مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی برق قدرت
موضوع:
مشارکت جایگاه شارژ خودروهای الکتریکی در کنترل فرکانس ریز شبکه در حالت جزیره ای
استاد راهنما:
دکتر خلیل گرگانی فیروزجاه
استاد مشاور:
مهندس عماد صمدایی
 
     
تابستان 1393
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده:
خورشید یک منبع عظیم انرژی به شمار می رود و با در نظر داشتن کاهش هزینه­های ساخت سلول­های خورشیدی در طول زمان، بهره گیری از سیستم­های فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه بسیاری قرار گرفته می باشد.
در این پایان نامه، به ارائه یک سیستم کنترلی مناسب جهت مدیریت انرژی در سیستم تولید پراکنده هیبرید متشکل از سیستم فتوولتائیک، دیزل ژنراتور، ذخیره سازی انرژی در باتری خودرو الکتریکی پرداخته شده می باشد. در این پژوهش، سیستم فتولتائیک و باتری خودرو الکتریکی به عنوان منابع اصلی انرژی تحویل دهنده به شبکه می باشند و دیزل ژنراتور به عنوان سیستم پشتیبان مورد بهره گیری قرار می­گیرد.
آغاز به مدل سازی دینامیکی مناسب از اجزای این سیستم ها مبادرت شده و سپس سیستم کنترلی پیشنهاد شده که مبتنی بر مدل فازی می­باشد ارائه می­گردد. این استراتژی پیشنهادی با کنترل کننده کلاسیک مقایسه می­گردد. اندازه مقاوم بودن استراتژی پیشنهادی در برابر تغییرات بار مطالعه و در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی گردیده می باشد و نتایج مرتبط تحلیل شده می باشد.
در بخش نتایج نظاره می گردد که سیستم­های کنترلی، قادر به جبران سازی و مدیریت توان در برابر تغییرات ناگهانی بار می باشند و سیستم در تامین تقاضای بار با مشکل مواجه نمی­گردد. در این بین نظاره می­گردد که استراتژی پیشنهادی که مبتنی بر مدل فازی بوده دارای عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده کلاسیک می­باشد.
 
واژه های کلیدی:
خودرو الکتریکی، فتوولتائیک، کنترل فرکانس، منطق فازی
 
 
 
 
 
 
 
