گروه کنترل
عنوان رساله:
کنترل تطبیقی زاویه پره توربین بادی برای تنظیم توان استحصالی
 
 
 
استاد راهنما:
آقای دکتر حسین قلی زاده نرم
 
پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد
بهمن ماه 1393
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه ای بر انرژی های نو، طرح مساله و پیشینه پژوهش………………………………………1
1- 1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1- 2 طرح مساله…………………………………………………………………………………………………………………………………. 3
1-3 پیشینه پژوهش……………………………………………………………………………………………………………………………..7
1-3- 1 روشهای مبتنی بر PID تطبیقی……………………………………………………………………………………….. 10
1-3-2 روشهای تطبیقی غیرخطی…………………………………………………………………………………………………… 12
1-3- 3روشهای تطبیقی هوشمند……………………………………………………………………………………………………..13
1-3-4 روشهای تطبیقی کلاسیک……………………………………………………………………………………………………. 16
فصل دوم: ساختار توربین باد………………………………………………………………………………………………………. 19
2-1 مقدمه ای بر انرژی باد………………………………………………………………………………………………………………. 20
2-2 اجزای توربین باد……………………………………………………………………………………………………………………….. 22
2-3 مبدل AC به DC……………………………………………………………………………………………………………………. 25
2-4 تکنولوژی ساخت………………………………………………………………………………………………………………………… 26
2-5 عملکرد کلی توربین باد ………………………………………………………………………………………………………………30
فصل سوم: مدلسازی، روابط ریاضی و معرفی سیستم……………………………………………………………….33
3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 34
3-2 مدل آیرودینامیک پره ………………………………………………………………………………………………………………..34
3-3 ردیابی حداکثر توان……………………………………………………………………………………………………………………..37
3-4 نواحی کاری توربین و اهداف کنترلی آن …………………………………………………………………………………..39
3-5 مدل ریاضی ژنراتور……………………………………………………………………………………………………………….. 40
3-6 کنترل توان در ژنراتورهای مغناطیس دایم ………………………………………………………………………….. 42
3-7 زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………………………………. 44
3-8 مکانیزم عملگر زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………. 46
3-9 زاویه پره در راه اندازی…………………………………………………………………………………………………………….49
3-10 معرفی سیستم موجود…………………………………………………………………………………………………………..50
فصل چهارم:طراحی کنترل کننده پیشنهادی………………………………………………………………………. 55
4-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………56
4-2 شناسایی سیستم بصورت پیوسته…………………………………………………………………………………………….56
4-2-1 تحریک پایا توسط سیگنال ورودی……………………………………………………………………………………. 66
4-2-2 شناسایی در حلقه بسته……………………………………………………………………………………………………… 68
4-3 طراحی و پیاده سازی کنترل کننده به صورت پیوسته……………………………………………………………70
4-3-1 نتایج شبیه سازی به صورت پیوسته …………………………………………………………………………………..75
4-4 طراحی شناساگر و کنترلگر به صورت گسسته……………………………………………………………………….79
4-4-1 نتایج شبیه سازی به صورت گسسته……………………………………………………………………………………81
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 87
5-1 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………88
5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………… 90
منابع و مراجع …………………………………………………………………………………………………………………………………93
 
