برگشتن به برق

دانلود پایان نامه : طراحي كنترل‌كننده بهينه فيدبك حالت و خروجي توان راكتيو در نيروگاه‌هاي بادي مجهز به DFIG

۴,۹۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: برچسب: , , , , , , , , , ,

توضیحات

دانلود پایان نامه :  طراحي كنترل‌كننده بهينه فيدبك حالت و خروجي توان راكتيو در نيروگاه‌هاي بادي مجهز به DFIG

107ص

 

چكيده1
فصل اول : پيشگفتار2
1-1 مقدمه3
1-2 انرژي باد4
1-3 مزاياي بهره برداري از انرژي باد4
1-4 اهميت كنترل توان راكتيو در نيروگاه بادي5
1-5 پيكربندي پايان نامه6
فصل دوم : مشخصه‌هاي سيستم‌هاي بادي7
2-1 مقدمه8
2-2- فن‌آوري توربين‌هاي بادي9
 2-2-1- اجزاي اصلي توربين بادي11
 2-2-2- چگونگي توليد توان در سيستم‌هاي بادي12
 2-2-3- منحني پيش بيني توان توربين بادي13
 2-2-4- پارامترهاي مهم در توربين بادي13
2-3- انواع توربين‌ها از لحاظ سيستم عملكرد14
 2-3-1- عملكرد توربين‌هاي سرعت ثابت14
  2-3-1-1- توربين‌هاي ممانعت قابل تنظيم سرعت ثابت15
  2-3-1-2- توربين‌هاي ممانعت تنظيم شده دو سرعتي15
  2-3-1-3- توربين‌هاي زاوية گام قابل تنظيم فعال سرعت ثابت16
  2-3-1-4- توربين‌هاي زاوية گام قابل تنظيم غير فعال16
 2-3-2- الگوي عملكرد سرعت متغير16
  2-3-2-1- توربين‌هاي ممانعت تنظيم شده سرعت متغير17
  2-3-2-2- توربين‌هاي سرعت متغير با زاوية گام قابل تنظيم فعال17
  2-3-2-3- توربين‌هاي سرعت متغير با محدوده عملكرد كوچك18
2-4- كنترل توربين بادي18
 2-4-1- فعاليت‌هاي قابل كنترل در توربين‌هاي بادي19

 

 

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه
  2-4-1-1- كنترل گشتاور آيروديناميكي19
  2-4-1-2- كنترل گشتاور ژنراتور20
  2-4-1-3- كنترل گشتاور ترمز20
  2-4-1-4- كنترل جهت گيري دوران حول محور قائم21
 2-4-2- كليات عملكرد توربين‌هاي متصل به شبكه21
2-5- ژنراتورهاي مورد استفاده در توربين‌هاي بادي22
 2-5-1- ژنراتورهاي سنكرون23
 2-5-2- ژنراتورهاي جريان مستقيم24
 2-5-3- ژنراتورهاي القائي25
 2-5-4- تحليل عملكرد ژنراتور القائي25
  2-5-4-1- راه‌اندازي توربين بادي با ژنراتور القائي26
  2-5-4-2- تحليل ديناميك ماشين القائي27
  2-5-4-3- شرايط عملكرد خارج از محدوه طراحي28
  2-5-4-4- مشخصه ژنراتور القايي دو سوتغذيه‌28
خلاصه فصل 230
فصل سوم : مدلسازي ژنراتور القائي با تغذيه دو‌بل31
3-1- مقدمه32
3-2- عملكرد فوق سنكرون و زير سنكرون ژنراتور القايي دو سو تغذيه33
3-3- تبديل قاب مرجع35
 3-3-1- تبديل قاب مرجع abc/dq35
 3-3-2- تبديل قاب مرجع abc به39
3-4- مدل‌هاي ژنراتور القايي39
 3-4-1- مدل بردار-فضا40
 3-4-2- مدل قاب مرجع dq43
3-5- مدل مرتبه 3 ژنراتور القايي  دو سو تغذيه45
3-6- بيان پارامترها در سيستم پريونيت45

