تحقیق درباره عملکرد مبدل های منبع هیبریدی نیمه امپدانس تغذیه شده با فتوولتائیک خورشیدی

Investigation on performance of solar photovoltaic fed hybrid semi impedance source converters

چکیده
1 مقدمه
2 سیستم های موجود
3 سیستم پیشنهاد شده
4 شبیه سازی و نتایج تجربی
5 نتیجه گیری
منابع

چکیده
ولتاژ خروجی صفحه فتوولتاییک خورشیدی معمولاً خیلی پایین است؛ مقدار این ولتاژ تحت تأثیر محیط و شرایط جوی، تا حد زیادی متغیر است. دراین مقاله ترکیب هر سیستم قدرت و خروجی مبدل های dc-dc را توسط نوعی ولتاژ ورودی افزایش یافته، تنظیم می کنیم. ساختار مبدل dc-dc برای سیستم های قدرت فتوولتاییک نیز خیلی مهم است. تکنولوژی های مختلف افزایش ولتاژ – همچون مدار یکسو کننده – در حقیقت به طور کامل آزمایش شده اند و موفق شده اند که «اندوکتانس، ظرفیت تغییر، اندوکتانس جفت شده، تطبیق امپدانس، و تکنولوژی های افزایش افزایش مارپیچی» را تغییر دهند. البته این فرآیندها هم دقت ضعیف تر و هم هزینه بالاتری دارند. اثربخشی مبدل منبع نیمه امپدانس هیبرید، بالاتر است.

2- سیستم های موجود
در سیستم های موجود، اینورتر منبع امپدانس میتواند از یک حالت راه به در استفاده کند که از طریق اینورترهای منبع ولتاژ متعارف برای افزایش ولتاژ، مجاز نخواهد بود. به منظور دسترسی پیدا کردن، توان تبدیل ولتاژ باک نیز حفظ میشود. اینورتر منبع امپدانس به علت قابلیت مدوله سازی باک-بوست خود، بسرعت به یک موضوع تحقیقاتی داغ تبدیل شده است. با این حال توپولوژی پیشنهاد شده اولیه با مزایای بالا، همیشه معایبی نیز دارد که عبارتند از: توان فعال متناوب، ولتاژ نیروی بالا، و همچنین فاکتور بهره کوچک. در حقیقت نه امپدانس منبع و نه پل شارژر باتری دارای یک اتصال به زمین مشترک نیستند [8]. عملکردهای انتقال منبع تقویت جدید در بررسی های مختلفی معرفی شدند تا محدودیت های اینورتر منبع امپدانس اصلی را رفع نمایند. از بین این شبکه های بزرگ منبع امپدانس اصلاح شده، شبکه منبع نیمه امپدانس، یک راه حل ساده و آسان است.

2-1 معایب سیستم های موجود
ولتاژ بالا
فشار و فاکتور بوست حداقل
کارایی ضعیف
نمودار بلوکی برای سیستم موجود

3- سیستم پیشنهاد شده
سه ترکیب اضافی از مبدل های dc-dc منبع امپدانس نیز به شیوه ای توصیف شده اند که جدیدترین گونه مبدل منبع امپدانس نوظهور را نشان میدهند. در مبدل های dc-dc، ترکیب شبکه های منبع امپدانس افزایش یافت تا مزایای متعارف شبکه های منبع امپدانس ولتاژ بزرگتر محقق گردند [9,10].

3-1 نمودار مدار برای سیستم پیشنهاد شده
شکل ارائه شده ترکیب دو مبدل منبع شبه z را نشان میدهد. مبدل منبع شبه z اول توسط دیود D1، القاگرهای L1 و L2، و خازن های C1 و C2 تشکیل می گردد . مبدل منبع شبه z دوم توسط دیوید D3، القاگرهای L3 و L4، و خازن های C5 و C6 تشکیل میگردد.

اپلیکیشن پلت فرم منبع باز برای ساختمان های هوشمند و کنترل های شبکه هوشمند

Open source platform application for smart building and smart grid controls

چکیده
1- مقدمه
2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
3- معماری نصب
4- یوزکیس ها
5- نتایج و بحث
6- نتیجه گیری و چشم انداز
تامین مالی
اعلام منافع رقابت
قابلیت دسترسی داده
قدردانی
منابع

چکیده
در این پژوهش، یک دستگاه عامل منبع باز بر اساس چارچوب نرم افزاری FIWARE و دیگر مولفه های منبع باز استفاده می شود تا کنترل آزمایشی ابری روی دو یوزکیس از دامنه‌های ساختمان هوشمند و شبکه هوشمند صورت گیرد. تمامی ارتباطات میان دستگاه عامل و لایه میدانی از طریق اینترنت عمومی برقرار می شود و بنابراین اقداماتی نظیر رمزنگاری، تأیید هویت و مجوزدهی نصب می‌شوند. در یوزکیس اول، دمای تأمین یک مدار حرارتی معمولی کنترل می شود زیرا وظیفه‌ای مرسوم در دستگاه های انرژی ساختمان می‌باشد. در یوزکیس دوم، توازن توان یک شبکه کوچک شبیه‌سازی شده توسط دستگاه های اندازه‌گیری فازور با بهره گیری از یک کنترلگر، مورد بررسی قرار می‌گیرد تا استحکام شبکه نیز حفظ شود. مناسبیت دستگاه عامل با بهره گیری از مقرراتی که از منابع ادبی بدست آمده، اعتبارسنجی می شود. این دستگاه عامل قابل استفاده در هر دو مورد ذکر شده است. اگرچه محدودیت ها و زمینه‌های بالقوه جهت بهبود اظهار شده است.

2- پژوهش‌های مرتبط و مقاله‌های کمکی
در این قسمت، مفهوم حقیقی FIWARE توصیف شده و سپس پژوهش‌های کنونی که از راه‌حل‌هایی بر مبنای FIWARE استفاده می‌کنند بیان می شود. نهایتا، طبق نواحی ضعف شناسایی شده، مقالات کمکی مرتبط با این زمینه بیان می شود.

2-1 FIWARE
FIWARE بعنوان یک روش منبع آزادی است که از طریق اتحادیه اروپا به جهت «سرعت بخشیدن برای بهبود راه‌حل‌های هوشمند» برای زمینه‌های مختلف، فراهم می شود [۱۹]. نرم افزار FIWARE، با بهره‌گیری از ساختار نرم افزاری پیمانهار انعطاف‌پذیری زیادی را داراست، به همین دلیل می‌توان آن را برای یوزکیس‌ها سفارشی‌سازی کرد. FIWARE از پروتکل‌های معاوضه اطلاعات NGSI v2 [۱۲] و NEGSI-LD [۱۷] بهره می‌گیرد و واسطه‌های استانداردی از قبیل REST API را برای معاوضه اطلاعات با دستگاه های هوشمند و مؤلفه‌های نرم افزار یوزکیس قرار می‌دهد. ترکیبات نرم افزاری پیشنهادی در این نرم افزار «توانمند‌کننده‌های عمومی» نامگذاری می شود و می‌توان آنها را در لایه‌های مختلفی از جمله «مدیریت بافت هسته»، «پردازش متن، موفضای خالیی و مصورسازی»، «تعامل با سیستم‌های اینترنت اشیاء، رباتیک و شبکه‌های شخص ثالث» و نهایتا «مدیریت اطلاعات/رابط برنامه نویسی» تقسیم‌بندی کرد. می‌توان یک یا چند مؤلفه را از توانمندکننده‌های عمومی ارائه شده انتخاب و آن‌ها را به اقسام شخص ثالث یا خود نوشته مرتبط ساخت. نمای کلی از توانمندکننده‌های عمومی موجود و کد منبع در گیت‌هاب [۱۸] قابل استفاده است.