فهرست اشکال:
شکل1-1 نواحی کاری توربین باد…………………………………………….………………..4
شکل 1- 2 کنترل زاویه بر اساس فیدبک سرعت باد…………………………………………….7
شکل 1- 3 زاویه گام بر حسب سرعت باد ………………………………………………………………………..8
شکل 1- 4 کنترل زاویه بر اساس فیدبک سرعت ژنراتور………………..……………………….. 8
شکل 1- 5 کنترل زاویه بر اساس فیدبک توان ژنراتور……………………….…………………. 9
شکل 2- 1 نمودار رشد تولید برق توسط توربین باد تا سال 2009 …………………………….…22
شکل 2- 2 توربین بادی محور افقی و محور عمودی….………………………………………..23
شکل 2- 3 ساختار شماتیک یک توربین باد………………………….………….……………..25
شکل 2- 4 مدار معادل مبدل…………………………………………………………………………………………………………………26
شکل 2- 5 نقطه کار ژنراتور دور ثابت(1) و دور متغیر(2) ……………………………………………………………………27
شکل 2- 6 ارتباط یک توربین بادی دور متغیر از طریق مبدلها با شبکه …………………………………………….29
شکل 3- 1 یک نمونه منحنی ضریب توان Cp برحسب λ و β………………………………………. 35
شکل 3- 2 نمایش دیگری از منحنی ضریب توان برای یک نمونه توربین……………………………………………..36
شکل 3- 3 منحنی توان بر حسب سرعت باد در دو حالت ایده آل و عملی……………………………………………37
شکل 3- 4 مشخصه توان مکانیکی توربین به صورت تابعی از سرعت دوران پره ها……………………………….38
شکل 3- 5 نواحی کاری توربین بادی…………………………………………………………………………………………………….. 39
شکل 3- 6 ساختار کنترل FOC ……………………………………………………………………………………………………………..43
شکل 3- 7 حلقه های کنترلی محور d و q……………………………………………………………………………………………. 44
شکل 3- 8 تغییرات زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………………. 45
شکل 3- 9 مکانیزم تنظیم پره ها با عملگر هیدورلیکی…………………………………………………………………………47
شکل 3- 10 مکانیزم تنظیم زاویه پره ها با عملگر الکتریکی…………………………………………………………………47
شکل 3- 11 مدل دیاگرام بلوکی عملگر زاویه گام هیدرولیکی …………………………………………………………….48
شکل 3- 12 مدل کلی دیاگرام بلوکی عملگر پره از نوع الکتریکی ……………………………………………………….48
شکل 3- 13 مجموعه توربین بادی، ژنراتور و مبدل مرتبط با شبکه……………………………………………………..50
شکل 3- 14 منحنی توان توربین بر حسب VDC مختلف و منحنی MPPT ……………………………………..51
شکل 4- 1 انجام آزمون ورودی خروجی برای به دست آوردن ساختارهای شناسایی…………………………..59
شکل 4- 2 تابع تبدیلهای تخمین زده شده برای سیستم……………………………………………………………………. 60
شکل 4- 3 بهره گیری از فیلتر پایدار برای رگرسورها در حالت شناسایی پیوسته……………………………………. 63
شکل 4- 4 سیگنالهای سرعت توربین، زاویه پره و سرعت باد…………………………………………………………….. 67
شکل 4- 5 پارامترهای شناسایی شده به ترتیب a ، b ، k1 و k2 …………………………………………………………………………………… 69
شکل 4- 6 شماتیک دیاگرام رگولاتور خود تنظیم………………………………………………………………………………….74
شکل 4- 7 نتایج شبیه سازی افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s …………………………………………………76
شکل 4- 8 نتایج شبیه سازی کاهش سرعت باد از 20m/s تا 10m/s………………………………………………….. 77
شکل 4- 9 عملکرد کنترل کننده در زمان تغییر مد ناحیه کاری توربین باد…………………………………… 78
شکل 4- 10 پارامترهای شناسایی شده a2، a1، a و b2، b1 ، bدر حالت گسسته……………………………. 81
شکل 4- 11 سیگنال خطای شناسایی(error) و تخمین خروجی ………………………………………….82
شکل 4- 12 نتایج پیاده سازی گسسته با افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s ……………………………..83
شکل 4- 13 نتایج پیاده سازی گسسته با افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s …………………………… 84
 
فهرست جداول:
جدول 3-1 متغیرهای مدل ژنراتور…………………………………………………………………………………………………………. 40
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول:
مقدمه ای بر انرژی های نو،
طرح مساله و
پیشینه پژوهش
 
 
 
 
 
