چکیده:

این مقاله ، یک استراتژی جدید سوئیچینگ برای برق مورد استفاده در تولید هیدروژنی که به ترمینال یک مزرعه بادی متصل است را بیان می کند. به طور کلی ، خروجی ژنراتور بادی بسته به تغییرات تصادفی سرعت باد تا حد زیادی نوسان می کند که تاثیر جدی بر عملکرد سیستم قدرت خواهد داشت. در این مطالعه مزرعه بادی از توربین های بادی با سرعت متغیری (VSWT) تشکیل شده اند. که با ژنراتورهای سنکرون آهنربا دائم(PMSG)راه اندازی شده اند . ژنراتورهیدروژن (HG) از یک یکسو ساز و 10 واحد برقی تشکیل شده است که هر واحد بوسیله یک مدار چاپر (Chopper) کنترل شده است. برای صاف کردن توان خطی مزرعه بادی ، در ابتدا از اختلاف میانگین متحرک نمایی (Moving average) خروجی مزرعه بادی و انحراف از معیار آن ، یک مرجع برای توان خطی تولید می شود. سپس استراتژی سوئیچینگ به گونه ای توسعه یافت که سیستم مورد استفاده پیشنهادی بتواند نوسانات توان خطی مزرعه بادی را صاف کند و همچنین گاز هیدروژن تولیدی نوسانات خروجی مزرعه بادی را که بالاتر از مرجع توان خطی قرار بگیرند را جذب می کند. این استراتژی سوئیچینگ جدید به عملکرد هر واحد برقی در بار کامل کمک کرده و شرایط عملکردی را تغییر می دهد و از اینرو طول عمر و کارایی آن را افزایش می دهد. عملکرد سیستم پیشنهادی با آنالیزهای شبیه سازی شده مورد بررسی قرار گرفته است که این شبیه سازیها با بکار گیری PSCAD/EMTDC انجام شده است.

مقدمه:

امروزه در مسئله افزایش مصرف سوخت های فسیلی که منجر به گرم شدن کره زمین خواهد شد هیدروژن مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته است.

در کنار استفاده های صنعتی در مقیاس بزرگ ، یکی از تمایلات اخیر استفاده از هیدروژن در ایستگاههای انرژی برای پیشبرد وسایل نقلیه می باشد.

هیدروژن فراوان ترین عنصر موجود در جهان است که تقریبا 75% از جرم تمام مواد قابل مشاهده در ستارگان و کهکشان ها را تشکیل می دهد[1].

با این حال تمام هیدوژن در ترکیب با المان های دیگر مانند گاز طبیعی (که در متانCH4 ترکیب اصلی آن است) و آب (H2O) می باشد. تولید هیدروژن توزیع شده در مقیاس کوچک از گاز طبیعی مقرون به صرفه ترین است. پیشرفت گاز طبیعی به ایستگاههای سوختگیری هیدروژن به درستی در حال عرض یابی است. آمار می گوید که تقریبا 90% از هیدروژن تولیدی از منابع طبیعی مانند گازهای طبیعی ، زغال سنگ و نفت در پروسه ای به نام " تغییر شکل دهی" به دست آمده است. از سوی دیگر ، تکنولوژی برقی امروزه در دسترس است اما استفاده از برق حاصل از سوخت های فسیلی برای تولید هیدروژن گازهای گلخانه های قابل توجه ای را تولید

می کند. با این حال ، الکترولیزگرها امکان استفاده از الکتروسیته را از منابع تجدید پذیر و هسته ای برای تولید هیدروژن بدون کربن فراهم می کند .

در میان منابع انرژی تجدید پذیر ، انرژی باد نقش مهمی را برای تقاضای انرژی این جهان مدرن ایفا می کند. در سال 2007 ، مقدار 20هزار مگاوات توان بادی در سراسر جهان نصب شده است در حالیکه کل ظرفیت نصب شده در سراسر دنیا 94112 مگاوات می باشد.[2]. بنابراین در این مطالعه ، به تولید هیدروژن با استفاده از الکترولیز از انرژی باد بیشتر از منابع دیگر انرژی تمرکز شده است. مسئله رایج نوسانات توان خروجی مزرعه بادی با توسعه استراتژی سوئیچینگ پیشرفته برای ژنراتورهای هیدروژن حل شده است.

در این مقاله ، سیستم ژنراتور توربین بادی سرعت متغیر (WTGS) در نظر گرفته شده است که در حال حاضر سهم عظیمی را در بازار در بر خواهد داشت. اگرچه ژنراتور القایی دوسر تغذیه (DFIG) بطور گسترده بعنوان ژنراتور بادی با سرعت متغیر به کار می رود [8-4]، ژنراتور سنکرون آهنربای دائم (PMSG) بسته به برخی از ویژگی های ذاتی آن در این مقاله مورد مطالعه گرفته است. ماشین آلات آهنربای دائم ، برای کاهش شدت شار ماشین ها با چندین قطب مغناطیسی ، با فواصل هوایی بزرگی شناخته می شوند[9و10]. در نتیجه ژنراتورهایی با سرعت چرخشی پایین را می توان با اندازه های کوچکتری نسبت نرخ قدرت آنها تولید کرد. بنابراین وقتی از PMSG به عنوان ژنراتور بادی با سرعت متغیر استفاده می شود می توان گیربکس را حذف کرد. در مرجع[11-19] انواع مختلفی از تکنولوژی های مبدل فرکانس شامل استراتژی کنترل برای بهره برداری از VSWT/PMSG معرفی شده است. در این مقاله ، یک نوع ساده از مبدل فرکانس که از یکسوساز ، مبدل تقویت و اینورترDC/AC درون شبکه تشکیل شده است در نظر گرفته شده که پالس های درونی به عنوان سینگال های سوئیچینگ برای ترانزیستور IGBT مبدل و اینورتر به کار برده شده است. طرح کنترل دقیق مبدل /اینورتر ارائه شده است.

