توصيفگر ها :
ريزشبكه DC , منابع توليد پراكنده , سيستم فتوولتائيك , سيستم ذخيرهساز باتري
چكيده فارسي :
ريزشبكهها به عنوان سيستمهاي قدرت در مقياس كوچك، شامل منابع توليد انرژي پراكنده، ذخيرهسازهاي انرژي و انواع بارها هستند كه قابليت كار در حالت متصل به شبكه و همچنين جدا از شبكه را دارا ميباشند. ريزشبكههاي DC نسبت به ريزشبكههاي AC به دليل قابليت انطباق آسانتر با منابع توليد انرژي تجديدپذير، سيستمهاي ذخيرهساز باتري و بارهاي الكترونيكي، هزينه ساخت پايينتر و بازدهي بالاتري دارند. از ميان منابع توليد انرژي تجديدپذير، سيستمهاي فتوولتائيك به دليل كاهش هزينه ساخت پنلها، بازدهي و طول عمربالا به يكي از پركاربردترين منابع انرژي تجديدپذير در ريزشبكهها تبديل شدهاند. از ديگر دلايل محبوبيت سيستمهاي فتوولتائيك قابليت رديابي نقطه بيشينه توان آنهاست كه باعث به حداكثر رساندن بازدهي و كسب درآمد از آنها ميشود. اما همين قابليت به دليل ماهيت تصادفي تابش خورشيد، موجب چالشهايي براي ريزشبكهها به ويژه در حالت جدا از شبكه ميشود. از مهمترين اين چالشها، برهم خوردن تعادل توان و ناپايداري ولتاژ در ريزشبكه ميشود. در سالهاي اخير مطالعات گستردهاي بر روي روشهاي كنترلي رديابي انعطاف پذير توان سيستمهاي فتوولتائيك صورت گرفته است. هدف اين روشها تنظيم توان خروجي سيستمهاي فتوولتائيك به مقدار مشخصي زير نقطه بيشينه توان است كه تعادل توليد و مصرف را در ريزشبكه حفظ كنند. همچنين در برخي تحقيقات به منظور بهبود پايداري ريزشبكه سطح شارژ ذخيرهساز باتري به عنوان يك پارامتر تعيين كننده در الگوريتم كنترلي براي تعيين ميزان توان تزريقي سيستم فتوولتائيك و تسهيم بهتر توان ميان ساير واحدها، وارد شده است. از مهمترين ايرادات روشهاي رديابي انعطاف پذير توان سيستمهاي فتوولتائيك، نوسان پايدار حول نقطه كار، اغتشاشهاي شديد ناشي از مخرج صفر در محاسبات و ناتواني در رديابي نقط توان در شرايط متغير محيطي مانند تغيير تابش يا دما است. در اين پاياننامه، يك ساختار كنترلي جديد براي سيستم فتوولتائيك در ريزشبكه DC ارائه ميشود كه مبتني بر رديابي نقطه توان انعطاف پذير ارتقايافته به همراه كنترل دروپ است. سپس سيستم كنترل ثانويه ريزشبكه جهت تنظيم توان سيستم فتوولتاييك و سيستمهاي ذخيره ساز باتري براي تثبيت ولتاژ باس اصلي ريزشبكه ارائه ميشود. در سيستم كنترل مبتني بر رديابي انعطاف پذير توان ارتقايافته، از يك روش تحليل سيگنال گسسته به همراه فيلتر جهت محاسبه مشتق توان بر حسب ولتاژ پنل به همراه كنترل ضد تجمعي استفاده شده كه نوسانهاي توان خروجي پنل را به ميزان قابل توجهي كاهش ميدهد، همچنين اين سيستم قابليت تغيير نقطه كار بين حالت توان بيشينه و سطوح پايينتر توان را به صورت پيوسته و در قالب حلقهي كنترل دروپ مبتني بر مشتق توان بر حسب ولتاژ را دارد. به منظور تسهيم مناسب توان، در سطح كنترل اوليه واحدهاي ريزشبكه از روش دروپ ارتقا يافته استفاده شده است كه در ذخيرهساز باتري، پارامترسطح شارژ و در سيستم فتوولتائيك شيب منحني توان - ولتاژ پنل خورشيدي در الگوريتم كنترلي وارد شده است. الگوريتم دروپ مبتني بر سطح شارژ باتري قابليت گذار پيوسته بين حالات شارژ و دشارژ را براي باتري فراهم ميكند. همچنين يك كنترل كننده تناسبي انتگرالگير در سطح كنترل ثانويه به منظور بازيابي انحرافات ولتاژ ريزشبكه در نظر گرفته شده است. در نهايت، طراحي كنترلكننده ها و تحليل پايداري سيستم با استخراج مدل سيگنال كوچك انجام شده است. كارايي اين طرح ابتدا با شبيه سازي در محيط سيمولينك بررسي شده و در ادامه با طراحي و ساخت يك ريزشبكه DC شامل سيستم فتوولتاييك، سيستم ذخيرهساز باتري و بار توان ثابت قابل تنظيم، صحت عملكرد سيستم كنترل پيشنهادي به صورت عملي و در قالب سناريوهاي مختلف نشان داده شده است.
چكيده انگليسي :
A microgrid is a small-scale power system that includes distributed energy sources, energy storage devices, and a variety of loads that can operate in both on-grid and off-grid modes. DC microgrids have lower construction cost and higher efficiency than AC microgrids due to their easier compatibility with renewable energy generation sources, battery storage systems, and electronic loads. Among renewable energy sources, photovoltaic systems have become a popular energy source due to their low panel construction cost, high efficiency, and long service life and ability to track their maximum power point, so that their use in microgrids and distribution systems is increasing every year. One of the most important challenges in islanded microgrids is the imbalance between production and consumption, which leads to instability in the main bus voltage of the microgrid. In recent years, extensive studies have been conducted on control methods for photovoltaic systems, which have led to the development of new control methods for achieving a flexible power point. The goal of these methods is to adjust the power of photovoltaic systems to a certain value that maintains the stability of the microgrid. The most important drawbacks of some methods for flexible power point tracking of photovoltaic systems are constant oscillation around the desired power point, severe disturbances caused by the denominator of zero in the calculations. In this thesis, a control system based on flexible power point tracking and droop control for photovoltaic system in DC microgrid is presented. Then, the secondary microgrid control system is presented to adjust the power of the photovoltaic system and the battery storage systems to stabilize the main bus voltage of the microgrid. In the improved flexible power point tracking control system, a discrete signal analysis method with a filter is used to calculate the derivative of power in terms of panel voltage along with anti-windup control, which significantly reduces the fluctuations of the panel output power. Also, this system has the ability to change the operating point between the maximum achievable power mode and powers less than the maximum power continuously and in the main loop of the droop control based on the derivative of power in terms of voltage. In order to properly share the power, the improved droop method is used at the primary control level of the microgrid units, which in the battery storage, the charge level parameter and in the photovoltaic system, the slope of the solar panel P-V curve are entered in the control algorithm. Droop algorithm based on battery charge level is able to continuously change the state of the battery between charge and discharge state. Finally, controller design and system stability analysis have been done by extracting the small signal model. The efficiency of this scheme is first investigated by simulation in the Simulink environment and then by designing and building a DC microgrid including a photovoltaic system, a battery storage system and a programmable fixed power load, the accuracy of the proposed control system is demonstrated practically and in the form of different scenarios.