تحقیق روش های طراحی مدارات الکترونیک قدرت در نیروگاه های بادی و خورشیدی پاور

توضیحات

 عنوان فارسی: روش های طراحی مدارات الکترونیک قدرت در نیروگاه های بادی و خورشیدی پاور

• مقدمه) انرژی های تجدیدپذیر
• مبدل های به کار رفته در توربین های بادی
• مسائل جانبی در استفاده از توربین های بادی
• مبدل DC-DC جهت افزایش ولتاژ در سلول های خورشیدی
• طراحی مبدل DC-DC جدید
• طراحی مدار
• ولتاژ های معکوس دو سر دیودهای VD1 و VD2 و VD3
• جریان های گذرنده از دیودها در حالت بایاس مستقیم
• نتیجه گیری
• مراجع

مقدمه) انرژی های تجدیدپذیر

امروزه با گسترش روزافزون تقاضا برای انرژی برق و همچنین کاهش منابع فسیلی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند باد و خورشید جایگاه ویژه ای یافته است. با توجه به اینکه معمولا منابع تجدیدپذیر رنج توانی و ولتاژی پایینی دارند به صورت تولید پراکنده (Distributed Generation) و در کنار مصرف کننده تولید می شوند. شکل 1 انواع شیوه های تولید پراکنده با انرژی های تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر را نشان می دهد[1].

شکل1-انواع انرژی های تجدیدپذیر و تجدید ناپذیر به صورت تولید پراکنده

ظرفیت های بادی نصب شده در سال های مختلف در شکل 2 نشان داده شده است و پیشبینی ها نشان می دهند که تا سال 2020 به 760 گیگاوات انرژی برسد این در حالی است که تا سال 2012 ظرفیت نصب شده 283 گیگاوات است که 45 گیگاوات آن فقط سال 2012 نصب گردیده است[9].

شکل2-پیش بینی ها در مورد افزایش ظرفیت نیروگاه های بادی تا سال 2020

شکل 3 شمایی از توربین بادی و سلول فتوولتاییک را نشان می دهد که به سیستم برق مصرف کننده گان متصل شده است. همانطور که مشاهده می کنید امکان متصل کردن مستقیم توربین های بادی و سلول های فتوولتاییک به برق مصرف کنندگان نیست. چرا که ولتاژ تولیدی سلول های فتوولتاییک DC است و سطح ولتاژ پایینی دارد. در توربین های بادی نیز ولتاژ AC خروجی از لحاظ فرکانس باید با برق شبکه یکسان گردد همچنین ولتاژ تولیدی آن نیز باید با برق شبکه برابر گردد. بنابراین همواره بین سلولهای خورشیدی و ژنراتورهای بادی از مبدل های الکترونیک قدرت استفاده می شود.

شکل3-توربین بادی و سلول خورشیدی متصل به شبکه توزیع

 بنابراین به طور کلی چالش های پیش روی استفاده از انرژی های بادی و خورشیدی عبارتند از:

• استفاده بهینه از منابع با توجه به ویژگی های غیر خطی(مانند رسیدن به حداکثر توان)
• در سطوح ولتاژ پایین کار می کنند این مساله اتصال به سیتم توزیع را مشکل کند.

مبدل های الکترونیک قدرت مورد استفاده در سیستم های فتوولتاییک و توربین های بادی به سه دسته ی مبدل های AC-DC، DC-AC و DC-DC تقسیم بندی می شوند در این تحقیق ابتدا به انواع مبدل های به کار رفته در توربین های بادی پرداخته شده و سپس طراحی یک مبدل جدید DC-DC جهت استفاده در سلول های خورشیدی ارائه می گردد.

