چکیده:

خورشید یک منبع عظیم انرژی محسوب می شود و با توجه به کاهش هزینه­ های ساخت سلول­های خورشیدی در طول زمان، استفاده از سیستم­های فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.

در این پایان نامه، به ارائه یک سیستم کنترلی مناسب جهت مدیریت انرژی در سیستم تولید پراکنده هیبرید متشکل از سیستم فتوولتائیک، دیزل ژنراتور، ذخیره سازی انرژی در باتری خودرو الکتریکی پرداخته شده است. در این تحقیق، سیستم فتولتائیک و باتری خودرو الکتریکی به عنوان منابع اصلی انرژی تحویل دهنده به شبکه می باشند و دیزل ژنراتور به عنوان سیستم پشتیبان مورد استفاده قرار می­گیرد.

ابتدا به مدل سازی دینامیکی مناسب از اجزای این سیستم ها مبادرت شده و سپس سیستم کنترلی پیشنهاد شده که مبتنی بر مدل فازی می­باشد ارائه می­گردد. این استراتژی پیشنهادی با کنترل کننده کلاسیک مقایسه می­گردد. میزان مقاوم بودن استراتژی پیشنهادی در برابر تغییرات بار بررسی و در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی گردیده است و نتایج مرتبط تحلیل شده است.

در بخش نتایج مشاهده می شود که سیستم­های کنترلی، قادر به جبران سازی و مدیریت توان در برابر تغییرات ناگهانی بار می باشند و سیستم در تامین تقاضای بار با مشکل مواجه نمی­گردد. در این میان مشاهده می­گردد که استراتژی پیشنهادی که مبتنی بر مدل فازی بوده دارای عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده کلاسیک می­باشد.

واژه های کلیدی:

خودرو الکتریکی، فتوولتائیک، کنترل فرکانس، منطق فازی

 فهرست مطالب

عنوان                                                                                            صفحه

        فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق

۱-۱ مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… ۲

۱-۲ تعریف مسأله …………………………………………………………………………………………………………. ۳

۱-۳ پیشینه تحقیق …………………………………………………………………………………………………………. ۴

۱-۴ سوالات اصلی تحقیق ……………………………………………………………………………………………… ۶

۱-۵ اهداف …………………………………………………………………………………………………………………. ۶

۱-۶ ضرورت و اهداف پژوهش ………………………………………………………………………………………. ۷

فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق

۲-۱ مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………. ۱۰

۲-۲ ریز شبکه …………………………………………………………………………………………………………….. ۱۰

۲-۳ تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………………………… ۱۰

۲-۳-۱ تعریف تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………….. ۱۰

۲-۳-۲ مزایای تولیدات پراکنده ……………………………………………………………………………………… ۱۱

۲-۳-۳ بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده …………………………………………………………………. ۱۱