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه
3-7- كنترل اينورتر متصل به شبكه47
3-8- كنترل چرخش ولتاژ(VOC)48
3-9- كنترل چرخش ميدان(FOC)51
خلاصه فصل 353
فصل چهارم : طراحي كنترل‌كننده بهينه فيدبك حالت و خروجي54
4-1- مقدمه55
4-2- مروري بر تحقيقات انجام شده در زمينه كنترل توان در DFIG56
4-3- توصيف سيستم58
4-4- مدل توربين بادي59
4-5- مدل ژنراتور القايي دو سو تغذيه60
4-6- مدل جعبه دنده61
4-7- مدل فيلتر RL62
4-8- فضاي حالت سيستم64
4-9- طراحي با جايدهي قطب67
4-10- طراحي كنترل‌كننده براي مدل تقويت شده71
4-11-شبيه سازي73
4-12- طراحي كنترل‌كننده PI جهت كنترل سرعت روتور (wr)83
خلاصه86
فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات87
پيوست‌ها91
منابع و مأخذ92
فهرست منابع فارسي93
فهرست منابع لاتين95
چكيده انگليسي96
صفحه عنوان انگليسي97
اصالت نامه98

چكيده:

بالا بودن ضريب نفوذ باد در سيستم‌هاي الكتريكي متصل به شبكه، چالش‌هاي جديدي را در رابطه با پايداري سيستم‌هاي قدرت به دنبال دارد. عليرغم ماهيت تصادفي باد، لازم است تا اطمينان به پايداري شبكه‌هاي قدرت تضمين شود. از آنجائيكه يكي از نيازهاي جديد شركت‌هاي توليدكننده برق ازطريق انرژي باد، تنظيم ولتاژ مي‌باشد، اين پاياننامه بر روي كنترل توان راكتيو در نيروگاه‌هاي بادي مجهز به ماشين‌هاي القايي دوسوتغذيه متمركز شده است. در اين پايان نامه يك نيروگاه بادي 9 مگاواتي شامل شش عدد توربين بادي 5/1 مگاواتي و ژنراتور القايي دو سو تغذيه ( بطوريكه همه توربين‌ها در يك راستا قرار گرفته و بادهاي يكساني را دريافت مي‌كنند) مدلسازي شده است. در اين مدل كانورترهاي سمت روتور و شبكه با گين يك در نظر گرفته شده‌اند. براي كنترل توان راكتيو جاري شده در استاتور و فيلتر RL (اين فيلتر كانورتر سمت شبكه را به شبكه متصل مي‌كند) يك كنترل‌كننده فيدبك حالت و خروجي طراحي شده بطوريكه خروجي‌ها (توان‌هاي راكتيو جاري شده در استاتور و فيلتر RL)، ورودي‌هاي مرجع را دنبال كنند. بعد از طراحي كنترل‌كننده فيدبك حالت و خروجي، گين‌هاي اين كنترل كننده با استفاده از روش نيوتن بهينه سازي شده‌اند. در اين مدل در ابتدا سرعت روتور برابر با مقدار ثابتي در نظر گرفته شده، از آنجائيكه سرعت روتور در واقع مقدار ثابتي نيست و با تغيير سرعت باد ورودي به توربين، تغيير مي‌كند و باعث نوساني شدن توان‌هاي راكتيو مي‌گردد، به همين جهت براي كنترل سرعت روتور نيز يك كنترل‌كننده PI طراحي شده است. نتايج شبيه‌سازي عملكرد صحيح سيستم پيشنهادي را نشان مي‌دهد…

 

2-4-1-2-كنترل گشتاور ژنراتور

گشتاور ژنراتور مي‌تواند با طراحي مشخصات شبكه متصل به آن و يا به طور مستقل با كمك مبدل‌ها كنترل شود. ژنراتورهاي متصل به شبكه با تغييرات خيلي كوچك و نامحسوس سرعت كار مي‌كنند و گشتاور مورد نياز خود را با عملكرد‌شان در نزديكي سرعت سنكرون فراهم مي‌كنند.