۲-۲ تحقیقات و برنامه های کارآمد بر مبنای FIWARE
در سال‌های اخیر، ثابت شد که چنین برنامه هایی و برنامه های کارآمد بر اساس نرم افزار‌های FIWARE، چارچوب مناسبی برای زمینه‌های مختلف نظیر کاربردهای کنترل کشاورزی [۳۲]، راهبری کشتی [۶۰]، کنترل سیستم انرژی‌های تجدیدپذیر [۶۱]، کنترل بر ماشین [۱۳] و کنترل ساختمان هوشمند هستند [۲۰،۳۳،۵۷،۵۹]. پوزو و همکاران [۴۳] بر روی موضوعات کنترل دسترسی و تاثیرش بر کارکرد معماری طبق FIWARE که از روش فناوری کانتینرسازی داکر1 مشتق شده‌، کار کردند. نویسندگان، شاخص‌های کارکرد امنیت و محافظت داده‌ای نرم افزار FIWARE را مورد برآورد قرار داده‌اند. بعلاوه، آنها پهنای باند، میزان استفاده از CPU و حافظه و مدت زمان تاخیر آن‌ها را برای این شاخص‌ها مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان می‌دهد که لایه‌های امن با بهره گیری از فریم ورک احزار هویتOAuth 2.0، تاثیری بر کارکرد سیستم ندارد.

بهینه سازی سیستم های سودمند سایت برای یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر

Optimization of site utility systems for renewable energy integration

چکیده
1 مقدمه
2 مدل بندی و شبیه سازی سیستم های قدرت در زمینه یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
3 بهینه سازی فرایند سیستم های قدرت سایت صنعتی
4 مطالعه موردی
5 نتیجه گیری
منابع

چکیده

همان طور که می دانیم در راستای خنثی سازی انتشار کربن توجه زیادی به تامین انرژی الکتریکی از طریق منابع انرژی تجدید پذیر، اختصاص داده شده است. ما در صورتی که بخواهیم استراتژی های عملیاتی بهینه برای یکپارچه سازی منابع انرژی الکتریکی در سیستم های قدرت متعارف را شناسایی و تاثیرات تکنولوژیکی-اقتصادی استفاده از انرژی تجدید پذیر بر روی مدیریت انرژی صنعتی را درک کنیم، به یک رویکرد سیستماتیک و یکپارچه نیاز خواهیم داشت. ما به دنبال مدل بندی سیستم های تاسیسات قدرت صنعتی هستیم که انرژی تجدیدپذیر در آنها یکپارچه سازی شده است. در ادامه این مدل بندی را به منظور بررسی بده بستان اقتصادی بین سرمایه گذاری ثابت، مصرف سوخت، تولید برق و مالیات انتشار کربن، بهینه سازی می کنیم. حساسیت پارامترهای کلیدی طراحی با کمک چارچوب بهینه سازی ارزیابی میشود که به ما اجازه می دهد درک مفهومی بهتری در مورد اثر اقتصادی مالیات کربن و قیمت انرژی تجدیرپذیر بر روی مدیریت توان و حرارت در سطح ناحیه صنعتی، به دست آوریم. در مقایسه با سیستم های قدرتی که صرفا بر اساس احتراق سوخت های فسیلی عمل می کنند، یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در مطالعه موردی نشان داد که از طریق تزریق استراتژیک 20 مگاوات توان الکتریکی تجدیدپذیر به سیستم قدرت متعارف می توانیم تقریبا 14 درصد در هزینه عملیاتی و 9 درصد در هزینه سرمایه، صرفه جویی داشته باشیم. مطالعات موردی ارائه شده به طور کامل اثرات اقتصادی مرتبط با پیاده سازی توان الکتریکی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت صنعتی را نمایش میدهند و همچنین مزیت بهینه سازی فرایند ادغام شده برای یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در عمل را تایید میکنند.

2 مدل بندی و شبیه سازی سیستم های قدرت در زمینه یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
با توجه به آنکه ما به دنبال بهبود عملکرد زیست محیطی سیستم های قدرت مبتنی بر سوخت فسیلی هستیم، در این مطالعه تلاش می کنیم سعی می کنیم تاثیرات تکنولوژیکی-اقتصادی مالیات انتشار کربن و یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت متعارف مبتنی بر سوخت فسیلی را درک کنیم.بر این اساس می توان راهنمای عملی برای طراحی و عملیات سیستم های قدرت در آینده ارائه کرد.مطالعه انجام شده در این مقاله از رویه توصیف شده در شکل 1 پیروی می کند.

2 پایه طراحی برای مدل بندی فرایند
سیستم قدرت در نظر گرفته شده در این مطالعه مبتنی بر کار آقای واربانوف (Varbanov) و همکاران او است که در آن زغال سنگ، نفت کوره و گاز طبیعی برای تولید بخار و توان الکتریکی سوزانده می شوند [7].دلیل انتخاب مطالعه موردی واربانوف این بود که در سیستم قدرت آنها سه نوع سوخت فسیلی با ضرایب انتشار کربن متفاوت، مصرف می شوند.این سیستم گزینش شده به ما اجازه می دهد که به طور موثر یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر برای سیستم های قدرت صنعتی را ارزیابی کنیم.

سیستم قدرت شامل دو دیگ بخار و یک توربین گازی ادغام شده با یک مولد بخار بازیافت حرارت (HRSC) است که برای تولید کردن بخار فشار بسیار بالا (VHP) و تامین 68 مگاوات توان الکتریکی مورد نیاز در سایت صنعتی، مورد استفاده قرار می گیرند.چهار هدر بخار در دسترس هستند.بخار فشار بسیار بالا (VHP) با سطح فشار 101 بار (Bar) از سیستم آب تغذیه دیگ بخار (BFW) تولید شده است که در داخل آن یک دیگ زغال سنگی و همچنین یک دیگ نفت کوره وجود دارد. این سیستم در شکل 2 به نمایش گذاشته شده است.فرض می شود که فشار بخار پایین (LP) بعد از منبسط شدن در داخل توربین در فشار 0.5 بار (Bar) منقبض خواهد شد و در نهایت میعانات بخار به داخل سیستم BFW بازگردانده می شود.مدل بندی فرایندی سیستم های قدرت در محیط یونی سیم (UNISIM@) اجرا شده اند.

مجموعه ای از سلول های خورشیدی ریز چند پیوندی متصل شده توسط جوهرهای رسانا

Array of micro multijunction solar cells interconnected by conductive inks

چکیده

1. مقدمه

2. روش اتصال داخلی مستقیم چاپ جوهر نقره

3. نمونه اولیه با برد کامل

4. نتیجه گیری

منابع

چکیده

     فتوولتائیک ریز متمرکز (CPV میکرو) شامل کاهش اندازه مولفه های فناوری فتوولتائیک متمرکز معمولی (CPV) است که به همان اندازه بهره وری زیادی ایجاد می کند و هزینه های مواد و هزینه های تولید را کاهش می دهد. ما در این مقاله بر پیاده سازی روش های تولید با توان بالا برای اتصال داخلی سلول های خورشیدی تمرکز می کنیم. هدف این است که اتصال داخلی ناحیه بزرگی از هزاران سلول میکروسل با هزینه کم 3 یورو/مترمربع را فعال کنیم. اولین نمونه تولید می شود، چند سلول خورشیدی 1 〖mm〗^2 از طریق چاپ مستقیم بر روی پد های تماس جلویی به هم متصل می شوند. این نتیجه یک لایه شیشه ای با اندازه 190 × 145〖mm〗^2 است که یک مدار کاملا چاپ شده 12 سطر را به هم متصل می کند که هر سطر شامل 11 سلول خورشیدی چند پیوندی به صورت موازی است. عامل پرشدگی (FF) برد کامل 76% در 214 سان است.

روش اتصال داخلی مستقیم چاپ جوهر نقره
     روش پیشنهادی اتصال داخلی چاپ مستقیم (DPIM) از دو ماده برای اتصال جلویی استفاده می کند، یک دی الکتریک اپوکسی برای عایق جانبی سلول خورشیدی برای جلوگیری از شارش کوتاه و جوهر نقره رسانا که بر روی پدهای اتصال جلویی سلول های خورشیدی چاپ می شود تا بر روی صفحه شیشه ردیابی شود. یک شماتیک از این رویکرد در شکل 2 نشان داده می شود.
برای DPIM سلول های خورشیدی، مرحله به مرحله به صورت زیر خواهد بود:

1- چاپ اسکرین اتصال داخلی بر روی برد شیشه ای ردیابی می شود و در دماهای کمتر از 100 درجه سانتی گراد حرارت داده می شود
2- گذاشتن و برداشتن سلول های خورشیدی و لحیم کاری فرونشینی برای تماس الکتریکی و چسبندگی
3- چاپ سرنگ دی الکتریک در اطراف سلول های خورشیدی برای عایق الکتریکی سلول خورشیدی جانبی و حرارت دهی نور ماورابنفش دی الکتریک. این مرحله در صورتی قابل حذف خواهد بود که مهره ها به صورت الکتریکی عایق شوند
4- چاپ اسکرین لایه اتصال داخلی نهایی با جوهر نقره اپوکسی و افزایش دما

     همانطور که مشاهده شد، این روش تنها شامل چند مرحله بدون استفاده از هیچ مولفه اضافی است، اما شامل زیرلایه واضح، سلول های خورشیدی و جوهر ها می شود. در صورتی از مرحله 3 اجتناب می شود که عایق جانبی مهره ها در طول تولید سلول ها حاصل شود، این فرایند حتی با تجهیزات کمتر ضروری ساده سازی می شود.چالش های مربوط به DPIM اولین هستند، عایق موفق جانبی سلول خورشیدی؛ و دوم تراز کامل اسکرین با صفحه سلول خورشیدی. ناحیه پدهای تماس اختصاص یافته تنها 100×100 〖μm〗^2 است که منجر به تلرانس بسیار سخت برای چاپ اسکرین 20 μm می شود. این تلرانس برای تضمین یک تماس اهرمی خوب بین جوهر نقره و پدها و برای اجتناب از هاشورزنی بسیار زیاد ناحیه فعال سلول خورشیدی قابل پذیرش است. چاپ اسکرین در مقیاس بزرگ امکان خط هایی با عرض 70 μm را فراهم می کند [17]. این روش هنوز هم برای دستگاه های کوچکتر با ضلع بیش از 500 μm (پدهای 50 μm) با طرح فلزپوشانی جلویی مشابه اما با اتلاف سایه زنی زیاد قابل اجرا است. تغییر این طرح برای یک ناحیه اتصال واحد بعنوان مثال یک باس بار بزرگتر قابل اجرا است. اگر به استفاده از سلول های خورشیدی کوچکتر <500 میکرومترنیاز باشد، اجرای چاپ اسکرین دشوار خواهد بود. آیا یک فناوری چاپ دقیق تر باید استفاده شود [17]، یا طرح متالیک جلویی سلول خورشیدی باید ناحیه ضروری برای DPIM [16] را با پذیرش کاهش ناحیه فعال رها کند.

شبیه سازی کارایی سلولهای خورشیدی پرووسکیت بدون سرب

Performance simulation of lead-free perovskite solar cells

چکیده

1. مقدمه

2. آزمایش

3. نتایج و بحث

4. نتیجه گیری

منابع

چکیده

از نرم افزار شبیه سازی سلول های خورشیدی SCAPS برای شبیه سازی سلول خورشیدی پروسکایت مبتنی بر Sn با ساختار طراحی زیرلایه شیشه ای/FTO/ZnO/CH3NH3Snh/Cu2O/Au استفاده شد. اثرات ضخامت لایه جاذب و تراکم نقص و همچنین غلظت پذیرنده بر عملکرد سلول خورشیدی مورد بررسی قرار گرفت. از نتایج شبیه سازی، مشخص شده است که کاهش تراکم نقص لایه جاذب و بهبود پایداری Sn2+ از موضوعات کلیدی برای تحقیقات آینده هستند. هنگامی که ضخامت CH3NH3SnI3 500 nm باشد و حالت نقص 1×1014cm-3 باشد، عملکرد سلول بیشتر بهبود می یابد و ویِژگیهای بهینه خروجی سلول Voc = 0.917V ، Jsc = 33.148 mA-cm-2، FF = 80.02% و PCE = 23.93٪ می باشد.

آزمایش

     این مقاله مبتنی بر شبیه ساز ظرفیت سلول خورشیدی (SCAPS) (9)، یک نرم افزار شبیه سازی تک بعدی برای انواع سلول های خورشیدی است. این نرم افزار کاربرد گسترده ای در شبیه سازی پارامترهای دستگاه PSC و سایر ساختارهای سلول خورشیدی دارد. از معادله پواسون (معادله (1))، معادله پیوستگی الکترون (معادله (2))، و معادله پیوستگی حفره (معادله (3)) برای به دست آوردن سطح انرژی شبه فرمی حامل، ویژگی های سلول J-V و پاسخ طیفی استفاده شده است.

