مقاله رایگان با موضوع قدرت انرژی خورشیدی و باد

101/3/1 , 11:46 ع نظر

عنوان مقاله:

ردیابی نقطه قدرت بهینه انرژی خورشیدی و باد در یک سیستم انرژی خورشیدی بادی هیبریدی

Optimal power point tracking of solar and wind energy in a hybrid wind solar energy system

سال انتشار: 2022

رشته: مهندسی برق - مهندسی انرژی

گرایش: برق قدرت - مهندسی کنترل - تولید، انتقال و توزیع - انرژی های تجدیدپذیر - سیستم های انرژی

دانلود رایگان این مقاله:

دانلود مقاله قدرت انرژی خورشیدی و باد

مشاهده سایر مقالات جدید:

مقالات جدید مهندسی برق

مقالات جدید مهندسی انرژی

Perturb & observe algorithm

The Perturb & Observe (P&O) method is an arithmetic modelling method employed to seeking the optimal point of a specifed function. This technique emphasizes to use a control parameter perturbing in slight increment size and fnding the results in the aim function before the slope is zero. The P&O technique periodically works by perturbing the voltage value and observing the power variations. This method continuously tracks the output power and voltage of the solar PV system. As displayed in Fig. 10, if the operational point is to the left-hand side of the maximum point in the curve, the controller operates to the right, to get the maximum point. If the operational point is to the right-hand side of the maximum point, the controller operates to the left, to maximize the output. This mechanism can be obtained by taking the slope of the control variable with respect to the target variable [25]. In this algorithm, the voltage and the power is taken as the input from the PV array. When the operating voltage is perturbed and if the power increases, then the position has shifted toward the maximum power point. This process is continued till the power decreases. If the perturbed power decreases, then the operating position has shifted away from the MPP. Then the operating voltage should be perturbed in the opposite path. The movement of the operating point can also be determined with the help of slope of the power variation with respect to the voltage variation. In this way, the algorithm ensures the system to reaches maximum power operating point as shown in Fig. 11. However, there is a trade of to be considered while taking the step size of the duty cycle, as large step size signifes that quicker response and additional oscillations throughout the peak point, which indicates lesser efciency. If the step size is signifcantly smaller, the efciency increases but greatly decreases the convergence speed.

Region 1 and Region 3

The key objective of these regions is to continue the turbine in its minimum value in region 1and maximum value in region 3. When the wind speed is relatively low, the turbine also revolves at a low frequency. This lower-frequency correlates to the resonance frequencies of the tower. Prolonged or continuous running of the turbine at lower speeds excites the resonant frequency of the tower and it weakens the structures and breaks due to vibrations. Hence, there is a limit set for the turbine below which should not be operated. When the wind speeds are at dangerously high levels, the turbine speeds are to be limited to maximum safe operating levels as higher speeds cause inertial and centrifugal forces to act on the wind blades and turbine shafts, which breaks/damages the structure completely. Hence, the turbine is operated within the maximum safe operating limits. Power maximization is not of importance in these regions and the only emphasis is to maintain the speeds in this region. Region 2 In this region, the main objective is to extract optimum power. When the wind speed increases within this region the rotational turbine speed also increases linearly to attain maximum power extraction in this region. To attain the maximum power MPPT strategies are used with diferent types of controllers. One, by taking electromagnetic torque as a reference, which intern tracks the maximum power point. These types of controllers are called Indirect Speed Controllers (ISC). Second, by generating optimal turbine rotation speed (Tip speed ratio method) for each wind speed value and use this as the rotational speed reference. This type of controller is called direct speed controllers (DSC). Solar PV modelling Photovoltaic cells absorb photon energy (Light energy) and generate pollution-free electricity through the photoelectric efect. When photons are incident on the surface of the semiconducting material, it absorbs photon energy creating excess electron-hole pairs in the material. As each cell is doped to create an electric feld at the junction (PN junction), the current fows only in a particular direction and blocks its fow in another direction. Thus, photovoltaic cells can be ideally represented by an ideal current source parallel to a diode. This model is also called a single diode PV module equivalent circuit, which includes resistive elements (one in series and in parallel) accounting for power loss. A series resistance resembles the losses that occurred due to joule’s efect, which is due to metal grids, connector bus and semiconductor material. A parallel resistance also called as shunt resistance is associated with current seepage in a cell due to cell thickness and surface efects. The efects of series resistance are predominantly due to the multiplication of cell resistance in the PV module.

(دقت کنید که این بخش از متن، با استفاده از گوگل ترنسلیت ترجمه شده و توسط مترجمین سایت ای ترجمه، ترجمه نشده است و صرفا جهت آشنایی شما با متن میباشد.)