مبدل های به کار رفته در توربین های بادی

• DFIGبا مبدل قدرت در مقیاس جزئی

این نوع توربین راه حلی است که امروزه به طور گسترده و از سال 2000 مورد استفاده قرار می گیرد (شکل4). سیم پیچ استاتور آن به طور مستقیم به شبکه برق متصل است ولی سیم پیچ روتور آن با یک مبدل الکترونیک قدرت و معمولا با 30 درصد توان نامی توربین به شبکه برق متصل می گردد. در این نوع مولدها می توان فرکانس و جریان روتور را تنظیم نمود. از نقطه نظر هزینه این نوع مبدل ها برای ژنراتورهای کوچک به صرفه است و به از این جهت می تواند موردی جذابی برای طیف توانی پایین باشد. ولی با این وجود استفاده از  حلقه های لغزش(Slip Rings) و چالش های کنترل توان در زمان خطاای شبکه از معایب آن می باشد[13و14].

شکل4-توربین بادی با سرعت متغیر، مبدل در مقیاس جزئی و یک توربین بادی

مبدل های منبع ولتازی با مدولاسیون دو سطحی، توپولوژی دیگری است که امروزه به طور گسترده ای استفاده می شود و برای توربین های بادی جهت کنترل توان استفاده می شود. یک مبدل دو سطحی PWM و به صورت Back to Back برای توربین بادی، در شکل 5 نشان داده شده است. از نظر تکنیکی کنترل کامل( چهار ربع ) با ساختار نسبتا ساده، المان های کم و همچنین نقطه نظر اقتصادی از جمله مزایای این نوع کانورتر ها هستند [15].

شکل5-مبدل منبع ولتاژی دو سطحی به کار رفته در ژنراتور بادی

 

• ژنراتورهای سنکرون/آسنکرون با کانورترهای توان مقیاس کامل

نوع دوم از مبدل هایی که در توربین های جدید به کار می رود در شکل 6 نشان داده شده است. در این روش که مبدل بین استاتور و شبکه قرار می گیرد می توان کل توان را تنظیم نمود. این کانورترها برای ژنراتورهای آسنکرون با آهنربای دائم استفاده می گردد. حذف حلقه های لغزان ساده تر، شدن و یا حذف گیربکس، کنترل کامل توان و کنترل سرعت از مزایای این نوع کانورتر محسوب می شود اما استفاده از المان های بیشتر الکترونیک قدرت و همچنین تلفات توان بالاتر و گران قیمت بودن این ادوات از مشکلات این روش محسوب می شود.

شکل6-توربین بادی با سرعت متغیر با مبدل قدرت در مقیاس کامل

از طرفی در این روش، کل توان از این مبدل ها عبور می کند یعنی اگر ژنراتور 10 مگاوات ظرفیت داشته باشد، در توپولوژی دو سطحی پشت به پشت، مشکل کلید زنی رخ می دهد. همچنین توربین های بادی ولتاژ پایینی دارند بنابراین در این توپولوژی جریان بسیار زیادی از کانورترها عبور خواهد کرد و درنتیجه مشکلات کابل کشی و چالش های فیزیکی و عملیاتی نیز حتی در صورت عدم مشکلات هزینه ها مشکلات جدی دارد.

برای استفاده از مبدل های دو سطحی و استفاده از این نوع توپولوژی، برخی روش ها مانند موازی کردن چند کانورتر به صورت دو سطحی پیشنهاد شده است(شکل7).

شکل7-توپولوژی موازی کردن مولدهای بادی جهت افزایش انتقال توان

 

در انتها توپولوژی سه سطحی NPC که معمولا به صورت ساختار پشت به پشت در توربین های بادی استفاده می شود در شکل 8 نشان داده شده است. این نوع توپولوژی، با سطح ولتاژ خروجی بیشتر و dv/dt کمتر در مقایسه با کانورترهای دو سطحی پشت به پشت، امکان انتقال توان با ولتاژ متوسط و جریان پایین را فراهم می کند همچنین بخش های موازی کمتر و اندازه کوچکتر فیلتر از مزایای دیگر آن است [21-23].

 توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق