سیستم مدیریت انرژی بهینه هوشمند برای منابع توان هیبرید شامل منبع ذخیره ساز انرژی باتری و پیل سوختی

یک سیستم هیبریدی در کم هزینه ترین حالت شامل یکی از منابع کنترل پذیر مانند پیل سوختی می باشد که بتواند در هر لحظه با دریافت ورودی مورد نیاز (در این مورد هیدروژن) و در دمای مشخص توان بار را تامین کند ، در کنار این منبع می توان از منبع ذخیره ساز انرژی باتری به عنوان یک سیستم پشتیبان که در مواقع مورد نیاز توان را ذخیره و یا به صورت دشارژ وارد سیستم کند می باشد که این مسئله بوسیله متغیر SOC باتری انجام می پذیرد .

در یک پروژه پایان نامه تعریف شده ورودی پیل سوختی که هیدروژن ارسال شده از طریق تانک هیدروژنی می باشد مدیریت می شود در اینجا این کنترل بوسیله منطق فازی که از روش های هوشمند می باشد انجام می پذیرد و هدف آن ایجاد خروجی مورد نیاز از طریق پیل سوختی با همان ورودی لازم می باشد که جلوگیری از اتلاف توان را در دستور کار خود دارد .

در کنار این مسئله کنترل شارژ ولتاژ – جریان تطبیقی باتری دیگر هدف می باشد ، در انجام این پایان نامه از انتگرال خطای SOC باتری برای تخمین جریان مورد نیاز برای تنظیم ولتاژ بار خروجی استفاده می شود که مقداری پایدارتر نسبت به خود متغیر SOC باتری می باشد و این مسئله به صورت تطبیقی و با تخمین این جریان بدست می آید که در دینامیک باتری نیز موجود است .

شماتیک زیر روند ساختار کلی کار را نشان می دهد .

 

شماتیک سیستم هیبریدی مورد استفاده و کنترلی آن

هدف اساسی در این سیستم هیبرید که به صورت یک میکروگرید می باشد تثبیت ولتاژ خروجی در حین تغییرات بار می باشد به گونه ای که کمترین ریپل را در ولتاژ خروجی داشته باشیم و تغییرات حالت گذرا در کمترین زمان ممکن رخ دهد .

پس از مدل سازی اولیه برای سیستم پیل سوختی و تانک هیدروژنی که به صورت معادلات دینامیکی بیان می شود (به دلیل لزوم پیاده سازی روش تطبیقی) ، متغیر خروجی SOC باتری نوشته شده و انتگرال خطای SOC از مقدار 50 درصد تنظیم شده است و از این خطا به عنوان متغیر کلیدزنی برای مبدل باتری استفاده شده است . جدول منطق فازی برای سیستم تانک هیدروژنی نیز براساس طبیعت این سیستم و لزوم جلوگیری از اتلاف توان پیل سوختی بیان شده است .

در شبیه سازی این سیستم از نرم افزار متلب استفاده شده است و معادلات دینامیکی به صورت S-function بیان شده اند . برای پیاده سازی منطق فازی از GUI متناظر با آن در متلب استفاده شده است و بار به صورت بار تعریف شده در متلب با تغییر از طریق تابع جانبی عنوان شده است . برای بیان روش تطبیقی از جایگذاری معادلات آن در Matlab function به صورت گسسته در زمان استفاده شده است . 

قابلیت اطمینان در سیستم های قدرت

در هر جامعه مدرن، مهندسان و مديران فني مسئول برنامه‌ريزي، طراحي، ساخت و بهره‌برداري از ساده‌ترين محصول تا پيچيده‌ترين سيستم‌ها هستند . از كار افتادن محصول‌ها و سيستم‌ها موجب وقوع اختلال در سطوح مختلفي مي‌شود و مي‌تواند حتي بعنوان تهديدي شديد براي جامعه و محيط زيست تلقي شود. از اين رو مصرف كنندگان و بطور كلي مردم جامعه انتظار دارند كه محصولها و سيستم‌ها پايا ، اطمينان بخش و ايمن باشند بعنوان يك پرسش اصلي چنين مطرح است كه قابليت اطمينان يك سيستم در طول عمر كاری آينده‌اش چه ميزاني است و ايمني آن چقدر است؟ اين پرسشي است كه بخش‌هايي از آن را مي‌توان با ارزيابي و كميت‌سنجي قابليت اطمينان پاسخ داد .

