مقطـع کارشناسـی ارشـد
رشته:مهندسی برق قدرت
 
عنـوان: کنترل فرکانس در سیستم قدرت مدرن در حضور مزارع بادی و باطری
استـاد راهنمـا: جنـاب آقای دکترعبدالرضا شیخ الاسلامی
استـاد مشاور: رویا احمدی
 
 
تابستان 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب:……………………………………………………………………………………………..صفحه
فصل 1 :چکیده
1-1:چکیده……………………………………………………………………………………………………………………….2
فصل 2:مفاهیم کلی باد و کنترل فرکانس
2-1:مقدمه باد …………………………………………………………………………………………………………………. 4
2-2 : تاثیرات باد در شبکه ………………………………………………………………………………………………… 6
2-3 : جنبه های حضور باد در سیستم تولید ………………………………………………………………………… 8
2-4 : جنبه های اتصال به شبکه …………………………………………………………………………………………. 9
2-5 : قدرت ……………………………………………………………………………………………………………………. 9
2-6:حد بتز …………………………………………………………………………………………………………………….10
2-7:توربین های بادی از نظر نوع ارتباط با شبکه سراسری…………………………………………………… 10
2-7-1:توربین های بادی جدا از شبکه ……………………………………………………………………………… 10
2-7-2:توربین های بادی متصل به شبکه ………………………………………………………………………. ….11
2-8 : انواع توربین های بادی از لحاظ محور چرخش توربین ………………………………………………. 11
2-8-1 : توربین بادی با محور افقی ………………………………………………………………………………….. 11
2-8-2 : نوع محور عمودی …………………………………………………………………………………………….. 11
2-9 : اجزای اصلی توربین باد…………………………………………………………………………………………… 12
2-9-1 : روتور ……………………………………………………………………………………………………………… 13
2-10 : ژنراتور و انواع مورد بهره گیری در مزارع بادی ……………………………………………………………. 14
2-10-1:ژنراتور القایی روتور قفسه ای……………………………………………………………………………… 14
2-10-2:ژنراتور القایی روتور سیم پیچی شده با کنترل مقاومت روتور………………………………….. 15
2-10-3:ژنراتور القایی دو تغذیه ای………………………………………………………………………………….. 16
2-10-4:ژنراتور سنکرون ………………………………………………………………………………………………… 17
2-11:انواع توربین های بادی از نظر سرعت ……………………………………………………………………… 18
2-11-1:توربین های سرعت ثابت …………………………………………………………………………………… 18
2-11-2:توربین های سرعت متغییر ………………………………………………………………………………….. 19
2-12:مفاهیم کنترل توان …………………………………………………………………………………………………. 20
2-13:انواع اتصالات الکتریکی …………………………………………………………………………………………. 21
2-14 : پایداری سیستم قدرت………………………………………………………………………………………….. 23
2-15 : انواع پایداری …………………………………………………………………………………………………….. 23
2-16 : فرکانس سیستم ……………………………………………………………………………………………………25
2-17: پاسخ ژنراتور به تغییر بار ………………………………………………………………………………………. 26
2-18 : انواع گاورنر ……………………………………………………………………………………………………….. 26
2-19 مشخصه واقعی دروپ ………………………………………………………………………………………….. 28
2-20: کنترل خودکار تولید AGC……………………………………………………………………………………… 28
2-21: کنترل بار فرکانس ………………………………………………………………………………………………… 30
2-22: کنترل فرکانس سیستم بادی……………………………………………………………………………………..31
2-23 : کنترل اینرسی ………………………………………………………………………………………………………33
2-24 : شبیه سازی ذخیره سریع قدرت ……………………………………………………………………………..34
2-25 : کنترل دروپ ……………………………………………………………………………………………………….35
2-26 : کنترل پیچ …………………………………………………………………………………………………………… 36
2-27 : کنترل سطح مزرعه بادی ………………………………………………………………………………………. 37
2-28:استراتژی کنترل ذخیره ساز در کنترل کلاسیک AGC…………………………………………………….38
2-29 کنترل ذخایر انرژی مبتنی بر الگوریتم PSO ……………………………………………………………….39
فصل 3 ساختار کنترلی
3-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………… 42
3-2:کنترلر عصبی……………………………………………………………………………………………………………. 43
3-2-1:روش انتشار بازگشتی…………………………………………………………………………………………….43
3-2-2:آموزش ………………………………………………………………………………………………………………. 44
3-3بهینه سازی ضرایب شبکه عصبی………………………………………………………………………………… 46
3-4:روش بهینه سازی جستجوگر باکتری …………………………………………………………………………..47
3-5:ترکیب عصبی و الگوریتم باکتری……………………………………………………………………………….. 49
3-6 اینورتر باتری…………………………………………………………………………………………………………… 50
3-7:سیستم گاورنر …………………………………………………………………………………………………………. 52
فصل چهارم :ساختار شبکه
4-1:تبیین سیستم…………………………………………………………………………………………………………….. 55
4-2:مدل دینامیکی بلوکی…………………………………………………………………………………………………. 55
4-2-1:مدل توربین باد………………………………………………………………………………………………………55
4-2-2:مدل باد……………………………………………………………………………………………………………….. 56
4-2-3:سیستم ذخیره انرژی……………………………………………………………………………………………… 56
4-2-4:گاورنر ژنراتور……………………………………………………………………………………………………… 56
4-2-5:مدل سیستم و انحراف فرکانس …………………………………………………………………………….. 56
4-2-6:سیستم کنترل……………………………………………………………………………………………………….. 57
4-2-7:معیارهای خطا …………………………………………………………………………………………………….. 57
4-3:مدل سیمولینک………………………………………………………………………………………………………… 57
4-3-1مزرعه باد…………………………………………………………………………………………………………….. 58
4-3-2:ذخیره سازانرژی ………………………………………………………………………………………………….. 62
4-3-3سیستم بخار………………………………………………………………………………………………………….. 63
فصل پنجم روش پیشنهادی و مطالعه نتایج
5-1 تبیین روش پیشنهادی…………………………………………………………………………………………………66
5-2 انجام شبیه سازی و مطالعه نتایج …………………………………………………………………. ………….. 68
5-3 مقایسه روش پیشنهادی در سیستم بلوکی بدون حضور باتری………………………………………… 68