     که در اینجا ε گذردهی نسبی، NA+ و No+ غلظت پذیرنده و دهنده یونیزه، ψپتانسیل الکترواستاتیکی هستند، Pi و n1 به ترتیب نشاندهنده حفره های گرفته شده و الکترون های گرفته شده هستند، p و n به ترتیب نشان دهنده حفره های آزاد و الکترون های آزاد هستند، x مختصات موقعیت است، Jn و Jp به ترتیب چگالی جریان الکترون ها و حفره ها را نشان می دهند، Rn(x) و Rp(x) به ترتیب نرخ های پیچیده الکترون ها و حفره ها را نشان می دهند، G(x) نرخ تولید و q بار الکتریکی است.

     ساختار سلول خورشیدی پروسکایت بدون سرب که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته، در شکل 1 (a) نشان داده شده است. این ساختار از بالا به پایین شامل یک لایه انتقال حفره/Au الکترود پشتی، لایه جذب نور Cu2O/، لایه انتقال الکترون/ CH3NH3SnI3 ، ZnO/شیشه رسانای شفاف FTO است. در مقایسه با Ti2O، ZnO به عنوان یک لایه انتقال الکترون می تواند فیلم های بزرگتری را بدون تفجوشی در دمای بالا را تهیه کند، و از تحرک الکترونی بالاتری برخوردار است (10). Cu2O به عنوان یک لایه انتقال حفره در مقایسه با sprio-OMeTAD دارای مزایای غیر سمی بودن، هزینه کم و ساخت آسان است. شکل 1 (b) ساختار سطح انرژی و نمودار مهاجرت حامل را نشان می دهد. از شکل مشخص است که از ساختار سطح انرژی، موقعیت باند رسانای (CB) لایه جاذب نور CH3NH3SnI3 بالاتر از سطح نوار رسانایی ZnO است، و موقعیت باند ظرفیت (VB) بالاتر از سطح باند ظرفیت Cu2O است. وقتی نور لایه جذبی را تحریک می کند، حامل های جریان تولید شده نوری می توانند به طور موثری به باند هدایت ETM و باند ظرفیت HTM منتقل شوند. مشاهده می شود که ZnO، CH3NH3SnI3 و Cu2O می تواند به هماهنگی خوبی در سطح انرژی دست یابد که الزامات مهم طراحی ساختار سلول خورشیدی را برآورده می سازد.

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

چیکیده

1- مقدمه

II. ویژگی های فنی و مفهومی و تکنولوژی های کلیدی مرتبط با AE اینترنت انرژی

A. تعریف مفهومی

B. ویژگی های فنی

C. تکنولوژی های کلیدی مرتبط

III) توسعه سیستمی اینترنت انرژی

A) CPS

B) چارچوب کلی و طراحی عملکرد

C) توسعه قسمت سخت افزاری

D) توسعه قسمت نرم افزاری

IV) توضیح در مورد عملکرد اولیه و چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

A) آنالیز اولیه برنامه

B) طراحی توپولوژِی کاربردی آینده

C) چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

v. بحث

VI) نتیجه گیری

چکیده

 در این مقاله به طور سیستماتیک مفهوم جدیدی از تجهیزات دسترسی (AE) اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی-سایبری (CPSها) پیشنهاد می شود. اول، بر اساس مفهوم و ویژگی‌های AE اینترنت  انرژی ، توسعه سراسری  سیستمی آن ، از جمله طراحی توابع و طراحی چارچوب‌های کلی، توسعه تجهیزات سخت افزاری هسته ای و طراحی و توسعه سیستم نرم افزاری را به طور جامع بررسی می کنیم. دراین میان، قسمت سخت افزاری که شامل پنج نوع عمده از تجهیزات است برای ارتباط یکپارچه تجهیزات مختلف انرژی توزیع شده استفاده می شود. بخش نرم افزار، مشتمل بر سه دسته پلتفرم سیستمی (یعنی سیستم مدیریت محلی انرژی ، سیستم صفحه وب ابری و APP سمت کاربر) است که برای ادغام مدیریت انرژی و کنترل هماهنگ توزیع شده  به کار گرفته شده است. علاوه بر این، یک اقدام اولیه برای AE اینترنت انرژی پیشنهادی انجام می دهیم. بر این اساس، در نهایت، ما سناریوهای کاربردی بعدی را برای AE اینترنت انرژی از جنبه های مختلف پیش بینی می نماییم. انرژی اینترنت پیشنهادی به صورت یک پلتفرم رابط یکپارچه، مستقیماً برای طرف کاربر مورد استفاده قرار گرفته است تا منابع مختلف انرژی و تجهیزات بهره برداری را به اینترنت انرژی متصل کند، تا تجهیزات انرژی توزیع شده را به صورت real time نظارت و هماهنگ کند و در نهایت، گردش دو طرفه جریان انرژی و جریان اطلاعات را در شبکه هوشمند  محقق سازد. بزرگترین نوآوری این مقاله این است که به طور کامل، مفهوم جدید  AE اینترنت انرژی  را از منظر CPS است پیشنهاد می دهد، با این هدف که امیدواریم برخی ملاحظات را در سمت کاربرآماده نماید تا از طریق این تجهیزات به طور موثر و راحت به اینترنت انرژی دسترسی پیدا کند.

1- مقدمه

انرژی الکتریکی در جنبه های مختلف زندگی روزمره و تولیدی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به توسعه سریع اقتصادی و اجتماعی، به تدریج تعداد بیشتری از کشورها به پاسخگویی بار و مدیریت انرژی یکپارچه (IEM) توجه کرده اند. مدیریت و بهینه سازی انرژی نقش اساسی در توسعه پایدار دارند [1]. برای این منظور، ایالات متحده و برخی از کشورهای اروپایی برای اولین بار در دهه 1970 مفهوم سیستم مدیریت انرژی خانگی  (EMS) را با هدف بهبود بهره وری مصرف برق و دستیابی به صرفه جویی و کاهش انتشار انرژی پیشنهاد دادند. از آن زمان ، نتایج تحقیقاتی مربوط به EMS به طور فزاینده ای زیاد شده است [2] – [5]. در حال حاضر، IEM می‌تواند مشکلات مربوط به منبع تغذیه شبکه توزیع ، مصرف برق کاربر و استفاده از انرژی نو را تا حد معینی حل کند. با این حال، سیستم های IEM واقعی هنگام  استفاده در مدیریت و بهره‌برداری از انرژی موثر، دارای کاستی های بسیاری هستند. به ویژه، مدل های اکتشاف و بهره برداری  انرژی موجود که به منابع انرژی تجدیدناپذیر متکی هستند، که پایداری آن به شدت دشوار است. بنابراین ، مدل های مصرف انرژی با راندمان بالا ، ایمن ، قابل اطمینان و پایدار، راه حلی برای مسئله اصلی استفاده از انرژی است که انسان و جامعه با آن روبرو هستند [6].

