البحث المتقدم

تحليل النمذجة والمحاكاة لنظام شبكة كهربائية صغيرة هجين بين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح

Title Modeling and Simulation Analysis of a Hybrid PV–Wind Renewable Energy Sources for a Micro-Grid Application

الباحث الرئيس عبدالرحمن ابراهيم يحي القاسم
التخصص: الهندسة الكهربائية
التخصص الدقيق: الطاقة المتجددة
المستخلص: يتخذ مقدار استهلاك الطاقة في المملكة العربية السعودية منحنىً تصاعدياً مستمراً بحيث تشير الدراسات الصادرة من مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة إلى توقع أن تصل الحاجة إلى توفير مايزيد عن 120 جيجا واط من القدرة الكهربائية بحلول عام 2032 مقارنة بنصف هذا المقدار في عام 2018. هذه الزيادة المطردة في استهلاك الطاقة الكهربائية مرتبطة بشكل مباشر بعدة عوامل منها ازدياد التعداد السكاني، زيادة الاستهلاك الفردي، ومشاريع التنمية التي تتطلب مقدار كبير من استهلاك الطاقة الكهربائية. عليه تم تبني خطط الاستراتيجية في المملكة العربية السعودية تحتوي حزم من الإجراءات لمجاراة هذه الزيادة في الطلب منها تنويع مصادر الطاقة وإدماج مصادر الطاقة المتجددة في المنظومة الكهربائية من خلال الأنظمة المركزية واللامركزية المتصلة بالشبكة الكهربائية وأنظمة الشبكات الصغيرة. يتم في هذا البحث إجراء تحليل تقني لتقييم أداء تركيب نظام شبكة كهربائية صغيرة يتكون من مصادر هجينة متصلة بالشبكة تحتوي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والمولدات بطاقة الرياح. يعتبر هذا البحث خطوة أولى في مشروع نمذجة شبكة صغيرة هجينة (Microgrid). يركز البحث على تصميم النموذج النظري للشبكة الهجينة باستخدام تقنيات الطاقة المتجددة، ويمثل خطوة أولى نحو بناء نموذج شبكة هجينة بالجامعة. تقدم الدراسة البحثية خوارزمية تتبع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من خلال الأنظمة المرتبطة لتحقيق أعلى مقدار من الطاقة المُنتَجة (MPPT) بناءً على وحدة تحكم متكاملة (PI) للحصول على استجابات ديناميكية عالية وسريعة. تم اختبار النظام على عاكس كهربائي (Inverter) متصل بالشبكة ثلاثية الأطوار (3-phase) يتم تغذيته بواسطة وحدة طاقة شمسية بحيث يتم التحكم في تدفق الطاقة بواسطة وحدة التحكم المتكاملة. للتحقق من فعالية استراتيجية التحكم المقترحة ، تم إجراء دراسات محاكاة مختلفة في ظل ظروف مختلفة من ناحية توافر الإشعاع الشمسي حيث تم الوصول إلى كفاءة للخوارزمية تبلغ 90 ٪.
Abstract: The demand of electrical energy in Saudi Arabia is steadily growing with the economic growth, more power plants should be installed to boost the capacity of generation and cover demand. Electricity in Saudi Arabia is mainly dependent on fossil fuel which raise a major concern of depleting the natural resources and increase CO2 emission. In this paper, a technical analysis was conducted to evaluate the performance of installing a micro-grid system which consists of hybrid PV/Wind power sources and integrated to the grid network with a capacity of 7.0 KW installed at the roof of the engineering building in the Islamic university of Madinah. The PV system consists of 60 cells mono-crystalline solar panels with maximum power of 340 W_p at the standard test conditions (STC) and 18.33% efficiency. The PV modules arranged into two parallel strings of five modules. The proposed control approach consists of MPPT and PI algorithms. All of the power flow, MPPT efficiency, and total harmonic distortion (THD) results are analyzed by MATLAB/Simulink environment. To validate the effectiveness of the proposed control strategy, various simulation studies have been carried out under varying irradiation conditions. The fast and high control capability of the model predictive control allowed an effective tracking under varying irradiation conditions. Simulation analysis was carried out using Homer, and the efficiency analysis has been performed for the power and control structures through which it reached 90% as well as for the inverter.
الحالة: محكم ومنشور
جهة التحكيم: IEEE Xplore
دار النشر: IEEE
سنة النشر: 2021
تحويل التاريخ