  • مطالعه کارایی کنترلر در سیستم بلوکی ………………………………………………………………….. 68

5-5 مطالعه سیستم سیمولینک کامل………………………………………………………………………………….. 70
5-6بررسی پاسخ فرکانسی روش پیشنهادی و توان تحویلی اجزاءبدون حضور باتری…………………70
5-7 مطالعه پاسخ فرکانسی روش پیشنهادی و توان تحویلی اجزاءبدون حضور باتری……………….71
5-8 نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………….74
5-9پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………….75
 
فهرست اشکال، نمودارها و جداول
شکل(2-1)نمودار سالیانه باد در جهان………………………………………………………………………………..6
شکل(2-3):اندازه رشد بهره گیری از باد در مقایسه با سایر انرژی ها در آمریکا…………………………….6
شکل(2-2)تاثیرات تغییر سرعت باد در توان خروجی مزرعه……………………………………………………7
شکل(2-4):اندازه تاثیرارتفاع در باد……………………………………………………………………………………10
شکل(2-5): انواع توربین محور افقی…………………………………………………………………………………..12
شکل(2-6):توربین عمودی داریوس…………………………………………………………………………………….13
شکل(2-7):اجزا اصلی توربین بادی محور افقی…………………………………………………………………….13
شکل(2-8):توربین بر مبنای ماشین روتور قفسه ای………………………………………………………………14
شکل(2-9):ژنراتور القایی روتور سیم پیچی شده………………………………………………………………..15
شکل(2-10):ژنراتور القایی دو تغذیه ای………………………………………………………………………….16
شکل(2-11):یک توربین سرعت ثابت با ژنراتور قفس سنجابی………………………………………………18
شکل(2-12):توربین با ژنراتور دو تغذیه ای………………………………………………………………………….19
شکل(2-13):سیستم با مبدل تمام قدرت………………………………………………………………………………20
شکل(2-14)اتصال ac…………………………………………………………………………………………………21
شکل(2-15):اتصال hvdc……………………….. ………………………………………………………………….22
شکل(2-16):اتصال vschvdc……………………………………………………………………………………..22
شکل(2-17):تقسیم بندی انواع پایداری……………………………………………………………………………….24
شکل(2-18):تقسیم بندی زمانی برنامه ریزی و بهره برداری سیستم قدرت……….………………………24
شکل(2-19):تابع انتقال ارتباط قدرت وسرعت………………………………………………………………………26
شکل(2-20): تابع انتقال ارتباط توان با فرکانس……………………………………………………………………..26
شکل(2-21):گاورنر سعت ثابت………………………………………………………………………………………….27
شکل(2-22)گاورنر با فیدبک حالت دایم………………………………………………………………………….27
شکل(2-23):منحنی حالت دایم از یک گاورنر با مشخصه دروپ………………………………………….28
شکل(2-24)منحنی دروپ خطی ایده آل…………………………………………………………………………28
شکل(2-25):کنترل خودکار تولید با کنترل اضافی انتگرال………………………………………………………29
شکل(2-26):یک ناحیه مجهز به کنترل بار فرکانس ……………………………….……………………………..30
شکل(2-27):شبیه سازی اینرسی پنهان برای توربین سرعت متغییر…………………………………………..34
شکل(2-28):منحنی فرکانس دروپ…………………………………………………………………………………….35
شکل(2-29)کنترل دروپ برای توربین سرعت متغییر…………………………………………………………35
شکل(2-30):کنترل پیچ سنتی………………………………………………………………………………………..36
شکل(2-31)کنترل پیچ اصلاح شده………………………………………………………………………………..36
شکل(2-32):ساسله مراتب کنترل در سطح مزرعه باد…………………………………………………………….37
شکل(2-33):کنترل دیاگرام سیستم باتری …………………………………….………..…………………………….39
شکل(2-34):بلوک دیاگرام مربوط به کنترل agc با باد و باتری………………………………………………39
شکل(2-35):بلوک دیا گرام سیستم هیبرید……………………………………………………………………………40
شکل(3-1): ساختار دو لایه شبکه عصبی…………………………………………………………………………….44
شکل(3-2)شبکه تحت آموزس در متلب………………………………………………………………………………46
شکل(3-3)سیستم کنترلی مدل شده ساده……………………………………………………………………………..47
شکل(3-4)مقایسه کنترلر عصبی و pi معمولی………………………………………………………………………47
شکل(3-5): چکونگی عملکرد الگوریتم باکتری و شبکه عصبی………………………………………………48
شکل(3-6)فلوچارت چگونگی عملکرد باکتری…………………………………………………………………….49
شکل(3-7)شکل موج سوئیچ زنی……………………………………………………………………………………….50
شکل(3-8)شماتیک سیستم تولید سیگنال کنترل برای اینورتر………………………………………………….51
شکل(3-9): کنترل هیسترزیس جریان………………………………………………………………………………….51
شکل(3-10)چگونگی عملکرد سیستم کنترل باتری……………………………………………………………………..51
شکل(3-11)نمودار بلوکی برای کنتل اولیه سیستم بخار………………………………………………………….53
شکل(3-12)نمودار بلوکی مربوط به گاورنر………………………………………………………………………….53
شکل(3-13)مدل کنترل در متلب…………………………………………………………………………………………53
شکل(4-1):مدل بلوکی شبکه مورد مطالعه…………………………………………………………………………..55
شکل(4-2):مدل کلی سیمولینکی…………………………………………………………………………………….58
شکل(4-3):ساختار ژنراتور القایی دو تغذیه ای ………………………………………………………………59
شکل(4-4): شکل منحنی cp-χ………………………………………………………………………………59
شکل(4-5):کنترل زاویه گام………………………………………………………………………………………………..60
شکل(4-6):توان های خروجی مزرعه باد……………………………………………………………………………..61
شکل(4-7):اتصال برای باتری……………………………………….. ………………………………………………..62
شکل(4-8) تبدیل abcبهdq……………………………………………………………………………………………..63
شکل(4-9) روش هماهنگی مرجع SRF……………………………………………………………………………64
شکل(4-10):بلوک دیاگرام سیستم مکانیکی ژنراتور سنکرون………………………………………………64
شکل(4-11):مدل کلی گاورنر……………………………………………………………………………………….64
جدول(4-1):جدول مقایسه باتری ها……………………………………………………………………………………61
نمودار (4-1)نمودار مقایسه باتری ها ………………………………………………………………………………….63
شکل(5-1):فلوچارت روش انجام کار………………………………………………………………………………..67
شکل(5-2):مقایسه پاسخ فرکانسی روش پیشنهادی و piمعمولی…………………………………………..68
شکل(5-3):مقایسه پاسخ فرکانسی و روش پیشنهادی در بلوکی کامل……………………………………69
شکل(5-4): مقایسه پاسخ فرکانسی روش پیشنهادی در حالت کامل و عدم حضور باتری…………..69
شکل(5-5):توان تحویلی نیروگاه بخار…………………………………………………………………………………70
شکل(5-6):توان تحویلی نیروگاه باد……………………………………………………………………………………71
شکل(5-7):تغییرات فرکانس در عدم حضور باتری………………………………………………………………71
شکل(5-8):توان تحویلی نیروگاه بخار در حضور باتری…………………………………………. ……..72
شکل(5-9):توان تحویلی باتری…………………………………………………………………………………….72
شکل(5-10): تغییرات فرکانس در حضور باتری…………………………………………………………………..73
شکل(5-11):مقایسه تغییرات فرکانس در دو حالت با باتری و بدون باتری……………………………….73
شکل 5-12 توان تحویلی مزرعه باد…………………………………………………………………………………….74
شکل 5-13توان تولیدی برای توربین بخار در حالت حضور و عدم حضور باتری……………………..74
شکل (5-14)توان تحویلی باتری در طول تغییرات توان تولیدی باد ………………………………………..74
شکل 15-5مقایسه دو حالت باد متغییر با باتری و بدون باتری………………………………………………..75
 