فهرست مطالب
عنوان                                          صفحه
       فصل اول: مقدمه و کلیات پژوهش
1-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 تعریف مسأله …………………………………………………………………………………………………………. 3
1-3 پیشینه پژوهش …………………………………………………………………………………………………………. 4
1-4 سوالات اصلی پژوهش ……………………………………………………………………………………………… 6
1-5 اهداف …………………………………………………………………………………………………………………. 6
1-6 ضرورت و اهداف پژوهش ………………………………………………………………………………………. 7
فصل دوم: ادبیات و پیشینه پژوهش
2-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-2 ریز شبکه …………………………………………………………………………………………………………….. 10
2-3 تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………………………… 10
2-3-1 تعریف تولیدات پراکنده …………………………………………………………………………………….. 10
2-3-2 مزایای تولیدات پراکنده ……………………………………………………………………………………… 11
2-3-3 بهره برداری از واحدهای تولید پراکنده …………………………………………………………………. 11
2-3-4 انواع تولیدات پراکنده ………………………………………………………………………………………. 13
2-4 سیستم هیبرید ………………………………………………………………………………………………………. 13
2-4-1 مزایای ریز شبکه و چالش های سیستم هیبریدی ……………………………………………………… 14
2-5 سیستم فتوولتائیک ………………………………………………………………………………………………… 15
2-5-1 تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک ……………………………………… 15
2-6 روش های کاربرد سیستم های برق خورشیدی …………………………………………………………….21
2-6-1 متصل به شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….21
2-6-2 مستقل از شبکه سراسری برق ……………………………………………………………………………….23
2-7 مدل پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………….24
2-7-1 مطالعه روش های دنبال کننده ماکزیمم توان…………………………………………………………..26
2-8 دیزل ژنراتور ……………………………………………………………………………………………………….30
2-9 وسایل ذخیره انرژی ………………………………………………………………………………………………31
2-10 خودرو الکتریکی ……………………………………………………………………………………………….33
2-10-1 تعریف و معرفی انواع خودروهای الکتریکی ………………………………………………………..33
2-10-2 تعریف V2G و کابردهای آن ……………………………………………………………………………35
2-10-3 فرصت ها و چالش­های اتصال خودرو الکتریکی به شبکه………………………………………..38
2-10-4 روش های مدل سازی باتری …………………………………………………………………………….39
2-11 سیستم کنترل فازی ……………………………………………………………………………………………. 44
2-11-1 مقدمه فازی …………………………………………………………………………………………………. 44
2-11-2 سیستم های فازی …………………………………………………………………………………………. 45
2-11-3 ساختار یک کنترل کننده فازی ………………………………………………………………………. 48
فصل سوم: روش پژوهش
3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..53
3-2 ساختار سیستم پیشنهادی………………………………………………………………………………………..53
3-3 کنترل کننده PI …………………………………………………………………………………………………..54
3-4 کنترل کننده فازی-کلاسیک ……………………………………………………………………………… 58
فصل چهارم: محاسبات و یافته های پژوهش
4-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………….63
4-2 شبیه سازی پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………63
4-3 سیستم پیشنهادی………………………………………………………………………………………………….66
4-4 نتایج شبیه سازی …………………………………………………………………………………………………66
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………….75
5-2 پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………76
مراجع ………………………………………………………………………………………………77
ضمیمه ………………………………………………………………………………………………82
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………..83
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
عنوان                                          صفحه
فصل دوم: ادبیات و پیشینه پژوهش
2-1 عملکرد روش کنترلی P&O ………………………………………………………………………………………27
2-2 مشخصات توابع انتقال دیزل ژنراتور …………………………………………………………………………….31
فصل سوم: روش پژوهش
3-1 اثرات افزایش پارامتر به گونه مستقل …………………………………………………………………………… 56
3-2 پایگاه قواعد کنترل کننده فازی ………………………………………………………………………………….61
3-3 معرفی پارامترهای پایگاه قواعد کنترل­کننده فازی ………………………………………………………….61
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل ها
عنوان                                          صفحه
فصل دوم: ادبیات و پیشینه پژوهش
2-1 بخش های اصلی یک سیستم فتوولتائیک ……………………………………………………………………..16
2-2 آرایه، پنل، ماژول و سلول فتوولتائیک …………………………………………………………………………17
2-3 بلوک دیاگرام یک سیستم PV با بار AC و DC ……………………………………………………………..18
2-4 مراحل اصلی در طراحی یک سیستم فتوولتائیک……………………………………………………………20
2-5 نمای کلی یک سیستم متصل به شبکه …………………………………………………………………………21
2-6 نمای کلی یک سیستم جدا از شبکه ……………………………………………………………………………23
2-7 مدار معادل پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………….25
2-8 سیستم کنترل اغتشاش و نظاره ……………………………………………………………………………….27
2-9 عملکرد روش P&O در شرایط تغییرات جوی………………………………………………………………28
2-10 الگوریتم روش اغتشاش و نظاره……………………………………………………………………………29
2-12 مدل ساده دیزل ژنراتور………………………………………………………………………………………….30
2-13 بلوک دیاگرام از مدل باتری ………………………………………………………………………………….32
2-14 بلوک دیاگرام خودروی الکتریکی برای کنترل فرکانس………………………………………………………43
2-15 یک کنترل کننده دمای ساده…………………………………………………………………………………………………46
2-16 نمایش بلوکی بهره گیری از کنترل کننده فازی به صورت مستقیم……………………………………………..48
2-17 بلوک دیاگرام ساختار کنترل کننده فازی…………………………………………………………………………….48
2-18 تابع تعلق تک مقداری و تابع تعلق مثلثی…………………………………………………………………..49
فصل سوم: روش پژوهش
3-1 بلوک دیاگرام سیستم توان هیبریدی پیشنهادی…………………………………………………………….54
3-2 بلوک دیاگرام کنترل کننده PI ………………………………………………………………………………..56
3-3 بار پله­ای ……………………………………………………………………………………………………………..57
3-7 سیستم فرمان توسط کنترل کننده فازی-کلاسیک………………………………………………………. 58
3-8 توابع عضویت ورودی اول کنترل کننده فازی ………………………………………………………….59
3-9 توابع عضویت ورودی دوم کنترل کننده فازی …………………………………………………………59
3-10 توابع عضویت خروجی کنترل کننده فازی ……………………………………………………………60
فصل چهارم: محاسبات و یافته های پژوهش
4-1 بلوک دیاگرام پنل خورشیدی با در نظر داشتن دما و تابش خورشید…………………………………….63
4-2 منحنی مشخصه ولتاژ- جریان پنل خورشیدی ………………………………………………………….64
4-3 منحنی مشخصه ولتاژ- توان پنل خورشیدی …………………………………………………………….64
4-4 منحنی ولتاژ- جریان پنل خورشیدی در تابش های متفاوت………………………………………..65
4-5 منحنی ولتاژ- توان پنل خورشیدی در تابش های متفاوت…………………………………………..65
4-6 بلوک دیاگرام سیستم توان هیبریدی پیشنهادی………………………………………………………..66
4-7 بار پله­ای …………………………………………………………………………………………………………67
4-7 بلوک دیاگرام از سناریوهای مختلف از سیستم پیشنهادی …………………………………………67
4-8 توان خروجی سیستم فتوولتائیک در سناریوی اول …………………………………………………..68
4-9 توان خروجی دیزل ژنراتور در سناریوی اول ………………………………………………………….69
4-10 انحراف فرکانس در سناریوی اول ……………………………………………………………………..69
4-11 توان خروجی سیستم فتوولتائیک در سناریوی دوم ………………………………………………..71
4-12 توان خروجی خودرو الکتریکی در سناریوی دوم …………………………………………………71
4-13 توان خروجی دیزل ژنراتور در سناریوی دوم ……………………………………………………….72
4-14 انحراف فرکانس در سناریوی دوم …………………………………………………………………….73
 
 
 
 


 
 
 
 
فصل اول
مقدمه و کلیات پژوهش
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1 مقدمه
پیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانی­های مربوط به بیشینه شدن مصرف سوخت های فسیلی موجب پیدایش رویکرد جالب توجهی به انواع مختلف منابع انرژی تجدید پذیر شده می باشد. انرژی الکتریکی در زندگی بشر رایج ترین نوع انرژی می باشد، اما تولید آن اغلب از طریق سوخت­های فسیلی حاصل می آید که این ذخایر سوختی محدودیت­های بسیاری دارند [1]. این محدودیت­ها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژی های تولید توان تجدیدپذیر از قبیل باد، خورشید و … جلب گردد.
خورشید یکی از منابع مهم انرژی می باشد که بایستی به آن روی آورده زیرا به فن آوری­های پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشته و می تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته گردد. به علاوه بهره گیری از آن بر خلاف انرژی هسته­ای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمی­گذارد و برای کشورهایی که فاقد منابع انرژی زیرزمینی هستند، مناسب ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصادی می باشد.
فن آوری ساده، آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهم تر ذخیره شدن سوخت های فسیلی برای آیندگان یا تبدیل آن­ها به مواد و مصنوعات پر ارزش پتروشیمی، از عمده دلایلی هستند که لزوم بهره گیری از انرژی خورشیدی را برای صنعت و بطور خاص؛ برق، عیان می سازند. مزیت نیروگاه خورشیدی برآن می باشد که به یک بار هزینه راه اندازی و نصب نیاز داشته و انرژی رایگان، با هزینه اندک تعمیرات ونگهداری به شبکه تا مدت طولانی تحویل می­دهد.
از آنجایی که توان خورشیدی در شب وجود ندارد پس لازم می باشد یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو نیاز به ترکیب منابع ، مانند سیستم فتوولتائیک و دیزل ژنراتور می باشد. سیستم توان هیبریدی ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی می باشد که حداقل یکی از آنها از نوع تجدیدپذیر باشد [2]. سیستم هیبرید دیزلی- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم می­نماید زیرا دیزل ژنراتور در نبود توان، توسط سیستم فتوولتائیک در شب، به عنوان یک پشتیبان اقدام می کند و تامین تقاضای بار را انجام می­دهد. در اقدام وقتی از دیزل ژنراتور بهره گیری می­گردد که توان سیستم فتوولتائیک برای تامین تقاضای بار (خودروهای الکتریکی) کافی نباشد [3].
برای تکمیل مدیریت تولید، بهترین گزینه، ذخیره انرژی می باشد. با بهره گیری از سیستم ذخیره انرژی، یک منبع الکتریکی کم هزینه می تواند به گونه موثر پیک تقاضا را تامین نماید [4-5].
تاکنون روش های متعددی در زمینه ی کنترل مناسب توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره انرژی جهت به دست آوردن عملکرد دینامیکی مطلوب و استخراج بیشترین بهره­وری از انرژی موجود ارائه شده می باشد. رویکرد متداول، بهره گیری از کنترل کننده­های کلاسیک می باشد. در سال­های اخیر، کنترل­های منطق فازی در مهندسی سیستم­های قدرت، مورد توجه بسیار و رو به رشدی قرار گرفته­اند. منطق فازی یک سیستم استدلالی برای شکل دهی استدلال تقریبی می باشد [6]. سیستم منطق فازی یک چهارچوب بسیار مناسب برای مدل سازی کارآمد و کامل عدم قطعیت در استدلال بشری با بهره گیری از متغیرهای زبانی و توابع عضویت فراهم می­نماید. کنترل­های منطق فازی در مقایسه با کنترل­های متداول از نظر عملکرد و مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت، برتر بوده می باشد. همچنین در سال­های اخیر از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل حساسیت و انعطاف پذیری آن در برابر تغییر پارامترها و تغییر بارهای بزرگ حتی در حضور عوامل غیرخطی نظیر محدودیت نرخ تولید مورد توجه قرار گرفته می باشد[7].
در بخش اول این پژوهش، به پیاده سازی یک مدل دینامیکی از سیستم توان هیبرید دیزلی- فتوولتائیک با واحد ذخیره سازی انرژی (باتری) برای خودرو الکتریکی پرداخته شده می باشد. سپس به طراحی کنترلی برای سیستم مذکور پرداخته شده می باشد. اولین استراتژی بهره گیری از کنترل کننده کلاسیک     می­باشد. سپس از کنترل کننده فازی-کلاسیک به دلیل قابلیت خوب این کنترل کننده در مسائل پیچیده ، برای بهبود انحراف فرکانس شبکه بهره می­بریم. در بخش شبیه سازی نشان داده خواهد گردید که کنترل کننده پیشنهاد شده، عملکرد نسبتاً مناسبی در برابر تغییرات بار از خود نشان می­دهد و نسبت به تغییرات پارامتری مقاوم می باشد.
 
1-2 تعریف مسأله
انرژی الکتریکی برای هر فردی ضروری می باشد به ویژه در قرن جدید که در آن مردم به دنبال زندگی با کیفیت بالاتری هستند. این واقعیت در جهان پذیرفته شده می باشد که انرژی الکتریکی برای توسعه اجتماعی و اقتصادی، ضروری می باشد.
مطالعات اخیر نشان می دهد که حدود 20% تا 30% انرژی مصرفی بدون نیاز به تغییرات در ساختار فیزیکی سیستم و تنها به وسیله عملکرد بهینه و مدیریت شده قابل کاهش خواهد بود. یکی از روشهای کاهش تلفات و پاسخ به نیاز مصرف کنندگان و کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای بهره گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس به صورت محلی مانند انرژی خورشیدی، باد، هیدروژن و …. و ترکیب آنها برای پیاده سازی سیستم های مدولار، قابل گسترش و برنامه­ریزی می­باشد.
از سویی، بخش حمل و نقل عمده ترین بخش مصرف کننده فرآورده های نفتی و بالطبع یکی از مهمترین عوامل آلودگی محیط زیست خواهد بود. پس، با در نظر داشتن بحران انرژی و محیط زیست در آینده به ویژه در کشورهای صنعتی، موضوع جایگزینی اتومبیل های کنونی (احتراق داخلی) با خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته می باشد. از طرف دیگر، نگرانی های گسترده در مورد گرم شدن زمین و نیز آلودگی هوای ناشی از مصرف سوخت­های فسیلی توسط خودروها اهمیت یافتن راهکارهای جدید برای تغییر منبع انرژی مورد نیاز خودروها را دو چندان ساخته می باشد. یکی از منابع انرژی پراکنده خودرو الکتریکی هیبرید قابل اتصال به شبکه برق می باشد. این خودرو یک اتومبیل الکتریکی بنزینی شبیه اتومبیل های امروزی می باشد، اما دارای یک باتری بزرگتر و یک کابل برای اتصال به شبکه برق جهت شارژ می باشد [8].
 
1-3 پیشینه پژوهش
به دلیل قابلیت ذخیره­سازی زیاد انرژی، باتری­ها دیگر نمی توانند مانند اتومبیل­های هیبرید استاندارد، با بکارگیری یک موتور احتراقی دوباره شارژ شوند، پس بایستی به برق وصل شوند تا سیستم باتری با برق شبکه شارژ گردد. به همین دلیل یک سیستم ذخیره سازی انرژی (باتری) برای سیستم قدرت خودرو الکتریکی در نظر گرفته شده می باشد این باتری از نوع NI-MH می باشد] 8[. تحقیقات نشان داده که عمر باتری توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرار می­گیرد که مهم ترین عوامل شامل: حرارت شدید، شارژ و دشارژ بیش از اندازه می­باشد. این عوامل عملکرد باتری را بدتر کرده و این اقدام منجر به بدتر شدن عملکرد خودرو الکتریکی و بهره­وری آن می­گردد ]9[. درجه حرارت می تواند دو اثر مهم در عملکرد باتری داشته باشد، هم می تواند راندمان باتری را بهبود بخشد و هم می تواند به گونه قابل توجهی عمر باتری را کوتاه کند.
با افزایش دما راندمان مقاومت داخلی باتری کاهش می­یابد و این عملکرد باتری را بهبود می­بخشد و درجه حرارت بالا باعث می­گردد که واکنش شیمیایی در باتری سریع­تر انجام گردد که این امر به اجزای باتری آسیب می­رساند و عمر باتری را کاهش می­دهد [10].
با نظر به منابع انرژی پراکنده قابل بهره­برداری، سیستم­های قدرتی که از منابع تولید توان الکتریکی مختلفی بهره گیری می­کنند، با عنوان سیستم قدرت هیبرید شناخته می­شوند. طراحی اجزای سیستم­های قدرت کوچک با قابلیت اتصال و انفصال از شبکه سراسری برق که اصطلاحاً ریز شبکه نامیده      می­شوند، بایستی به نحوی باشد که عملکرد مطمئن آن را در هر دو حالت بهره برداری شامل حالت اتصال به شبکه و حالت جزیره ای یا مستقل از شبکه تضمین نماید. بارها و منابع انرژی هیبرید در یک ریز شبکه می توانند با حداقل زمان ممکن، از شبکه سراسری منفصل شده و مجددا به آن وصل شوند و بدین ترتیب منجر به افزایش قابلیت اطمینان در تأمین بارهای ریز شبکه شوند.
یکی از کاربردهای اساسی فناوری ریز شبکه، هماهنگی بین تولیدکننده های مختلف و بارهای کنترل پذیر جهت ارائه یک سیستم کارا و سودمند می­باشد. در این راستا سیستم مدیریت انرژی به مقصود مدیریت عملکرد ریز شبکه نیاز می باشد. مقالات زیادی نیز پیش از این در این زمینه ارائه شده­اند. مانند [11] که کاربرد یک کنترل کننده مرکزی را برای بهینه سازی عملکرد یک ریز شبکه در زمان اتصال به شبکه تشریح می­کند. در [12] یک سیستم مدیریت انرژی برای بهینه کردن عملکرد ریز شبکه شامل مدیریت سمت بار و منابع تولید پراکنده ارائه شده می باشد. اما یکی از موضوعات مهمی که در طراحی سیستم مدیریت انرژی بایستی مورد توجه قرار گیرد، مسأله ذخیره سازی انرژی در عناصری با این قابلیت می باشد. مبحث فوق، توام با بکارگیری منابع تولید تجدیدپذیر مشتمل بر سلول خورشیدی، توربین بادی، پیل سوختی و… مورد توجه قرار گرفته می باشد. علت این امر، پاسخ گویی سریع به تغییرات بار شبکه توسط ذخایر چرخان و باتری های ذخیره ساز انرژی می باشد. با مطرح شدن خودروهای برقی با قابلیت تبادل توان با شبکه های قدرت، تحقیقات جدیدی در زمینه بهره گیری از قابلیت ذخیره سازی انرژی در آن­ها و بکارگیری آن­ها در پایداری شبکه های قدرت انجام شده می باشد. که در اغلب این تحقیقات بهره گیری از قابلیت خودروها به عنوان رزرو چرخان ارزیابی شده می باشد [13-14].
 
***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

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه برق (مخابرات): تحلیل و شبیه سازی تقویت امواج عبوری از نانولوله های کربنی فلزی با بایاس DC

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 :98

 
قیمت : 14700 تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)        serderehi@gmail.com

دسته‌ها: مهندسی برق