۲-۳-۴ انواع تولیدات پراکنده ……………………………………………………………………………………….  ۱۳

۲-۴ سیستم هیبرید ………………………………………………………………………………………………………. ۱۳

۲-۴-۱ مزایای ریز شبکه و چالش های سیستم هیبریدی ……………………………………………………… ۱۴

۲-۵ سیستم فتوولتائیک ………………………………………………………………………………………………… ۱۵

۲-۵-۱ تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک ……………………………………… ۱۵

۲-۶ روش های کاربرد سیستم های برق خورشیدی …………………………………………………………….۲۱

۲-۶-۱ متصل به شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….۲۱

۲-۶-۲ مستقل از شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….۲۳

۲-۷ مدل پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………….۲۴

۲-۷-۱ بررسی روش های دنبال کننده ماکزیمم توان…………………………………………………………..۲۶

۲-۸ دیزل ژنراتور ……………………………………………………………………………………………………….۳۰

۲-۹ وسایل ذخیره انرژی ………………………………………………………………………………………………۳۱

۲-۱۰ خودرو الکتریکی ……………………………………………………………………………………………….۳۳

۲-۱۰-۱ تعریف و معرفی انواع خودروهای الکتریکی ………………………………………………………..۳۳

۲-۱۰-۲ تعریف V2G و کابردهای آن ……………………………………………………………………………۳۵

۲-۱۰-۳ فرصت ها و چالش­های اتصال خودرو الکتریکی به شبکه………………………………………..۳۸

۲-۱۰-۴ روش های مدل سازی باتری …………………………………………………………………………….۳۹

۲-۱۱ سیستم کنترل فازی ……………………………………………………………………………………………. ۴۴

۲-۱۱-۱ مقدمه فازی …………………………………………………………………………………………………. ۴۴

مقدمه

پیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانی­های مربوط به بیشینه شدن مصرف سوخت های فسیلی موجب پیدایش رویکرد جالب توجهی به انواع مختلف منابع انرژی تجدید پذیر شده است. انرژی الکتریکی در زندگی بشر رایج ترین نوع انرژی است، ولی تولید آن اغلب از طریق سوخت­های فسیلی حاصل می آید که این ذخایر سوختی محدودیت­های بسیاری دارند [۱]. این محدودیت­ها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژی های تولید توان تجدیدپذیر از قبیل باد، خورشید و … جلب شود.

تعریف مسأله

انرژی الکتریکی برای هر فردی ضروری است به ویژه در قرن جدید که در آن مردم به دنبال زندگی با کیفیت بالاتری هستند. این واقعیت در جهان پذیرفته شده است که انرژی الکتریکی برای توسعه اجتماعی و اقتصادی، ضروری است.

مطالعات اخیر نشان می دهد که حدود ۲۰% تا ۳۰% انرژی مصرفی بدون نیاز به تغییرات در ساختار فیزیکی سیستم و تنها به وسیله عملکرد بهینه و مدیریت شده قابل کاهش خواهد بود. یکی از روش های کاهش تلفات و پاسخ به نیاز مصرف کنندگان و کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس به صورت محلی مانند انرژی خورشیدی، باد، هیدروژن و …. و ترکیب آنها برای پیاده سازی سیستم های مدولار، قابل گسترش و برنامه ­ریزی می­باشد.

از سویی، بخش حمل و نقل عمده ترین بخش مصرف کننده فرآورده های نفتی و بالطبع یکی از مهمترین عوامل آلودگی محیط زیست خواهد بود. بنابراین، با توجه به بحران انرژی و محیط زیست در آینده به ویژه در کشورهای صنعتی، موضوع جایگزینی اتومبیل های کنونی (احتراق داخلی) با خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر، نگرانی های گسترده در مورد گرم شدن زمین و نیز آلودگی هوای ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی توسط خودروها اهمیت یافتن راهکارهای جدید برای تغییر منبع انرژی مورد نیاز خودروها را دو چندان ساخته است. یکی از منابع انرژی پراکنده خودرو الکتریکی هیبرید قابل اتصال به شبکه برق است. این خودرو یک اتومبیل الکتریکی بنزینی شبیه اتومبیل های امروزی است، اما دارای یک باتری بزرگتر و یک کابل برای اتصال به شبکه برق جهت شارژ است [۸].