 
 

فصل اول
چکیده

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
چکیده:
با در نظر داشتن اهمیت فرکانس در پایداری و عملکرد صحیح اجزائ سیستم قدرت و همچنین توسعه روز افزون بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر خصوصا بادبه عنوان منابع ارزان ودر دسترس وبدون آلودگی ،بهره گیری از نیروگاههای بادی در سیستم قدرت به دلیل مسائل فنی تاثیر معکوسی برپایداری فرکانس شبکه خواهد داشت.در سیستم های سنتی ژنراتور های سنکرون به صورت خودکار می توانستند کنترل فرکانس شبکه را بر عهده گیرند. اما نیروگاههای بادی به علت محدودیت های فنی در تنظیم فرکانس در نظر گرفته نمی شوند . با در نظر داشتن این علت های وبه مقصود اینکه بهره گیری از این انرژی بهینه واقتصادی و با اعتماد بالا باشد و جهت مطالعه و یافتن راهکار مناسب به مقصود شرکت این واحدهای تولیدی که بهره گیری از آنها با سرعت بالایی در حال گسترش می باشد در کنترل فرکانس سیستم قدرت که فاکتور مهمی در ارزیابی و عملکرد صحیح یک سیستم می باشد خود اهمیت وضرورت انجام مطالعه در این زمینه را مشخص می نماید.پس نیاز به یک طرح کنترلی جهت مشارکت این نیروگاهها در کنترل اولیه وثانویه فرکانس سیستم هست.
به دلیل عدم قطعیت باد نوساناتی در توان خروجی ایجاد می گردد واین نوسانات قدرت نوسانات فرکانس را در سطح اولیه ایجاد می کنند به مقصود کاهش تاثیر این نوسانات امروزه بهره گیری از توربین های سرعت متغییر دو تغذیه ای به دلیل فعالیت در بازه بزرگتری از باد و کاهش نوسانات تولید باد به صورت گسترده افزایش یافته می باشد اما از سوی دیگر اینکه توربین های بادی دوتغذیه ای به دلیل ساختار خود مستقل از فرکانس سیستم اقدام می نمایند و در نزدیک مقدار نامی خود فعالیت میکنند پس به تغییرات فرکانس عکس العمل نشان نمی دهند هم چنین نمی توانند به صورت رزرو در کنترل فرکانس سیستم شرکت نمایند وهمیشه نیاز به قدرت رزرو از نوع سنتی دارند.در سیستم های سنتی ژنراتور ای سنکرون به صورت خودکار می توانستند سرعت ژنراتورها را برای تامین کنترل فرکانس تنظیم نمایند.و به صورت لحظه ای توان خروجی را افزایش می دهند که تا حدی نیاز شبکه را بر طرف نموده و مانع از افت شدید و ناگهانی فرکانس می گردد .همانطور که در مورد ژنراتور دو تغذیه ای عنوان گردید به دلیل حضور تجهیزات الکترونیک قدرت سرعت چرخش آن از فرکانس شبکه جداست و تغییرات فرکانس شبکه توسط روتور دیده نمی گردد ،و در نتیجه اینرسی سیستم قدرت با افزایش تولید باد کاهش می یابد . که برای حل این مساله بایستی تولیدات بادی را در کنترل فرکانس سیستم شرکت داد.همچنین با در نظر داشتن گستردگی سیستم های قدرت و رو به رشد بودن آنها که این وسعت وپیچیدگی بالای شبکه های قدرت سبب غیر خطی شدن معادلات حاکم بر سیستم میگردد .کنترل های سنتی و مرسوم که به صورت خطی اقدام می نمایند و از قابلیت بروزرسانی پایینی برخوردار هستند و تا حدودی کند می باشند از کارایی پایینی برخوردار هستند. پس امروزه به سمت طراحی یک کنترلرهای هوشمند با بهره گیری از الگوریتم های هوشمند میرویم.
در این پایان نامه یک روش کنترلی مبتنی بر شبکه عصبی با در نظر داشتن ویژگی هاو محاسن این روش به مقصود شرکت در کنترل فرکانس برای یک سیستم هیبرید باد ، بخارو ذخیرره ساز باتری که ضرایب کنترلراز طریق الگوریتم باکتری های جستجو گر بهبود داده شده می باشد پیشنهاد شده می باشد ،همچنین بمنظور بهتر شدن وضعیت فرکانس و پاسخ سیستم به اغتشاشات توان و افزایش اینرسی سیستم از ذخیره ساز انرژی باتری جهت شرکت تولید باد در فرآیند کنترل فرکانس بهره گیری شده می باشد.برای مطالعه کارایی روش کنترلی پیشنهادی آغاز سیستم مذکور به صورت دینامیکی در محیط متلب شبیه سازی شده می باشد و نتایج شبیه سازی ها با یک کنترلر معمول مقایسه شده می باشد که نتایج نشان دهنده رفتار مناسب و مقاوم بودن روش پیشنهادی پیش روی تغییرات بار و باد و همچنین بهبود پاسخ فرکانسی سیستم در این حالت می باشد.
قسمت های مختلف این پایان نامه به تبیین زیر می باشد:در بخش 2ادبیات موضوع و کارهای گذشته مطرح شده می باشد ،در بخش 3 ساختار سیستم کنترل پیشنهادی و اجزاء آن ، در بخش 4 اجزاء مختلف به کار رفته در سیستم مورد مطالعه تبیین داده شده می باشد ،در بخش 5 الگوریتم حل روش پیشنهادی و نتایج شبیه سازی ها و پیشنهادات اظهار شده می باشد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه کارشناسی ارشد رشته برق قدرت: برنامه ریزی در مدار قرار دادن نیروگاه ها
فصل دوم
مفاهیم کلی باد و کنترل فرکانس