اگرچه امروز تولید هیدروژن با استفاده از انرژی باد بسیار رایج است اما گزارشات بسیار زیادی در این مورد وجود ندارد. در مرجع[20]، تکنولوژی های تولید هیدروژن برای ژنراتور بادی با سرعت متغیر که مورد بحث قرار گرفته است و در آن الکترولیزگر به قسمت dc مبدل فرکانس متصل شده است مناسب است. بررسی خوبی در مرجع [21] ارائه شده استکه هیدروژن از VSWT-PMSG مستقلی تولید شده است. تولید هیدروژن از سیستم ترکیبی در مرجع[22] ارائه شده است. انواع مختلفی از روشهای ذخیره سازی هیدروژن در مرجع[23] و جزئیات تولید هیدروژن با استفاده از ژنراتورهای بادی با سرعت ثابت در مرجع[24] ارائه شده است. بطورکلی ژنراتور هیدروژن می تواند بصورت متصل شده در قسمت dc هر واحد یا ترمینال از مزرعه بادی در نظر گرفته شود. لازم به ذکر است که اتصال ژنراتور هیدروژن در ترمینال مزرعه بادی با استفاده از یکسوساز سه فاز اضافی می تواند معایبی از بهروری ضعیف و جریان هارمونیکی زیاد را نتیجه دهد. بنابراین بهترین راه ممکن اتصال ژنراتور هیدروژن در لینک DC ژنراتور بادی که در سرعت متغیر عمل می کند می باشد. در این صورت ، طرح کنترل هماهنگ میان واحد های ژنراتور بادی با سرعت متغیر، برای صاف کردن توان خطی مزرعه بادی به عنوان عملگرهای سیستم انتقال (TSO) و هزینه های واحد کنترل که برای هر ژنراتور هیدروژنی باید در نظر گرفته شود ضروری است.

در این مقاله ، حداقل سازی نوسانات توان خطی مزرعه بادی بدون در نظرگرفتن هیچ سیستم ذخیره ساز انرژی با استفاده ازژنراتور هیدروژن که در آن چندین واحد الکترولیزگر به جای یک واحد بزرگ مورد استفاده قرار گرفته ارائه شده است تا مسائل طول عمر و بهره وری را پوشش دهد. طرح سوئیچینگ واحدهای متعدد الکترولیرزگر هدف اصلی این تحقیق است. بنابراین ژنراتور هیدروژن شامل چندین چندین واحد الکترولیزگر برای اتصال به ترمینال مزرعه بادی در یک روش ساده با استفاده از یک طرح یکسوساز سه فاز در نظر گرفته شده است تا از پیچیدگی طرح کنترل هماهنگ در بین ژنراتورهای بادی در یک مزرعه بادی جلوگیری کندو از اینرو بهره وری کلی در فرضیات این تحقیق در نظر گرفته نشد. قطعا یک طرح سوئیچینگ مشابه می تواند به سیستمی که ژنراتور هیدروژن به لینک DC مبدل فرکانس متصل شده وفق یابد و تنها طرح کنترل هماهنگ شده ای را دربین واحدهای مختلف در نظر گیرد. در این مطالعه ، عملیات بار متغیر الکترولیزگر ممکن است اثرات سویی بر طول عمر و کارایی آن داشته باشد. بنابراین در این مطالعه ، 10 واحد الکترولیزگر کوچک بجای 1 واحد بزرگ در نظر گرفته شده است که هر واحد تنها در بار مربوط به خود عمل می کند. علاوه براین تغییر بهره برداری واحدهای الکترولیزگر طوری در نظر گرفته شده اند که باری مساوی بین همه واحدها توزیع شود. برای صاف کردن توان خطی مزرعه بادی ، تولید یک مرجع توان خطی بسیار مهم است. در کار قبلی ما ، از یک سیستم خازنهای انرژی برای صاف کردن توان خروجی مزرعه بادی استفاده شد [25]. با این حال ، در بررسی حاضر ، همچنان که هیچ وسیله ذخیره ساز انرژی در نظر نگرفته شد، مرجع به گونه ای که بسیاری از خروجی متموج شده بوسیله ژنراتور هیدروژن جذب شده انتخاب می شود و در نتیجه توان خطی صاف شده ای به دست می آید. با توجه به این استراتژی ، مرجع توان خط از اختلاف میانگین متحرک نمایی های خروجی مزرعه بادی و انحراف معیار آن تولید می شود.

بدون منابع