مبدل چندسطحی جهت بکارگیری سیستم ذخیره سازی انرژی باتری برای کاربرد پیک سایی

در حال حاضر باتری ها از مطرح ترین و آینده دارترین فناوری های ذخیره ساز انرژی الکتریکی در کاربردهای تجاری و صنعتی به شمار می آیند. طرح های ذخیره ساز مورد استفاده در سیستم قدرت تا به امروز بیشتر جنبه تحقیقاتی داشته اند که دلیل آن هزینه سرمایه گذاری بالا و محدودیت توان مبدل های الکترونیک قدرت توان بالا به عنوان واسط میان باتری و شبکه می باشد. نمونه های عملی از سیستم های ذخیره ساز برای کاربردهای مختلفی نظیر فرمان پذیرکردن منابع انرژی تجدیدپذیر با تولید ناپیوسته، تأمین توان بدون وقفه و پیک سایی نصب شده اند. هدف اصلی از پیک سایی کاهش بار پیک از طریق تأمین انرژی مورد نیاز شبکه از زمان های کم باری است. بدین ترتیب ظرفیت خطوط انتقال تا حد زیادی آزاد شده، سرمایه گذاری های مورد نیاز جهت ارتقاء شبکه انتقال به تعویق افتاده و با خارج شدن نیروگاه های زمان پیک بر مبنای سوخت های فسیلی از میزان تولید آلاینده ها تا حد مطلوبی کاسته می شود. اما در حال حاضر چالش های اصلی در بکارگیری وسیع سیستم های ذخیره ساز انرژی در سطح شبکه، هزینه سرمایه گذاری بالای آن ها و محدودیت در ساختارهای مبدل های مناسب جهت تبادل توان بالا با شبکه (در محدوده چند ده مگاوات) و در سطح ولتاژ بالا (در محدوده چند ده کیلوولت) می باشند. این پایان نامه در دو بخش کلی به بررسی ذخیره سازها و ارائه یک ساختار مناسب برای مبدل های الکترونیکی جهت استفاده از باتری ها به عنوان گزینه مناسب برای کاربرد پیک سایی می پردازد. بخش اول انواع سیستم های ذخیره ساز انرژی و کاربردهای مختلف آن ها را در شبکه های توزیع و انتقال مورد بررسی قرار می دهد. سپس با معرفی کاربرد پیک سایی و ویژگی های ذخیره سازی مورد نیاز آن مانند چگالی انرژی، طول عمر و تعداد چرخه های شارژ و دشارژ، مدت زمان و ظرفیت شارژ و دشارژ، ذخیره سازهای مناسب برای این کاربرد نظیر باتری های سولفید سدیم و سرب اسید بررسی می شوند. در بخش دوم با معرفی انواع مبدل ها، مبدل تک ستاره تمام پل با ویژگی هایی چون امکان کاربرد در سطوح ولتاژ بالا، کاهش فرکانس کلیدزنی و بهبود کیفیت توان در سمت شبکه به عنوان یک گزینه مناسب برای تبادل توان میان باتری ها و شبکه مطرح شده و در قیاس با آن یک ساختار جدید در کنار نحوه کنترل آن ارائه می شود. ویژگی های اصلی ساختار پیشنهادی استفاده از ماژول های نیم پل، امکان کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو و حفظ تعادل شارژ مجموعه باتری ها می باشد. طرح پیشنهادی علاوه بر کاهش تعداد کلیدهای مورد نیاز نسبت به طرح های موجود، به دلیل حفظ تعادل شارژ باتری ها همزمان با تبادل توان با شبکه موجب طولانی تر شدن عمر مفید باتری ها می گردد. راست آزمایی مبدل پیشنهادی از طریق شبیه سازی یک سیستم مطالعاتی سه فاز با چهار سلول در هر فاز و پیاده سازی عملی یک نمونه تک فاز آن انجام می پذیرد. به منظور برقرار نمودن تعادل شارژ باتری ها از دو مدار کنترل تعادل و کنترل مجزای واحدهای باتری استفاده شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها و مدار عملی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی و شیوه کنترل آن قابلیت دنبال نمودن فرمان توان اکتیو مرجع را حتی در زمان عدم وجود تعادل شارژ در باتری ها داشته و جریان سینوسی تزریقی به شبکه نیز به دلیل استفاده از ولتاژ چند سطحی نزدیک به سینوسی دارای اعوجاج هارمونیکی کل کمتر از دو درصد می باشد.