دانلود پایان نامه های دانشگاه ها

پایـان نـامـه

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 استفاده 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:شرح 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 بررسی نتایج

5-1 شرح روش پیشنهادی…………………………………………………………………………………………………66

5-2 انجام شبیه سازی و بررسی نتایج …………………………………………………………………. ………….. 68

5-3 مقایسه روش پیشنهادی در سیستم بلوکی بدون حضور باتری………………………………………… 68

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

5-5 بررسی سیستم سیمولینک کامل………………………………………………………………………………….. 70

5-6بررسی پاسخ فرکانسی روش پیشنهادی و توان تحویلی اجزاءبدون حضور باتری…………………70

5-7 بررسی 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):میزان رشد استفاده 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):میزان 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 رابطه قدرت وسرعت………………………………………………………………………26

شکل(2-20): تابع انتقال رابطه 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)نحوه 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 بررسی…………………………………………………………………………..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 توجه به اهمیت فرکانس در پایداری و عملکرد صحیح اجزائ سیستم قدرت و همچنین توسعه روز افزون استفاده از انرژی های تجدید پذیر خصوصا بادبه عنوان منابع ارزان ودر دسترس وبدون آلودگی ،استفاده 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 اتوماتیک 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 توجه به این دلایل وبه منظور اینکه استفاده از این انرژی بهینه واقتصادی و با اعتماد بالا باشد و جهت بررسی و پیدا کردن راهکار مناسب به منظور شرکت این واحدهای تولیدی که استفاده از آنها با سرعت بالایی در حال گسترش است در کنترل فرکانس سیستم قدرت که فاکتور مهمی در ارزیابی و عملکرد صحیح یک سیستم می باشد خود اهمیت وضرورت انجام بررسی در این زمینه را مشخص می نماید.بنابراین نیاز به یک طرح کنترلی جهت مشارکت این نیروگاهها در کنترل اولیه وثانویه فرکانس سیستم وجود دارد.

به دلیل عدم قطعیت باد نوساناتی در توان خروجی ایجاد می شود واین نوسانات قدرت نوسانات فرکانس را در سطح اولیه ایجاد می کنند به منظور کاهش تاثیر این نوسانات امروزه استفاده 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 است اما از سوی دیگر اینکه توربین های بادی دوتغذیه ای به دلیل ساختار خود مستقل از فرکانس سیستم عمل می نمایند و در نزدیک مقدار نامی خود فعالیت میکنند بنابراین 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 اتوماتیک 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 شود .همانطور که در مورد ژنراتور دو تغذیه ای عنوان شد به دلیل حضور تجهیزات الکترونیک قدرت سرعت چرخش آن از فرکانس شبکه جداست و تغییرات فرکانس شبکه توسط روتور دیده نمی شود ،و در نتیجه اینرسی سیستم قدرت با افزایش تولید باد کاهش می یابد . که برای حل این مساله باید تولیدات بادی را در کنترل فرکانس سیستم شرکت داد.همچنین با توجه به 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 عمل می نمایند و از قابلیت بروزرسانی پایینی برخوردار هستند و تا حدودی کند می باشند از کارایی پایینی برخوردار هستند. بنابراین 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 توجه به ویژگی هاو محاسن این روش به منظور 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 است پیشنهاد شده است ،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 استفاده شده است.برای بررسی کارایی روش کنترلی پیشنهادی ابتدا سیستم مذکور به صورت دینامیکی در محیط متلب شبیه سازی شده است و نتایج شبیه سازی ها با یک کنترلر معمول مقایسه شده است که نتایج نشان دهنده رفتار مناسب و مقاوم بودن روش پیشنهادی در مقابل تغییرات بار و باد و همچنین بهبود پاسخ فرکانسی سیستم در این حالت می باشد.

قسمت های مختلف این پایان نامه به شرح زیر می باشد:در بخش 2ادبیات موضوع و کارهای گذشته مطرح شده است ،در بخش 3 ساختار سیستم کنترل پیشنهادی و اجزاء آن ، در بخش 4 اجزاء مختلف به کار رفته در سیستم مورد مطالعه شرح داده شده است ،در بخش 5 الگوریتم حل روش پیشنهادی و نتایج شبیه سازی ها و پیشنهادات بیان شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.