VI) نتیجه گیری

در این مقاله، ما به طورسیستماتیک مفهوم جدیدی از AE اینترنت انرژی را بر اساس ایده CPS پیشنهاد می کنیم. مشارکت های اصلی به شرح زیر خلاصه می شود:

1) این AE اینترنت انرژی پیشنهاد شده یک پلتفرم سیستمی چند لایه است که برای دستیابی به دسترسی یکپارچه به تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده) استفاده می شود، که می تواند جریان انرژی و جریان اطلاعات را به هم متصل کند، از این طریق به کنترل هماهنگ و استفاده بهینه از تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده)  کاربر نهایی مانند برق لوازم خانگی ، PV ها ، فن ها ، پیل های شارژ EV و دستگاه های ذخیره  سازی انرژی دست یابد. این امر، یک راه حل فنی برای plug-and-play تجهیزات کاربری تحت اینترنت انرژی  را در آینده فراهم می کند، و همچنین بینش جدیدی را برای IEM و حالت های چندگانه تجاری در محیط بازار فراهم می کند.

Abstract

This paper systematically proposes a novel concept of energy Internet access equipment (AE) integrating cyber-physical systems (CPSs). First, based on the concept and characteristics of energy Internet AE, we comprehensively investigate its global system development, including overall framework and functions design, core hardware equipment development, and software system design and development. Among these, the hardware part containing five major types of equipment is used to achieve a unified connection of various distributed energy equipment; the software part, consisting of three categories of system platforms (i.e., local energy management system, cloud Web page system, and user-side APP), is applied to integrate energy management and distributed coordination control. Moreover, we carry out an initial practice for this proposed energy Internet AE. Based on this, finally, we prospect future application scenarios for the energy Internet AE from multiple aspects. As a unified interface platform, the proposed energy Internet AE is directly applied for end-users to connect various energy supply and utilization equipment to the energy Internet, so as to monitor and coordinate the distributed energy equipment in real time and, finally, to realize the bidirectional circulation of energy flow and information flow in smart grid. The biggest innovation of this paper lies in comprehensively proposing a novel concept of energy Internet AE from the perspective of the CPS, with an aim of hoping to provide some thoughts for end-users to access the energy Internet efficiently and conveniently through such equipment in the future.

I. INTRODUCTION

Electrical energy has been widely utilized in various aspects of our daily lives and production. With the rapid development of economy and society, more and more countries have gradually begun to pay attention to demand response (DR) and integrated energy management (IEM). Energy management and optimization play a key effect in the sustainable development [1]. To this end, the United States and some European countries first proposed the concept of home energy management system (EMS) in 1970s, with the goal of improving electricity consumption efficiency and achieving energy saving and emission reduction. Since then, relevant research results of EMS have become increasingly abundant [2]–[5]. Currently, IEM can solve the problems of distribution network power supply, user power consumption and new energy utilization to a certain extent. However, the actual IEM systems still have many shortcomings when used in actual energy management and utilization. In particular, the existing energy exploration and exploitation models that rely on non-renewable energy sources are increasingly difficult to sustain. Therefore, high-efficiency, safe, reliable and sustainable energy use models will be the solution to the major problem of energy use faced by human and society [6]

VI. CONCLUSION

In this paper, we systematically propose a novel concept of energy internet AE based on the idea of CPS. The main contributions are summarized as follows:

1) This proposed energy internet AE is a multi-layer system platform used to achieve unified access of distributed energy equipment, which can interconnect energy flow and information flow, thereby achieving coordinated control and optimized utilization of end-user’s distributed energy equipment such as electrical appliances, PVs, fans, EV charging piles, and energy storage devices. This provides a technical solution for the plug-and-play of user equipment under the energy internet in the future, and also provides new insights for IEM and multiple trading modes in the market environment.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

چکیده

علائم

پارامترها

متغیرها

توابع

I. مقدمه

A. تعریف مسئله و انگیزه

B. مروری بر ادبیات علمی

C. مشارکت‌ها

D. سازمان‌دهی مقاله

II. زمان‌بندی هاب انرژی برمبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی

A. استراتژی زمان‌بندی برمبنای برنامه‌ریزی تصادفی

B. بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی

III. نتایج شبیه‌سازی و مباحثه

A. مطالعه موردی I: مثالی روشنگر

B. مطالعه موردی II: سیستم تغییر داده‌شده آزمون 34 گره‌ای IEEE

C. مقایسه روش ترکیبی ارائه‌شده با رویکردهای تصادفی خالص و قطعی برای قیمت‌های واقعی

IV. نتیجه‌گیری

چکیده

این مقاله، مسئله زمان‌بندی در سیستم هاب انرژی را از طریق رویکرد تئوری تصمیم شکاف اطلاعات (IGDT)/تصادفی هیبریدی مورد ارزیابی قرار می‌دهد. این دستگاه‌های هاب متشکل از توربین‌های بادی، واحدهای تجمیع شده توان و حرارت (CHP)، بویلرهای کمکی و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی است. با فرض اینکه هاب انرژی به‌عنوان اتصالی میان زیرساخت‌های انرژی مختلف نقشی غیرقابل‌انکار بازی می‌کند، هنوز بررسی این هاب ها از جنبه‌های مدل‌سازی و زمان‌بندی ضروری است. از سوی دیگر، در سال‌های اخیر نفوذ تولید توان بادی در زیرساخت‌های انرژی به‌طور چشم‌گیری افزایش پیداکرده است. به همین منظور، این مقاله برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی یکپارچه بادی روی روش بهینه‌سازی IGDT/ تصادفی هیبریدی تمرکز کرده است. این کار با در نظرگیری عدم قطعیت تولید انرژی بادی، قیمت انرژی و تقاضا انرژی صورت گرفته است. روش ما به صورتی بوده است که نه‌تنها می‌تواند به راه‌حل بهینه جهانی دست پیدا کند بلکه حجم محاسبات نیز می‌تواند کمتر شود. علاوه بر این، اپراتور تاب انرژی توسط مدل هیبریدی ارائه‌شده می‌تواند برای مواجهه با عدم قطعیت قیمت، دو استراتژی مختلف را دنبال کند. برای مثال، استراتژی خطر جو و خطر گریز. این روش مسئله به‌وسیله برنامه‌نویسی غیرخطی، یکپارچه و ترکیبی (MINLP) باعث بهینه‌سازی مسئله زمان‌بندی هاب انرژی در محیطی نامطمئن می‌شود. این فرمول سازی ارائه شدت است تا هزینه مورد انتظار در عملیات هاب انرژی را کمینه کند. چنین عملی درجایی رخ می‌دهد که تقاضاهای مختلف انرژی از هاب انرژی به صورتی کارآمد پاسخ داده می‌شود. خطاهای پیش‌بینی در مورد عدم قطعیت‌ها مرتبط به تولید توان بادی است و تقاضا انرژی به‌صورت یک سناریو مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که رویکرد بهینه‌سازی IGDT برای مدل‌سازی عدم قطعیت قیمت الکتریسیته ارائه‌شده است.