1-1 مقدمه
با در نظر داشتن پیشرفتهای سریع تکنولوژی در دهه های اخیر ، مهمترین چالش روبروی جوامع و دولتهای مختلف تامین انرژی می باشد. قبل از بحران انرژی پیش آمده در دهه 70 میلادی شاید انرژی های نو و تجدید پذیر فقط به عنوان پژوهش به آن نگریسته می گردید اما پس از این واقعه، تمام کشورهای پیشرفته به فکر تامین جایگزین جدی یا تامین بخشی از انرژی خود توسط انرژیهای نو و تجدید پذیر افتادند.
انرژی های تجدید پذیر شامل بازه وسیعی مانند بهره گیری از انرژی خورشید (سلولهای خورشیدی، پانلهای فتوولتاییک)، بهره گیری از انرژی امواج دریا، بهره گیری از انرژی باد (توربین های بادی، آسیاب های بادی)، بهره گیری از انرژیهای درونی زمین (مانند نیروگاههای زمین گرمایی) و … می گردد. انرژی تجدید پذیر همان گونه که از نامش پیداست مانند دیگر منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی نگرانی از بابت اتمام آن وجود ندارد یا بازه اتمام آن به قدری طولانی می باشد که عملاً می توان آنرا قابل تجدید دانست. از طرف دیگر بر خلاف سوختهای فسیلی منبع انرژی معمولاً در دسترس و بدون هزینه اضافه می باشد.
در میان این منابع انرژی، شاید یکی از پراهمیت ترین و مقرون به صرفه ترین ها، بهره گیری از انرژی باد باشد. با در نظر داشتن اینکه انرژی قابل استحصال با توان سوم سرعت باد نسبت دارد، پس با نصب توربین باد در مناطق مناسب می توان از این منبع گسترده بهترین بهره گیری را نمود. در مقایسه با دیگر منابع تجدید پذیر ، انرژی باد می تواند حجم بیشتر و قابل قبول تری توان تامین کرده به نحوی که با بهره گیری از تعداد بیشتر این توربین ها یا اصطلاحاً مزارع باد بتوان به مقدار بیشتری از توان تولیدی رسید. در دهه های اخیر شرکتهای متعددی توربین باد به مقصود تولید انرژی الکتریکی ساخته اند که تا امروز حداکثر توان نامی قابل استحصال آن به     8 MW رسیده می باشد و با بهره گیری از مزارع بادی این نیروگاهها می تواند در تامین برق شبکه تأثیر مهمتری اعمال کند. مزیت دیگر این روش برای تولید برق این می باشد که در صورت بی برقی کل شبکه[1] با در نظر داشتن عدم نیازمندی این نوع نیروگاه به سوخت فسیلی و یا راه انداز اولیه مانند دیزلها، می تواند نقطه شروع مناسب برای راه اندازی مجدد شبکه باشد و زمان این بی برقی را کاهش دهد.
اخیراً نیز در کشور ایران کارهای پژوهشی در این زمینه انجام شده می باشد و از طرفی بهره گیری از توربین بادی نیز کم کم در شبکه تولید برق در حال شروع شدن می باشد. تا قبل از این تنها مزارع بادی موجود در کشور در بینالود نیشابور و منجیل بوده که همه آنها توربین های کمتر از 1MW و از نوع دور ثابت بوده می باشد. اما اخیراً در تاکستان قزوین توربین های 2.5MW توسط شرکت مپنا نصب شده می باشد که قرارداد انتقال تکنولوژی این توربین ها که ساخت شرکت Furlander آلمان می باشد با شرکت مپنا منعقد شده و کار ساخت پره ها و دیگر ادوات آن نیز در این شرکت داخلی در حال انجام می باشد. تمام اینها نشان از عزم جدی مدیریت انرژی کشور برای بهره گیری از توربین های بادی به مقصود تامین بخشی از برق شبکه می باشد.
1-2 طرح مساله
توربین های بادی را به گونه کلی می توان به دو نوع دور ثابت و دور متغیر تقسیم نمود. در نوع دور ثابت ژنراتور مستقیماً به شبکه متصل می گردد و دور ژنراتور – و طبیعتاً دور توربین- با فرکانس شبکه متناسب خواهد گردید. در نوع دور متغیر خروجی ژنراتور آغاز وارد یک طبقه مبدل به عنوان یکسوساز شده و بعد توسط یک رابط DC به طبقه مبدل بعدی که تأثیر مبدل DC به AC را بازی می کند وصل می گردد. این چگونگی ی اتصال این حسن را دارد که توربین می تواند در دوری غیر از فرکانس شبکه بچرخد که بیشتر توربین های امروزی از این نوع هستند.
1-2-1 نواحی کاری توربین باد دور متغیر
برای توربین های بادی دور متغیر عملاً نواحی کاری مختلف تعریف می گردد که در شکل زیر نشان داده شده می باشد:
 
