بررسی و بهبود کیفیت توان در نیروگاههای بادی متصل به شبکه

امروزه در جهان، تقاضای انرژی الکتریکی به سرعت در حال افزایش است. برای برآورده کردن این نیاز، انواع مختلفی از منابع تولید توان به کار گرفته شده اند. در سالیان اخیر، منابع تولید پراکنده distributed generation- dg یکی از موضوع های بسیار جذاب برای محققان انرژی الکتریکی، جهت تأمین بخشی از نیازمندیهای انرژی بوده است. ضرورت استفاده از انرژی های تجدید پذیر، عوامل اقتصادی، زیست محیطی و تکنولوژیکی، دلایل اصلی استفاده از dg ها در سیستمهای قدرت بوده است. تکنولوژی های dg شامل انواع مختلف منابع تولید توان می باشد که از جمله آنها می توان به توربین های بادی، سلولهای خورشیدی photovoltaic، پیل سوختی، میکرو توربین ها، توربین های احتراقی کوچک، توربین های بخار کوچک و مولدهای آبی مقیاس کوچک و تکنولوژیهای ذخیره انرژی اشاره کرد. در تمامی این موارد مولد به قسمت low voltage شبکه یا به عبارتی به شبکه توزیع(distribution level ) متصل می شود. نیروگاههای بادی به عنوان یکی از سیستم های تولید پراکنده روز به روز افزایش گسترده تری می یابند. از مهمترین دلایل اقبال به آنها می توان به امکان استفاده وسیع از آنها؛ کاهش تلفات در شبکه های انتقال و توزیع، بدلیل نزدیکی مولد به شبکه توزیع و کاهش طول خط انتقال و کاهش افت ولتاژ؛ قابلیت کنترل پارامترهای توان اکتیو و راکتیو، کنترل ولتاژ و امکان بهبود کیفیت توان در سیستم dg با نصب تجهیزات کنترلی جانبی اشاره نمود. در ژنراتور های معمولی سرعت چرخش ژنراتور ثابت می باشد، در نتیجه فرکانس آن ثابت خواهد بود. اما در مولد های بادی، سرعت متغیر بوده و نمی توان آنها را مستقیما به شبکه اتصال داد و توان آنها را به شبکه تزریق نمود. برای این کار باید از رابط های الکترونیکی ( مثلا اینورتر ) استفاده کرد. به علت استفاده از تکنولوژی سوئیچینگ در اینورتر ها، هارمونیک هایی به شبکه تزریق می گردد. متغیر بودن سرعت در مولد های بادی، پارامترهای غیر قابل کنترلی هستند که کیفیت توان را تحت تاثیر خود قرار داده و سبب تنزل پارامترهای مرتبط با این مقوله می شوند. در حالت کلی، کیفیت توان به مفهوم تأمین توان تجهیزات حساس برای بهره برداری مناسب از آنهاست. موثرترین پارامترها بر کیفیت توان، ولتاژ و فرکانس می باشند. هر گونه عدولی از مقادیر تعریف شده این دو کمیت، بهره برداری نامناسب و آسیب تجهیزات را در پی خواهد داشت. همچنین اثرات هارمونیکها، مقدار ضریب قدرت، تزریق مقادیر dcو فلیکر ولتاژ، دیگر موارد مهم می باشند. استفاده از کنترل کننده های مناسب، سبب بهبود کیفیت توان خواهد شد. در این پروژه هدف آن است تا ضمن بررسی مقوله کیفیت توان در مورد نیروگاههای بادی، تکنیکهایی برای بهبود کیفیت توان در آنها ارائه شوند تا بتواند رشد و افزایش بکارگیری منابع تولید پراکنده را موجب شود. در سیستم های مبدل انرژی باد، توربین های سرعت متغییر نسبت به توربین های سرعت ثابت، کارایی بهتری در زمینه بهبود کیفیت توان و کاهش مشکلات فلیکر دارند . همچنین دلایل دیگری برای استفاده از این نوع توربین وجود دارد که برای مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد : کاهش استرس بر روی تجهیزات مکانیکی - کاهش نویز اکوستیک و امکان کنترل توان اکتیو و راکتیو. استفاده از ژنراتورسنکرون مغناطیسی دائم pmsg می تواند طراحی را بسیار ساده کند . به هر حال پیشرفت های اخیر درزمینه الکترونیک قدرت و سیستم های کنترلی باعث شده تا بتوان با روشهای متفاوتی ولتاژ این نوع ژنراتور را تنظیم کنیم معمولا از مبدل منبع ولتاژ vsc برای این منظور استفاده می شود . در این پروژه ما قصد داریم طراحی و شبیه سازی یک سیستم مبدل انرژی باد و سیستم کنترل مربوطه اش را ارائه دهیم که با این ساختار اطمینان داده می شود که با توان تزریق شده به شبکه ، کیفیت توان در نقطه کوپل با شبکه قابل قبول باشد . سیستم ارائه شده شامل یک توربین سرعت متغییر ، ژنراتور سنکرون مغناطیسی دائم و یک سیستم الکترونیک قدرت شامل یکسوساز سه فاز – چاپر و یک کنورتر 48 پالسه برای تزریق توان به شبکه می باشد. چاپر توسط یک سیستم کنترل دنبال کننده ماکزیمم توان به نام mppt باعث می شود تا از انرژی باد استفاده بهینه و ماکزیمم شود. سیستم کنترل کنورتر بر مبنای کنترل جریان متقاطع در مختصات مرجعd–q طراحی شده است.