A. تعریف مسئله و انگیزه

هرچقدر که نفوذ منابع انرژی تجدید پذیر متناوب در زیرساخت انرژی افزایشی چشمگیر پیدا می‌کند، تناوب و تغییرپذیری تولید تجدید پذیر منجر به ایجاد چالش‌هایی بزرگ در زمان‌بندی زیرساخت انرژی می‌شود. در میان منابع انرژی تجدید پذیر، تولید بادی بخش قابل‌توجهی از تولیدات تجدید پذیر را به خود اختصاص داده است. بهره‌وری تعادل و هزینه‌های عملیاتی حاشیه‌ای پایین علت چنین اتفاقی است. بااین‌حال، احتمال دارد که تأثیرات پیش‌بینی پذیری پایین و عدم قطعیت در تولید بادی و نیز تبدیل احتمال بالقوه در این نوع از منابع به راه‌حلی واقعی، توسط همگام‌سازی زیرساخت‌های انرژی مختلف کمتر شود. یک هاب انرژی می‌تواند به‌عنوان یک رابط بین زیرساخت‌های مختلف انرژی مانند شبکه‌های الکتریسیته و گاز طبیعی تعریف شود. از سوی دیگر، یک هاب انرژی می‌تواند مصرف انرژی اولیه، انتشار متوالی آلاینده‌ها و هزینه مصرف انرژی را کاهش دهد. اخیراً باهدف تأمین تقاضاهای انرژی درروشی اقتصادی، سازگار با محیط‌زیست و قابل‌اتکا، به‌شدت روی برنامه‌ریزی، عملیات و مدیریت انرژی در هاب انرژی تحقیق‌شده است. مسئله اصلی در طرح‌ریزی و زمان‌بندی کارهای همراه با چنین تحقیقاتی در نظرگیری تأثیرات عدم قطعیت همراه باانرژی بادی، تقاضا انرژی و تعرفه‌های بازار انرژی است. به‌طوری‌که بتوان به تمام تقاضاهای انرژی پاسخ گفت درحالی‌که هزینه تأمین انرژی مشتریان کمینه باشد.

IV. نتیجه‌گیری

 در این مقاله، یک استراتژی زمان‌بندی برای یک سیستم هاب انرژی بر مبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی ارائه‌شده است. خروجی‌های غیرقطعی از تقاضاهای انرژی و تولید باد از طریق سناریوها مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که بهینه‌سازی IGDT برای دستیابی به حدفاصلی برای قیمت الکتریسیته پیاده‌سازی شده است. این موضوع در جهت مطالعه توابع موقعیت و مقاوم بوده است. اپراتور هاب انرژی توسط مدل ترکیبی ارائه‌شده می‌تواند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز را به‌منظور مواجهه با عدم قطعیت قیمت ره‌گیری کند. بار محاسباتی مسئله با پیاده‌سازی روش بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی مجتمع بادی، افزایش پیدا می‌کند. درنهایت، نتایج عددی به‌دست‌آمده از موارد مطالعه شده، تناسب و سودمندی روش ارائه‌شده را تصدیق می‌نمایند. نشان داده‌شده که با پیاده‌سازی استراتژی‌های مختلف ارائه‌شده توسط مدل IGDT/ تصادفی ترکیبی، مانند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز می‌توان درجه آزادی بیشتری برای اپراتور هاب انرژی در بازار انرژی تنظیم‌نشده مهیا کرد.

Abstract

This paper evaluates the scheduling problem for energy hub system consisting of wind turbine, combined heat and power units, auxiliary boilers, and energy storage devices via hybrid stochastic/information gap decision theory (IGDT) approach. Considering that energy hub plays an undeniable role as the coupling among various energy infrastructures, still it is essential to be investigated in both modeling and scheduling aspects. On the other hand, penetration of wind power generation is significantly increased in energy infrastructures in recent years. In response, this paper aims to focus on the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub considering the uncertainties of wind power generation, energy prices and energy demands explicitly in a way that not only global optimal solution can be reached, but also volume of computations can be lighten. In addition, by the proposed hybrid model, the energy hub operator can pursue two different strategies to face with price uncertainty, i.e., risk-seeker strategy and risk-averse strategy. This method optimizes energy hub scheduling problem in uncertain environment by mixed-integer nonlinear programming. This formulation is proposed to minimize the expected operation cost of energy hub where different energy demands of energy hub would be efficiently met. The forecast errors of uncertainties related to wind power generation and energy demands are modeled as a scenario, while an IGDT optimization approach is proposed to model electricity price uncertainty. 

A. Motivation and Problem Description

As the penetration of intermittent renewable energy resources increase substantially in energy infrastructures, renewable generation intermittency and variability causes big challenges on energy infrastructure scheduling. Among the renewable energy resources, wind generation assigns a remarkable portion of the renewable generations, due to energy balance efficiency and low marginal operating costs [1]. However, one possibility to smooth the effect of limited predictability and uncertainty of wind generation as well as convert potential possibility of these kinds of resources into actual solutions is coordinating different energy infrastructures [2]. An energy hub can be defined as an interface between various energy infrastructures such as electricity and natural gas networks [3-5]. On the other hand, an energy hub can reduce consumption of primary energy, the sequential pollutant emissions and the cost of energy consumption [4, 6]. Towards the goal of supplying energy demands in an economical, environmentally friendly and reliable way, planning, operation, and energy management of energy hub systems have been extensively investigated recently. An essential problem of the associated planning and scheduling tasks is to consider the effect of uncertainties associated with wind power, energy demands and energy market tariffs so that total energy demands can be served, while the cost of serving energy to customers is minimized.

