوان سیستم قدرت هیبرید شناخته میشوند. طراحی اجزای سیستمهای قدرت کوچک با قابلیت اتصال و انفصال از شبکه سراسری برق که اصطلاحاً ریز شبکه نامیده میشوند، باید به نحوی باشد که عملکرد مطمئن آن را در هر دو حالت بهره برداری شامل حالت اتصال به شبکه و حالت جزیره ای یا مستقل از شبکه تضمین نماید. بارها و منابع انرژی هیبرید در یک ریز شبکه می توانند با حداقل زمان ممکن، از شبکه سراسری منفصل شده و مجددا به آن وصل شوند و بدین ترتیب منجر به افزایش قابلیت اطمینان در تأمین بارهای ریز شبکه شوند.
یکی از کاربردهای اساسی فناوری ریز شبکه، هماهنگی بین تولیدکننده های مختلف و بارهای کنترل پذیر جهت ارائه یک سیستم کارا و سودمند میباشد. در این راستا سیستم مدیریت انرژی به منظور مدیریت عملکرد ریز شبکه نیاز است. مقالات زیادی نیز پیش از این در این زمینه ارائه شدهاند. از جمله [11] که کاربرد یک کنترل کننده مرکزی را برای بهینه سازی عملکرد یک ریز شبکه در زمان اتصال به شبکه تشریح میکند. در [12] یک سیستم مدیریت انرژی برای بهینه کردن عملکرد ریز شبکه شامل مدیریت سمت بار و منابع تولید پراکنده ارائه شده است. اما یکی از موضوعات مهمی که در طراحی سیستم مدیریت انرژی باید مورد توجه قرار گیرد، مسأله ذخیره سازی انرژی در عناصری با این قابلیت است. مبحث فوق، توام با بکارگیری منابع تولید تجدیدپذیر مشتمل بر سلول خورشیدی، توربین بادی، پیل سوختی و… مورد توجه قرار گرفته است. علت این امر، پاسخ گویی سریع به تغییرات بار شبکه توسط ذخایر چرخان و باتری های ذخیره ساز انرژی است. با مطرح شدن خودروهای برقی با قابلیت تبادل توان با شبکه های قدرت، تحقیقات جدیدی در زمینه استفاده از قابلیت ذخیره سازی انرژی در آنها و بکارگیری آنها در پایداری شبکه های قدرت انجام شده است. که در اغلب این تحقیقات استفاده از قابلیت خودروها به عنوان رزرو چرخان ارزیابی شده است [13-14].

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***