شکل1-1 نواحی کاری توربین باد[1]

  • ناحیه 1 : قبل از سرعت قطع پایین(V cut-in)، در این ناحیه سرعت باد کمتر از حداقل سرعت مورد نیاز طراحی می باشد که توان الکتریکی تولید نمیشود.
  • ناحیه 2 : در این ناحیه سرعت باد از سرعت قطع پایین تا سرعت نامی تغییر می ‌کند، در این ناحیه برای هر سرعت باد معین، بایستی سرعت توربین مقدار مشخص شده ای باشد که حداکثر راندمان را داشته باشیم، پس مساله کنترلی در اینجا رسیدن به حداکثر توان می باشد که این کار با تنظیم سرعت توربین در مقادیر مشخص شده به ازای سرعت باد صورت خواهد گرفت.
  • ناحیه 3: در این ناحیه سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا (V cut-out)، تغییر خواهد نمود. در این ناحیه برای این که توربین باد و اجزای آن آسیبی نبیند و از نقطه کار نامی فاصله نگیرد بایستی توان آیرودینامیکی ورودی به توربین محدود گردد. با این کار تمام متغیرهای مشخصه توربین مانند سرعت، توان و گشتاور در محدوده مجاز باقی می ماند. در مقایسه با توربین دور ثابت که چنین قابلیتی ندارد با این کار ناحیه استحصال توان گسترش داده میشود، این درحالی می باشد که در توربین های دور ثابت در صورت افزایش سرعت باد در محدوده ای بیشتر از حد نامی توربین شات دان می گردید. در این قسمت همانطور که مشخص می باشد مساله کنترلی ردیابی مقدار مرجع می باشد که از حد مجاز فراتر نرود. این مقدار مرجع می تواند سرعت ، گشتاور و یا توان باشد.
  • ناحیه 4 : بعد از سرعت V cut-out، در این ناحیه سرعت از حد مجاز قابل تحمل مجموعه توربین باد بیشتر شده و به لحاظ طراحی امکان بهره برداری از سیستم در این شرایط وجود ندارد و در این حالت توربین خاموش شده ، و پره ها در زاویه ای قرار میگیرد که نیروی آیرودینامیکی باد حداقل شده و ترمز مکانیکی نیز فعال می گردد. در این وضعیت سرعتهای شدید باد به توربین آسیبی نخواهد رساند و چرخش پره ها متوقف خواهد بود.
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه برق سیستم:نقش برنامه‌های پاسخگویی بار در برنامه‌ریزی عملیاتی سیستم‌های قدرت

موضوع این پایان نامه متمرکز بر ناحیه 3 یعنی محدود سازی توان خواهد بود. در این ناحیه همانطور که اظهار گردید سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا تغییر خواهد نمود که در این توربین باد از 10 m/s تا 20 m/s خواهد بود. برای محدود کردن توان بایستی زاویه پره[2] های توربین باد به نحوی تغییر کند که نیروی آیرودینامیکی جابجا کننده[3] پره ها در محدوده نامی باقی بماند.
[1] Black Out
[2] Pitch Angle
[3] Lift
***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 :126

قیمت : 14700 تومان

***

—-

دسته‌ها: مهندسی برق