IV. CONCLUSION

In this paper, a scheduling strategy for an energy hub system based on hybrid stochastic/IGDT optimization is proposed. The uncertain outputs of wind generation and energy demands are modeled via scenarios, while an IGDT optimization is implemented to find an interval for electricity price to study the robustness and opportunity functions. By the proposed hybrid model, the energy hub operator can track risk-averse and risk-seeker strategies to face with price uncertainty. By implementing the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub, the computation burden of the problem is decreased. Finally, the numerical results obtained from the studied cases verified the appropriateness and usefulness of the proposed method, where it is shown that by applying different strategies such as risk-averse and risk-seeker strategies provided by hybrid stochastic/IGDT model grants additional degree of freedom in deregulated energy markets for energy hub operator.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

الگوریتم سیستم اطلاعات جغرافیایی برای یافتن اماکن آینده جهت ذخیره سازی انرژی هیدروژنی پمپاژ شده

Geographic information system algorithms to locate prospective sites for pumped hydro energy storage

نکات برجسته
چکیده
1- مقدمه
2- مرور متون تحقیقاتی
2- 1- موقعیت مبتنی GIS
2- 2- نوآوری این اثر
3- مدل هایی برای مناطق بالقوه ذخیره انرژی هیدروژنی پمپاژ شده (PHES)
3- 1- مناطق خندق خشک
3- 2- مناطق تورکینست
3- 2- معادلات
3 -4- انواع دیگر مناطق ذخیره انرژی هیدروژنی پمپاژ شده (PHES)
4- الگوریتم های GIS
4- 1- مناطق محتمل برجسته
4- 2- شناسایی مناطق خندق خشک
4- 3- شناسایی مناطق تورکینست
4- 4- بهینه سازی انتخاب منطقه
4 -5- اثرات زیست محیطی
4 -6- دسترسی به آب
5- مطالعه موردی
5 -1 مجموعه داده های ورودی
5 -2- مناطق محتمل
5 -3- مناطق شناسایی خندق خشک
5-4 مناطق شناسایی تورکینست
6- نتیجه گیری و کار آینده

چکیده

ذخیره انرژی هیدروژنی پمپاژ شده قابلیت انتقال زمان انرژی در مقیاس بزرگ و طیف وسیعی از خدمات جانبی را فراهم کند، که می تواند سطح بالایی از فتوولتائیک و ادغام باد در شبکه های برق را تسهیل کند. این پژوهش با هدف توسعه یک سری از الگوریتم های سیستم اطلاعات جغرافیایی پیشرفته جهت مشخص کردن اماکن آینده برای هیدروژن پمپاژ شده انبارهای خارج از رودخانه در یک منطقه زمینی بزرگ مانند یک دولت یا یک کشور انجام گرفته است. دو نوع معمولی از اماکن، یعنی خندق های خشک و ترکینست، مدل سازی شده اند و یک توالی از سیستم اطلاعات جغرافیایی مبتنی بر رویکردها برای جستجوی اتوماتیک مناطق طراحی شده است. یک مطالعه موردی در استرالیای جنوبی انجام شده، جایی که در آن 168 منطقه خندق خشک و 22 ترکینست با ظرفیت کل ذخیره سازی 441 گیگالیتر آب ، معادل 276 گیگاوات ساعت از ذخیره سازی انرژی شناسایی شده است. این نشان می دهد الگوریتم های جستجوی مکان می توان به طور مؤثری در شناسایی مناطق هیدروژنی پمپاژ شده خارج از رودخانه عمل نمایند، این امکان را فراهم می سازد که ارزیابی ذخایر انرژی هیدروژنی پمپاز شده با دقت زیاد و به سرعت در مقیاس وسیع انجام شود. تجزیه و تحلیل حساسیت اثرات قابل توجه حداکثر ارتفاع دیواره سد را بر روی تعدادی از مناطق و ظرفیت ذخیره سازی کل نشان می¬دهد. لازم به ذکر است که مدل توسعه یافته در این پژوهش برای دیگر انواع پمپ هیدروژنی مانند مکان های خندق خشک و ترکینست مجاور اجرام موجود در آب، چاله های حفاری قدیمی و اقیانوس ها قابل اجرا است.

6- نتیجه گیری و کار آینده

امکانات ذخیره سازی در مقیاس شبکه می تواند نقش مهمی در ارائه توازن انرژی در سیستم های برق داشته باشند هنگامی که مشارکت انرژی فتوولتائیک متناوب و انرژی باد اهمیت می یابد. این پژوهش یک سری از سیستم های پیشرفته اطلاعات جغرافیایی را برای یافتن مکان های آینده برای پمپاژ آبی با تمرکز بر ذخائر انرژی پمپ های آبی کوتاه مدت خارج از رودخانه که تاثیرات زیست محیطی کمی دارند، بررسی می کند. مدل های ریاضی شرح داده شده در این مقاله دو نوع معمولی از مناطق مخزن هیدروژن پمپاژ شده در خارج از رودخانه ارائه می دهند: خندق ها خشک و تورکینست، که ویژگی های متفاوتی بر اساس مطالب بخش 3 دارند. اطلاعات جغرافیایی الگوریتم های سیستم، ابتدا مناطق محتمل برای تحولات هیدروژن پمپاژ شده را با انواع معیارهایی جستجو ( جدول 2 ) برجسته می سازند، که به طور قابل توجهی دامنه جستجو تضمین کننده قابلیت مدیریت محاسباتی را کاهش می دهد ( شکل 8 ).

Abstract

Pumped hydro energy storage is capable of large-scale energy time shifting and a range of ancillary services, which can facilitate high levels of photovoltaics and wind integration in electricity grids. This study aims to develop a series of advanced Geographic Information System algorithms to locate prospective sites for off-river pumped hydro across a large land area such as a state or a country. Two typical types of sites, dry-gully and turkey’s nest, are modelled and a sequence of Geographic Information System-based procedures are developed for an automated site search. A case study is conducted for South Australia, where 168 dry-gully sites and 22 turkey’s nest sites have been identified with a total water storage capacity of 441 gigalitres, equivalent to 276 gigawatt-hours of energy storage. This demonstrates the site searching algorithms can work efficiently in the identification of off-river pumped hydro sites, allowing high-resolution assessments of pumped hydro energy storage to be quickly conducted on a broad scale. The sensitivity analysis shows the significant influences of maximum dam wall heights on the number of sites and the total storage capacity. It is noted that the novel models developed in this study are also applicable to the deployments of other types of pumped hydro such as the locations of dry-gully and turkey’s nest sites adjacent to existing water bodies, old mining pits and oceans.

6- Conclusion and future work

Grid-scale storage facilities can play an important role of providing energy balancing in electricity systems when the shares of intermittent photovoltaics and wind energy become significant. This study investigates a series of advanced Geographic Information System algorithms to locate prospective sites for pumped hydro, with a focus on short-term off-river pumped hydro energy storage which has little environmental impacts. Mathematical models developed in this study represent two typical types of off-river pumped hydro reservoir sites: dry-gully and turkey’s nest, which have different characteristics as described in Section 3. The Geographic Information System algorithms first highlight the promising regions for pumped hydro developments with a variety of search criteria (Table 2), which significantly reduce the searching scope ensuring computational manageability (Fig. 8).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

الگوریتم سیستم اطلاعات جغرافیایی برای یافتن اماکن آینده جهت ذخیره سازی انرژی هیدروژنی پمپاژ شده

Geographic information system algorithms to locate prospective sites for pumped hydro energy storage