 شيوه‌هاي ارزيابي قابليت از نظر تاريخچه پيدايش ، بدواً در ارتباط با منابع هوا – فضا و كاربردهاي نظامي شكل گرفت ، ولي سريعاً توسط ساير صنابع مانند صنابع برق ، كه تحت فشار شديدي جهت تضمين ايمني و قابليت اطمينان سیستم‌هاي توليد و توزيع در تامين انرژي الكتريكي مي‌باشند و يا صنابع فرآيندهاي پيوسته مانند صنايع فولاد و صنايع شيميايي كه هر ساعت توقف از آنها بعلت وقوع معايب مي‌تواند موجب تحميل خسارت‌هاي بزرگ مالي و جاني و آلودگي محیط زيست شود مورد توجه و كاربرد قرار گرفت .

 اتفاقات رخ داده فشار زيادي بر لزوم توجه به ارزيابي قابليت اطمينان ، ايمني و احتمال خطر ايجاد كرده است. در اينجا اساساً دو بحث مطرح است يكي تحت عنوان خطر كه صرفاً ازنظر شدت قابل تقسيم‌بندي مي‌باشد و ديگري تحت عنوان احتمال خطر كه علاوه بر شدت خطر احتمال وقوع آنرا نيز مورد توجه قرار مي‌دهد . شيوه‌هاي ارزيابي قابليت اطمينان اصولاً برمحور ارزيابي احتمال خطر استوار است و لذا هر دو جنبه شامل شدت خطر و همچنين احتمال وقوع آن به حساب مي‌آيند.

در سیستم های قدرت نیز با توجه به متغیرهای فراوانی که در هر کدام از بخش های تولید ، توزیع و مصرف وجود دارد لزوم سنجش قابلیت اطمینان و بهبود آن در فواصل مناسب (تعمیر و نگهداری) امری ضروری است ، تعیین متغیرهای تغییر پذیر با زمان و روش های مطمئن به منظور محاسبه آنها در دوره های روزانه ، ماهانه و سالانه اهمیت دارد ، آنچنانکه متغیرهایی در تغییر کیفیت ادوات در فصول مختلف ، شرایط آب و هوایی مختلف و شرایط شبکه قدرت در آن تاثیر دارند ، همگی بایستی در محاسبات دخالت داده شوند .

از طرفی امروزه بحث قابلیت اطمینان با ورود منابع تولید هیبریدی پراکنده نظیر توربین بادی و سلول خورشیدی  و منابع پشتیبان نظیر پیل سوختی و باتری و لزوم سنجش امکان پذیری سیستم ، بیش از پیش ضروری می باشد . در این راستا تعریف اندیس های مختلف قابلیت اطمینان و دخالت دادن آن در نحوه کنترل شبکه ها از متدهای روز به حساب می آیند .

 

مبحث انرژی های نو در شبکه های قدرت :::

انرژی های نو شامل توربین بادی ، سلول خورشیدی ، الکترولایزر و پیل های سوختی می باشد ، با توجه به اینکه در شبکه های قدرت مسئله قابلیت اطمینان از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد و از طرفی ماهیت پراکنده و احتمالی بودن سیستم های تولید انرژی نو نیازمند استفاده از سیکل ترکیبی این منابع تولید دارد ، در مرتبه دوم از کار به منظور استفاده بهینه از شبکه هیبریدی ساخته شده در حالات کم باری و پرباری نیاز به استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی می باشد .

در این حالت شبکه دارای یک سیستم با قابلیت اطمینان بالا و شرایط بهینه می باشد که شرط وجود این حالت کنترل مناسب سیستم هیبریدی می باشد .

در بررسی روش های کنترل شبکه های هیبریدی شامل منابع انرژی نو نیاز به شناسایی دقیق سیستم و رفتار آن در طول سناریوی مورد بررسی می باشد ، آنچه که از اهمیت بالایی برخوردار است لزوم تعادل تولید و مصرف در کلیه ساعات کار سیستم می باشد .

استراتژی های مختلفی در مقالات به منظور کنترل شبکه توان هیبریدی معرفی شده است که اغلب برمبنای کنترل جریان باتری می باشند . در این کنترل طریقه شارژ و دشارژ باتری نشانگر حالت کار سیستم می باشد و متغیر SOC و محدودیت آن برای کنترل شبکه به کار می رود ، در این حالت با توجه به ماکزیمم SOC و مینیمم آن نسبت به هدایت جریان باتری (از طریق مبدل آن) اقدام می شود . روش دیگری که به کار می رود کنترل ولتاژ لینک مشترک بین منابع تولید می باشد بصورتی که همواره این ولتاژ در یک محدوده باقی بماند .