الگوریتم آشفتگی و مشاهده

روش Perturb & Observe (P&O) یک روش مدل‌سازی حسابی است که برای جستجوی نقطه بهینه یک تابع مشخص استفاده می‌شود. این تکنیک بر استفاده از پارامتر کنترلی اغتشاش در اندازه افزایش جزئی و یافتن نتایج در تابع هدف قبل از صفر شدن شیب تاکید دارد. تکنیک P&O بطور دوره ای با برهم زدن مقدار ولتاژ و مشاهده تغییرات توان کار می کند. این روش به طور مداوم توان و ولتاژ خروجی سیستم PV خورشیدی را ردیابی می کند. همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است، اگر نقطه عملیاتی در سمت چپ نقطه حداکثر در منحنی باشد، کنترل کننده به سمت راست عمل می کند تا حداکثر نقطه را بدست آورد. اگر نقطه عملیاتی در سمت راست نقطه حداکثر باشد، کنترل کننده به سمت چپ عمل می کند تا خروجی را به حداکثر برساند. این مکانیسم را می توان با گرفتن شیب متغیر کنترل نسبت به متغیر هدف به دست آورد [25]. در این الگوریتم ولتاژ و توان به عنوان ورودی از آرایه PV گرفته می شود. هنگامی که ولتاژ عملیاتی مختل می شود و اگر توان افزایش یابد، موقعیت به سمت نقطه حداکثر توان تغییر می کند. این روند تا کاهش قدرت ادامه می یابد. اگر توان آشفته کاهش یابد، موقعیت عملیاتی از MPP دور شده است. سپس ولتاژ کار باید در مسیر مخالف مختل شود. حرکت نقطه عملیاتی را نیز می توان با کمک شیب تغییر توان نسبت به تغییرات ولتاژ تعیین کرد. به این ترتیب، الگوریتم اطمینان می‌دهد که سیستم به نقطه عملیاتی حداکثر توان می‌رسد، همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است. با این حال، هنگام برداشتن اندازه گام چرخه وظیفه، باید در نظر گرفته شود، زیرا اندازه گام بزرگ نشان‌دهنده پاسخ سریع‌تر است. و نوسانات اضافی در سراسر نقطه اوج، که نشان دهنده راندمان کمتر است. اگر اندازه گام به طور قابل توجهی کوچکتر باشد، راندمان افزایش می یابد اما سرعت همگرایی را تا حد زیادی کاهش می دهد.

منطقه 1 و منطقه 3

هدف کلیدی این مناطق، ادامه توربین در حداقل مقدار آن در منطقه 1 و حداکثر مقدار آن در منطقه 3 است. هنگامی که سرعت باد نسبتاً کم است، توربین نیز با فرکانس پایین می چرخد. این فرکانس پایین با فرکانس های تشدید برج ارتباط دارد. کارکرد طولانی مدت یا مداوم توربین در سرعت های پایین تر فرکانس تشدید برج را تحریک می کند و ساختارها را ضعیف می کند و در اثر ارتعاشات می شکند. از این رو، محدودیتی برای توربین تعیین شده است که زیر آن نباید کار کرد. هنگامی که سرعت باد در سطوح خطرناکی است، سرعت توربین باید به حداکثر سطوح عملیاتی ایمن محدود شود، زیرا سرعت‌های بالاتر باعث می‌شود نیروهای اینرسی و گریز از مرکز بر روی پره‌های باد و شفت‌های توربین وارد شوند، که ساختار را به طور کامل می‌شکند. از این رو، توربین در حداکثر محدودیت های عملیاتی ایمن کار می کند. حداکثر توان در این مناطق اهمیتی ندارد و تنها تاکید بر حفظ سرعت در این منطقه است. منطقه 2 در این منطقه، هدف اصلی استخراج توان بهینه است. هنگامی که سرعت باد در این منطقه افزایش می‌یابد، سرعت توربین چرخشی نیز به صورت خطی افزایش می‌یابد تا حداکثر توان استخراج در این منطقه به دست آید. برای دستیابی به حداکثر قدرت، استراتژی های MPPT با انواع مختلف کنترل کننده ها استفاده می شود. یکی، با در نظر گرفتن گشتاور الکترومغناطیسی به عنوان مرجع، که کارآموز حداکثر نقطه توان را ردیابی می کند. این نوع از کنترلرها را کنترل کننده سرعت غیر مستقیم (ISC) می نامند. دوم، با تولید سرعت چرخش بهینه توربین (روش نسبت سرعت نوک) برای هر مقدار سرعت باد و استفاده از آن به عنوان مرجع سرعت چرخشی. به این نوع کنترل کننده ها، کنترل کننده های سرعت مستقیم (DSC) می گویند. مدل‌سازی خورشیدی PV سلول‌های فتوولتائیک انرژی فوتون (انرژی نور) را جذب می‌کنند و از طریق اثر فوتوالکتریک برق بدون آلودگی تولید می‌کنند. هنگامی که فوتون ها روی سطح ماده نیمه رسانا برخورد می کنند، انرژی فوتون را جذب می کند و جفت الکترون-حفره اضافی در ماده ایجاد می کند. از آنجایی که هر سلول برای ایجاد یک فلد الکتریکی در محل اتصال (اتصال PN) دوپ می شود، جریان فقط در یک جهت خاص حرکت می کند و جلوی آن را در جهت دیگری مسدود می کند. بنابراین، سلول های فتوولتائیک را می توان به طور ایده آل با یک منبع جریان ایده آل به موازات یک دیود نشان داد. این مدل مدار معادل ماژول PV تک دیودی نیز نامیده می شود که شامل عناصر مقاومتی (یکی به صورت سری و موازی) برای محاسبه تلفات برق است. یک مقاومت سری شبیه تلفاتی است که در اثر اثر ژول رخ می دهد، که ناشی از شبکه های فلزی، گذرگاه اتصال و مواد نیمه هادی است. مقاومت موازی که به نام مقاومت شنت نیز نامیده می شود با تراوش جریان در سلول به دلیل ضخامت سلول و اثرات سطحی همراه است. اثرات مقاومت سری عمدتاً به دلیل چند برابر شدن مقاومت سلولی در ماژول PV است.