طراحی سیستمی و تحلیل دینامیکی نیروگاه های فتوولتائیک متصل به شبکه

پیشرفت های دو دهه اخیر در فناوری ساخت سلول های فتوولتائیک، نیروگاه های فتوولتائیک چند ده مگاواتی را به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در بسیاری از کشورهای صنعتی و در حال توسعه مطرح نموده است. یکی از چالش های اصلی در نیروگاه های فتولتائیک توان بالا، مسأله طراحی سیستمی آن ها می باشد. تاکنون مطالعات فراوانی در رابطه با ساختارهای نیروگاه های فتوولتائیک صورت گرفته است. از دیدگاه مبدل های الکترونیک قدرت می توان ساختارهای موجود در نیروگاه های خورشیدی را در چهار گروه متمرکز، رشته ای، چندرشته ای و مدولار طبقه بندی نمود که این ساختارها از لحاظ هزینه و بازده با یکدیگر متفاوت می باشندکه مقایسه بین ساختارها با استفاده از معیار "هزینه انرژی تراز شده" صورت می گیرد. این معیار به صورت نسبت کل هزینه در طول عمر مفید یک نیروگاه بر کل انرژی تولیدی از نیروگاه در طول عمر مفید آن تعریف می گردد.از سوی دیگرنحوه برقراری اتصالات میان اینورترها و پانل های فتوولتائیک، تأثیر چشم گیری بر قابلیت اطمینان کلی سیستم دارد و قابلیت اطمینان ساختارهای مختلف با یکدیگر متفاوت می باشند، این در حالی است که اثر قابلیت اطمینان سیستم در شاخص هزینه انرژی تراز شده لحاظ نگردیده است. در این پایان نامه، ابتدا نحوه محاسبه قابلیت اطمینان ساختارهای مرسوم فتوولتائیک با استفاده از روش مارکوف بیان می شود. سپس به-منظور مقایسه فنی- اقتصادی میان این ساختارها، معیار هزینه انرژی تراز شده به گونه ای بازتعریف می شود که علاوه بر در نظر گرفتن عواملی همچون هزینه سرمایه گذاری و بازده، در برگیرنده پارامتر قابلیت اطمینان ساختار نیز باشد. این معیار، هزینه انرژی تراز شده موثرنامیده می شود. در ادامه، بر مبنای ایده پیشنهاد شده در این شاخص، روشی برای طراحی بهینه یک نیروگاه فتوولتائیک از لحاظ هزینه سرمایه گذاری و بازدهی اقتصادی پیشنهاد می گردد. در این روش، مسأله طراحی سیستمی یک نیروگاه فتوولتائیک به صورت یک مسأله ریاضی فرمول بندی می شود که با حل این مسئله، متناسب با سطح توان نیروگاه، بهترین سایز اینورتر و همچنین مناسب ترین نحوه چیدمان پانل های فتوولتائیک مشخص می شود. چالش دیگری که با افزایش ضریب نفوذ نیروگاه های خورشیدی متصل به شبکه مطرح می گردد تاثیر دینامیکی متقابل این نیروگاه ها با شبکه قدرت می باشند، که دینامیک آن ها به طور غالب، متأثر از دینامیک فیلترهای مبدل های الکترونیک قدرت و مدارهای کنترل آن می باشد. در ساختارهای غیر متمرکز، تعداد مبدل ها و کنترل کننده های آنها به طور چشمگیری افزایش می یابد که در اثر افزایش درجه سیستم قدرت، این مبدل-های الکترونیکی می توانند بالقوه بر دینامیک کل سیستم قدرت تاثیر گذار باشند. با توجه به ماهیت انرژی خورشیدی، نقطه کار نیروگاه های فتوولتائیک در طول روز در محدوده وسیعی تغییر می کند. تغییرات وسیع نقطه کار نیروگاه خورشیدی به ویژه در توان های بالا می-تواند بر رفتار دینامیکی سیستم قدرت متصل به نیروگاه تاثیر گذار باشد. دربخش دوم این پایان نامه یک سیستم نمونه، متشکل از منابع سوخت فسیلی و نیروگاه های فتوولتائیک مورد مطالعه قرار می گیرد که در این مطالعه، ابتدا مدل خطی سیستم را بدست آورده، سپس با استفاده از آنالیز سیگنال کوچک، اثر تغییر نقاط عملکرد نیروگاه های فتوولتائیک بر پایداری دینامیکی شبکه قدرت بررسی می-شود. در ادامه به منظور اطمینان از صحت مدل تحلیلی ارائه شده، سیستم را به صورت غیرخطی شبیه سازی نموده وبا اعمال یک اختلال کوچک به سیستم، پایداری دینامیکی آن ارزیابی گردید.