 
2-1.مقدمه انرژی بادی:
با در نظر داشتن رشد روز افزون هزینه های بهره برداری از سوخت های فسیلی که از یک طرف بدلیل کاهش سوخت های فسیلی و افزایش طبیعی قیمت سوخت ها و از طرف دیگر بدلیل هزینه های زیست محیطی و سیاسی ایجاد شده می باشد که خود دلیلی بر پایان عصر بهره گیری از سوخت های فسیلی خواهد بود نیاز به منابع انرژی جدید جایگزین به شدت احساس می گردد در این بین نیروگاههای بادی با ایجاد کمترین اندازه آلودگی با شاخص های اقتصادی موجه مانند با اهمیت ترین انواع نیروگاههای مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر هستند.
مزایای آن عبارتند از:

  • انرژِی باد تجدید پذیر می باشد پس یک منبع پایان ناپذیر می باشد.
  • بهره گیری از این منبع انرژی سبب کاهش مصرف سوخت فسیلی و ذخیره آن می گردد.
  • از نظری محیطی باد و هیچ خطری برای محیط زیست ندارد و کاملاً رایگان بوده.
  • توربین های بادی دارای قابلیت مانور بالا در بهره برداری هستند از چند وات تا چندین مگاوات با تغییر قطر توربین تولید دارند.
  • پایین بودن هزینه برق تولیدی توسط توربین باد
  • عدم نیاز به آب یا دیگر سیالات در پروسه تولید برق
  • عدم نیاز به زمین های بزرگ و ساختمانهای مخصوص بخش های کنترل و بهره برداری
  • کوتاه بودن زمان ساخت و بهره برداری

معایب:

  • توان باد به عنوان یک منبع انرژی متناوب مطرح شده می باشد زیرا در تمام 100 درصد زمان وزیده نمی گردد.
  • بهترین محل های نیروگاههای بادی که توجیه ساخت دارند مناطق در دست می باشد که بحث انتقال آن به مناطق مصرف مطرح می گردد و نیاز به بهبود زیر ساختها دارد.
  • تاثیراتی که تولیدات متغیر باد بی پایداری شبکه دارد.
  • اینکه در یک محدوده ورزشی باد توان قابل تولید می باشد و در بالا و پایین این محدوده امکان کار وجود ندارد. [1]

مطالعه رشد بهره گیری از انرژی باد:
با وجود این بهره گیری از این انرژی در حال رشد می باشد به طوری که افزایش بهره گیری از قدرت باد در تولیدات عمده رشد وسیعی داشته وبه طوری که از 24 گیگا وات در سال 2001 به 239 گیگی وات در سال 2011 رسیده می باشد که این مقدار 3 در صد کل انرژی جهان را پوشش می دهد همانطور که در شکل 2-1 نظاره می نماییم و هم چنین با در نظر داشتن شکل 2-2 که اندازه رشد بهره گیری از باد را در مقایسه با سایر انرژی ها ی در آمریکا در سالهای 2007 تا 2011 را نشان می دهد می توان به اهمیت این انرژی تجدید پذیر پی برد همچنین در حال حاضر حدود 20.6 گیگا وات در کشور آلمان که حدود 5/16% تولید کل آن می باشد و تا سال 2020 به50 گیگا وات می رسد. اما این رقم در کشورهای جهان سوم بسیار ناچیز باشد. [1] [2]
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :92

قیمت : 14700 تومان

***

—-

دسته‌ها: مهندسی برق