مدل سازی و کنترل توربین و مزرعه بادی

Modelling and control of a wind turbine and farm

چکیده

1. مقدمه

2. مدل توربین بادی

2-1. ماژول گام

2-2. ماژول آیرودینامیک

2-3. ماژول روتور

2-4. ماژول تحریک و برج

2-5. دینامیک های دیگر و کنترل کننده توربین

2-6. تایید اعتبار

3. جداسازی و تبدیل به کد C

3-1. جداسازی

3-2. پیشگیری

3-3. تبدیل به کد C

4. مدل مزرعه بادی

4-1. شرح مقدماتی نتایج

5- کنترل کننده مزرعه بادی

6. نتیجه گیری

منابع

چکیده

مدل سیمولینک / متلب تولید 5 مگاوات توان بادی از سوپرژن (تولید و تأمین توان پایدار) از توربین بادی نمونه، که توسط تعدادی از محققان در موسسات و دانشگاه های مختلف در دهه گذشته استفاده شده است، گزارش شده است. سپس، برای تسهیل در مدل سازی مزرعه بادی، که معمولا شامل مدل های توربین بادی اضافی است، به ویژه در سرعت، متعاقبا بهبود یافته است. بهبود بر اساس مراحل متنوعی شامل پیشگیری، جدا سازی با استفاده از روش هون علاوه بر روش اویلر به دست می آید، و سپس به کد C تبدیل می شود. نتایج بیان شده اند تا اثبات کنند که پیشرفت در سرعت، قابل توجه است و مدل توربین بادی به دست آمده می تواند برای مزرعه بادی به صورت کارآمدتر استفاده شود. ذکر این نکته مهم است که بهبود سرعت بدون سازش در مورد پیچیدگی در مدل توربین به دست می آید؛ بدین معنا که هر توربین موجود در یک مزرعه بادی ساده نشده و مورد سازش قرار نگرفته است. از مدل مزرعه بادی برای آزمایش یک کنترل کننده مزرعه بادی که اخیرا معرفی شده است و در این مقاله نیز نشان داده شده است، استفاده شده است.

1. مقدمه

نشریه آماری 2016 توسط WindEurope گزارش داد که 1537 گیگاوات ظرفیت نصب شده توان بادی در اتحادیه اروپا قرار دارد. با این توان بالای باد، توان حاصل از مزارع بادی دیگر نمی تواند به سادگی از سرعت باد دیکته شود. توان مصرفی برخی از توربین های بادی در حال حاضر حذف شده است [1، 2]. فراهم آوردن خدمات برای مزارع بادی در مورد شبکه شامل رزرو چرخان، پشتیبانی فرکانسی و کمک توسط تطبیق عرضه – تقاضا لازم است، که می تواند با استفاده از یک کنترل کننده مزرعه بادی مناسب به دست آید. برای طراحی یک کنترل کننده مزرعه بادی، یک مدل مزرعه بادی اثربخش نیاز به توسعه دارد، که بتواند سریع اجرا شود و در عین حال جزئی باشد. این موضوع هدف اصلی کار ارائه شده در این مقاله است.

6. نتیجه گیری

مدل متلب از توربین بادی 5 مگاواتی سوپرژن نمونه که در دهه گذشته توسط محققان مختلف به کار گرفته شده است، به خصوص در ائتلاف بادی سوپرژن با سرعت بهبود یافته است. این بهبود به ترتیب از طریق پیشگیری، جداسازی و تبدیل به کد C به دست می آید. جداسازی به صورت بهینه مانع از استفاده از یکپارچه سازی عددی غیر بهینه حل کننده سیمولینک برای شبیه سازی ماژول تحریک سفت می شود و در نتیجه سرعت شبیه سازی را بهبود می بخشد. جداسازی پیش شرط اصلی برای تبدیل به کد C است. تبدیل مدل جدا شده به کد C و سپس به CMEX برای شبیه سازی در متلب / سیمولینک متعاقبا انجام می شود، که باعث بهبود بیشتر سرعت شبیه سازی می شود. این مورد به مدل گسسته اجازه می دهد که تکثیر شده و تعمیم یابد تا یک مدل مزرعه بادی را بدون افزایش زمان شبیه سازی به صورت نمایی بر خلاف مدل پیوسته اصلی شامل شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که حتی با صد مدل توربین در یک مزرعه بادی، سرعت شبیه سازی در 70 ثانیه باقی می ماند. قابل تاکید است که مدل هر توربین ساده نشده است و تحت سازش قرار نگرفته است.

Abstract

The Matlab/Simulink model of the Supergen (Sustainable Power Generation and Supply) Wind 5 MW exemplar wind turbine, which has been employed by a number of researchers at various institutions and Universities over the last decade, is reported. It is subsequently improved, especially in speed, to facilitate wind farm modelling, which usually involves duplicating wind turbine models. The improvement is achieved through various stages, including prewarping, discretisation using Heun’s method in addition to Euler method, and conversion to C. Results are presented to demonstrate that improvement in speed is significant and that the resulting wind turbine model can be used for wind farm modelling more efficiently. It is important to highlight that improvement in speed is achieved without compromising the complexity of the turbine model; that is, each turbine included in a wind farm is neither simplified nor compromised. The use of the wind farm model for testing a wind farm controller that has recently been introduced is also demonstrated.

1. Introduction

The 2016 statistic publication by WindEurope reports that there are 153.7 GW of installed wind energy capacity in the European Union. With such high penetration of wind power, the power generated by wind farms can no longer simply be that dictated by the wind speed. The power output of some wind turbines is already being curtailed [1, 2]. It will be necessary for wind farms to provide services to the grid including spinning reserve, frequency support and assistance with supply-demand matching, which could be achieved by the use of an appropriate wind farm controller. In order to design a wind farm controller, an efficient wind farm model, which can be executed fast and is detailed at the same time, needs to be developed – this is the main objective of the work presented in this paper.

6. Conclusions

The Matlab model of the Supergen Wind 5 MW exemplar wind turbine, which has been used by various researchers over the last decade, especially within the Supergen Wind Consortium is improved in speed. This is achieved through prewarping, discretisation and conversion to C in order. Discretising optimally prevents the Simulink solver from non-optimally performing numerical integration for simulating the stiff drive-train module, and thus improves the simulation speed. Discretisation is also an essential prerequisite for conversion to C. Subsequently converting the discretised model to C, and then to CMEX for simulation in Matlab/SIMULINK, further improves the simulation speed. It allows the discretised model to be duplicated and extended to constitute a wind farm model without increasing the simulation time exponentially in contrast to the original continuous model. The simulation results demonstrate that even with one hundred turbine models included in a wind farm, the simulation speed remains at 70s. It is important again to emphasise that each turbine model is neither simplified nor compromised.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی و کنترل توربین و مزرعه بادی

Modelling and control of a wind turbine and farm

سیستم مخابرات نور مرئی با استفاده از سلول های خورشیدی سیلیسیومی برای جمع آوری انرژی و دریافت داده

Visible Light Communication System Using Silicon Photocell for Energy Gathering and Data Receiving

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 کاربرد سیلیکون فتوسل در سیستم ارتباطی نور قابل مشاهده جهت جمع آوری انرژی

Visible Light Communication System Using Silicon Photocell for Energy Gathering and Data Receiving

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.