۳-۳-۲- استراتژی کنترلی پیشنهادی برای مزرعه خورشیدی
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

همانطور که بیان شد می‌توان دینامیک سیستم قدرت متشکّل از چندین ژنراتور سنکرون را به فرم خطی شده زیر مدل کرد [۲]:

(۳-۲۰)

که در آن فرکانس سیستم در مبنای واحد، و به ترتیب توان مکانیکی و الکتریکی کل در مبنای واحد، ثابت لختی به ثانیه و عامل میراکننده در مبنای واحد است. به خاطر اینکه معمولاً ثابت زمانی بزرگی در ارتباط با دینامیک توان مکانیکی وجود دارد (نظیر دینامیک بویلر)، در چهارچوب زمانی کوتاه مدت لختی سیستم نقشی مهّم در تعیین حسّاسیت فرکانس سیستم نسبت به عدم تعادل میان تولید و مصرف دارد. از طرفی عامل میراکننده تعیین کننده قابلیّت سیستم در جذب عدم تعادل توان و کم کردن تغییرات حالت ماندگار فرکانس سیستم دارد.
۳-۳-۳- تغییر در تنظیم دروپ واحد‌های تولیدی در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ
ساختار اصلی تنظیمات دروپ مانند قبل ثابت است؛ افزایش ضریب نفوذ بادی، افزایشی در دروپ معادل (کاهشی در بهره معادل دروپ) را به همراه دارد. با داشتن ضریبی معادل با ، تنظیم دروپ به فرم بیان شده در معادله ۳-۲۱ تغییر می نماید:

(۳-۲۱)

۳-۳-۴- تغییر در ثابت لختی سیستم در حضور تولید خورشیدی
همانند تولید بادی، در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ در شبکه معادله تعادل توان ۳-۱۹ کماکان برقرار است. ولی از آنجا که تولید خورشیدی هیچ جرم چرخانی ندارد و انرژی ذخیره شده ای در خود ندارد، حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ در شبکه منجر به کاهش لختی سیستم صورت معادله ۳-۲۲ می‌شود:

(۳-۲۲)

در چنین شرایطی اگر تولید خورشیدی سهمی در توانایی تنظیم فرکانس نداشته باشد، تغییرات بار در شبکه منجر به تغییرات شدیدتری در فرکانس سیستم خواهد شد.
۳-۳-۵- مشارکت واحد تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس شبکه
جهت فائق آمدن بر مشکلات نامطلوب ورود تولید سیستم‌های خورشیدی، طرح کنترلی جدیدی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس سیستم قدرت پیشنهاد شد [۲۹]. در این طرح کنترلی، برای اینکه سیستم خورشیدی تنظیماتی مشابه تنظیم دروپی مشابه با ژنراتورهای سنکرون داشته باشد، یک گاورنر سرعت مجازی برای آن طراحی شده است. علاوه بر آن زمانی که کسری بار یا افزایش تابش شدیدی رخ داد، می بایست توان خروجی واحد خورشیدی سریعاً محدود گردد تا عدم تعادل توان تغییرات توان کمینه گردد. پس از یک تاخیر زمانی، سیستم خورشیدی می‌تواند مجدّداً به حالت کنترل دروپ خود باز گردد.
از مدل تک خطی سیستم خورشیدی متصل به شبکه که در شکل ۳-۱۱ نشان داده شده است، نیز می‌توان برای نشان دادن طرح کنترلی استفاده شود. لازم به ذکر است در طرّاحی فعلی، از دینامیک سریع اندوکتانس داخلی اینورتر در مقایسه با دیگر اجزای سیستم صرفنظر شده است [۵۹] .همانطور که در شکل ۳-۱۴ نشان داده شده است استراتژی کنترلی را می‌توان در سه سطح بیان نمود:

شکل ۳- ۱۴ ساختار اصلی سیستم کنترلی
در سطح ۱، یک کنترلر PWM مطابق حلقه دوگانه کنترلی مشغول بکار خواهد بود (جهت اطلاعات بیشتر به [۲۱] مراجعه شود). حلقه خارجی ولتاژ آرایه خورشیدی و توان راکتیو آنرا کنترل می‌کند، در صورتی که حلقه داخلی جریان کنترل می کند. خروجی این سطح توان تنظیم شده ی و می‌باشد. تحت این کنترل، زمانی که ولتاژ آرایه خورشیدی دقیقا برابر با ولتاژ رفرنس باشد، توان تزریقی به شبکه نیز برابر با مقدار تعیین شده آن می‌باشد. یعنی با تعیین ولتاژ رفرنس و اعمال آن به این سطح کنترلی توان خروجی اینورتر متناسب با مقدار خواسته شده خواهد بود.
با فرض اینکه مدل دقیق منحنی آرایه ی خورشیدی نامعلوم است، وظیفه اصلی سطح ۲ کنترلی یافتن متناسب با در شرایطی است که کوچکتر از ماکزیموم توان موجود و قابل دسترسی توسط MPPT، باشد (حالت کنترل دروپ) و همچنین یافتن به گونه ای متناسب با در شرایطی است که بزرگتر از ماکزیموم توان موجود و قابل دسترسی توسط MPPT، باشد (حالت MPPT). ورودی سطح ۲ کنترلی، ، و می‌باشد.
کنترل فرکانس در سطح ۳ کنترلی قسمت اعظم طرح کنترلی به کار رفته را مشخّص می‌کند. سیستم خورشیدی حاضر در حالت کنترل دروپ مورد بهره برداری قرار می‌گیرد و در صورت نیاز می‌تواند به حالت کنترل اضطراری وارد شود.
لازم به ذکر است، در اینجا به طور خاص با توجّه به زاویه دید این تحقیق تنها حالت کنترلی دروپ مورد توجّه قرار دارد. ورودی سطح ۳ کنترلی، تغییرات فرکانس سیستم و خروجی آن برای سطح ۲ کنترلی خواهد بود.
طرح کنترلی بیان شده می‌تواند بر روی انواع سیستم‌های خورشیدی با توپولوژی‌های مختلف اینورتر در سطح ۱ کنترلی مورد استفاده قرار گیرد. تاثیر استفاده از طرح کنترلی پیشنهادی به شدّت وابسته به شرایط بهره برداری سیستم‌های خورشیدی نظیر تابش خورشید و دما است [۲۹].
۳-۳-۶- الگوریتم سطح ۲ کنترلی برای کنترل توان اکتیو
برای رسیدن به مشخّصات مطلوب تنظیم فرکانس، کنترل سطح ۲ می‌بایست دو خصیصه مهّم را برآورده سازد:
توان اکتیو تزریق شده به شبکه وسیله سیستم خورشیدی رفرنس توان تولیدی تعیین شده را به سرعت دنبال کند.
بتوان توان اکتیو را در رنج نسبتاً وسیعی تغییر داد (برای مثال از ۰ تا بیشینه توان قابل تولید(MPPT) ).
در الگوریتم‌های پیشین که از حبس تولید (Curtailment) استفاده کردند، سیستم‌های خورشیدی تنها در بخش چپ منحنی مورد استفاده قرار می‌گرفتند [۶۰] و [۶۱]. در نتیجه پاسخ نه چندان سریع به رفرنس توان بدنبال داشتند. با انتخاب نقاط کاری سمت راست نقطه ماکزیموم توان در منحنی جهت انتخاب نقطه کار، سرعت دنبال کردن رفرنس توان نسبتا افزایش می‌یابد. در [۲۹] الگوریتمی مبتنی بر درونیابی درجه دوم نیوتون برای رسیدن به نقطه کار جدیدی که به عنوان رفرنس توان مد نظر قرار دارد به کار گرفته شد. اساس کار این الگوریتم استفاده از فرآیندی تکراری برای تعیین ولتاژ لازم برای آرایه خورشیدی است، به نحوی که در این ولتاژ آرایه خورشیدی رفرنس توان را تولید کند. برای مثال این الگوریتم می‌تواند با چند تکرار ولتاژ متناظر با در زمانی که می‌باشد و یا تعیین هنگامی که باشد را در زمان کوتاهی تعیین کند.
سطح ۳ کنترلی دینامیک سریعی دارد و در قیاس با دینامیک باقی اجزا در مطالعات کنترل خودکار تولید (دینامیک میان مدت)، قابل صرفنظر کردن است.
۳-۳-۷- حالت کنترلی دروپ برای سیستم‌های خورشیدی
کنترل دروپ فرکانس، تکنیکی شناخته شده برای تنظیم فرکانس سیستم قدرت به حساب می‌آید. توان خروجی اکتیو یک ژنراتور سنکرون متناسب با تغییرات فرکانس سیستم قابل تنظیم است. خصوصاً اینکه تنظیمات به گونه ای انجام می‌شود که توان اکتیو نامی در فرکانس نامی تولید گردد. اگر فرکانس سیستم کمتر از مقدار نامی گردد، نشان می‌دهد بیشتر از مقدار نامی است و بالعکس.
در این بخش، اِعمال ساختار کنترل دروپ فرکانس بر سیستم‌های خورشیدی شرح و بسط داده می‌شود. اما در اینجا دو محدودیت عمده در قیاس با کنترل دروپ ژنراتورهای سنکرون وجود دارد:
عدم کنترل بر منابع توان اولیّه، محدودیتی سنگین بر حد بالای تولید در توان تزریقی به شبکه اِعمال می‌کند.