۱-۳ پیشینه تحقیق

اهداف

در این میان، مبحث کنترل فرکانس از اهمیت شایانی در بهره ­برداری از ریز شبکه برخوردار است. کنترل فرکانس، با مدل سازی منابع تولید موجود در ریز شبکه قدرت در دو فرم متصل به شبکه     بی­نهایت و ایزوله از آن صورت می پذیرد. اینکه ریز شبکه مورد مطالعه دارای یک، دو یا چند ناحیه تولید ومصرف توان است، در نحوه کنترل فرکانس ریز شبکه تاثیرگذار بوده و دقت مدل­سازی   سیستم­های درگیر با مجموعه از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. با تکیه بر توسعه ضریب نفوذ خودروهای الکترکی هیبرید در آینده، سهم این عناصر ذخیره ساز و مصرف کننده انرژی الکتریکی متحرک در شبکه در حالت های تحمیلی به آن نیز رو به افزایش است. تفاوت اساسی خودروهای الکتریکی و سیستم­های ذخیره ساز این است که خودروها بر خلاف ذخیره سازها در کل روز در دسترس نیستند و ساعاتی از روز را خارج از خانه اند. بنابراین اولاً امکان شارژ و تخلیه الکتریکی باتری از طریق شبکه وجود ندارد، ثانیاً باید شارژ مورد نیاز روزانه خودرو برای کارکرد روزانه خارج از خانه، پیش از نیاز فراهم شود. تغییر وضعیت عنصر ذخیره ساز جایگاه شارژ این خودروها مشتمل بر تولیدکنندگی و مصرف­کنندگی انرژی، بر مدل دینامیکی این جایگاه تاثیرگذار بوده و لذا کنترلرهای مورد استفاده بایستی برای این تغییر مدل، از پیش برنامه ریزی شده باشند.

روش های زیادی جهت کنترل فرکانس ریز شبکه وجود دارد، تمامی این روش ها سعی در کاهش تغییرات فرکانس در حالت دینامیکی دارند. بعضی از این مراجع از کنترل کننده منطق فازی[۱] و بعضی دیگر از کنترل کننده PI))[2] استفاده کرده ­اند تا انحرافات فرکانس را کاهش دهند. استفاده از کنترل کلاسیک بدون قابلیت وفق پذیری با تغییرات دینامیکی مدل سیستم در این مسیر مورد قبول نبوده و بهره­ گیری از سیستم­های خبره­ای مانند فازی انتظار می رود.

۱-۶ ضرورت و اهداف پژوهش

سهم زیادی از مصرف سوخت­های فسیلی و آلودگی محیط زیست مربوط به حمل ونقل است. لذا تمرکز بر گسترش وسایل نقلیه با آلودگی زیست محیطی کمتر، مورد توجه قرار گرفته است در این بین نیاز به شارژ مجدد، مهمترین عیب خودروهای الکتریکی و در مقابل، قیمت پایین انرژی الکتریکی و مسائل زیست محیطی و قابلیت تبادل توان با شبکه مهم­ترین مزیت آن­ها می­باشد. از دیدگاه فنی، زمان اتصال خودرو به شبکه جهت شارژ و دشارژ حائز اهمیت بوده و ملاحضاتی لازم و ضروری خواهد بود:

مقدمه

در این فصل، ابتدا ریزشبکه­ها و تولیدات پراکنده تعریف شده، سپس مدل دینامیکی سیستم پیشنهادی متشکل از: سیستم فتوولتائیک، دیزل ژنراتور و خودرو الکتریکی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

در نهایت سیستم کنترلی پیشنهادی (منطق فازی) توضیح داده خواهد شد.

۲-۲ ریز شبکه (MG)[1]

شبکه ­های کوچک، شبکه هایی هستند که از قرار گرفتن تعدادی مولدهای کوچک در کنار هم تشکیل شده اند که میزان بار اندکی را در محدوده خود تامین می­ کنند و با اتصال چندین شبکه کوچک به یکدیگر یک شبکه وسیع شکل می دهند که کارائی شبکه ­های کنونی را داشته و در عین حال در مواقع بحرانی می تواند مجددا به شبکه کوچک تشکیل دهنده خود تجزیه شود. ریز شبکه را می توان به عنوان یک شبکه کوچک براساس مولد های تولید توزیع شده در نظر گرفت. در بهره برداری از ریز شبکه ­ها اهداف گوناگونی چون کاهش تلفات، هزینه های تولید و نیز کاهش میزان آلودگی مورد بررسی قرار می گیرد [۱۵].

۲-۳ تولیدات پراکنده(DG)[2]                                          

در این بخش، ابتدا به تعریف تولیدات پراکنده پرداخته می شود، سپس به بهره ­برداری از واحدهای تولیدات پراکنده اشاره می شود و در نهایت انواع تولیدات پراکنده معرفی می­گردند.