ژنراتورهاي سنكرون متصل به شبكه تغييرات سرعت ندارند و بنابراين هر گشتاور تحميلي منتج به گشتاور جبرانساز لحظه‌اي مي‌شود كه اين گشتاور لحظه‌اي كوتاه مدت و نوك تيز مي‌باشد. سرعت ژنراتورهاي القائي متصل به شبكه با درصد كمي از سرعت سنكرون تغيير مي‌كند، بنابراين پاسخ آنها نرم‌تر و جهش‌هاي گشتاور كمتري نسبت به ژنراتورهاي سنكرون دارند. در روشي ديگر ژنراتور مي‌تواند از طريق مبدل‌هاي الكترونيك قدرت به شبكه متصل شود و سبب مي‌گردد كه گشتاور ژنراتور بسيار سريع به هر مقدار دلخواه تنظيم شود. كانورتور قدرت، فركانس، فاز، ولتاژ و جريان جاري شده از ژنراتور را مشخص مي‌كند، بنابراين گشتاور ژنراتوركنترل مي‌شود.

2-4-1-3-كنترل گشتاور ترمز

نگهداشتن توربين بادي و متوقف كردن توربين بادي اغلب با سيستم ترمز در سرعت‌هاي بالا و يا سرعت‌هاي پايين شفت انجام مي‌گيرد . ترمزها اغلب از نوع بادي (پنوماتيك)، روغني(هيدروليكي) و يا فنري مي‌باشند، بنابراين كنترل ترمزها معمولاً نيازمند فعال كردن شيرهاي سلونوئيد و يا شيرهاي قابل كنترل هستند تا كنترل گشتاور ترمز به طور فعال صورت گيرد. روشهاي ترمز قابل اضافه عبارتند از: 1) ترمز روتور با استفاده از گشتاور ژنراتور به كمك كانورتورهاي قدرت، 2) ترمزهاي ديناميكي كه اجزاي الكتريكي كمكي هستند و گشتاور ترمز الكتريكي را به ژنراتور اعمال مي‌كنند.

.

.

 

 

2-4-1-3-كنترل گشتاور ترمز

نگهداشتن توربين بادي و متوقف كردن توربين بادي اغلب با سيستم ترمز در سرعت‌هاي بالا و يا سرعت‌هاي پايين شفت انجام مي‌گيرد . ترمزها اغلب از نوع بادي (پنوماتيك)، روغني(هيدروليكي) و يا فنري مي‌باشند، بنابراين كنترل ترمزها معمولاً نيازمند فعال كردن شيرهاي سلونوئيد و يا شيرهاي قابل كنترل هستند تا كنترل گشتاور ترمز به طور فعال صورت گيرد. روشهاي ترمز قابل اضافه عبارتند از: 1) ترمز روتور با استفاده از گشتاور ژنراتور به كمك كانورتورهاي قدرت، 2) ترمزهاي ديناميكي كه اجزاي الكتريكي كمكي هستند و گشتاور ترمز الكتريكي را به ژنراتور اعمال مي‌كنند.

 

 

 

2-4-1-4 -كنترل جهت‌گيري دوران حول محور قائم [1]

در طراحي‌هاي مختلف براي كنترل توربين باد از تغيير جهت باد ورودي به توربين باد استفاده مي‌شود كه جهت برخورد باد با روتور را عوض مي‌كند به عبارت ديگر آشيانه روتور به سمت بالا مي‌چرخد و سبب محدود شدن توان خروجي مي‌گردد. در طراحي سيستم تنظيم توان به وسيله دوران محور قائم، بارهاي گردشي مي‌بايست در نظر گرفته شوند . در صورتي‌كه اندازه بارهاي گردشي قابل توجه باشد آهنگ دوران [2] بايد محدود شود و اين محدوديت نرخ دوران ممكن است برتوانايي تثبيت توان خروجي اثر بگذارد.

 

2-4-2 -كليات عملكرد توربين‌هاي متصل به شبكه

هر يك از فعاليتهايي كه در قسمت‌هاي قبل به آنها اشاره شد (كنترل گشتاورآيروديناميكي، كنترل گشتاور ژنراتور، كنترل گشتاور ترمز و كنترل جهت دوران قائم) به نوبه خود مي‌توانند در موفقيت توربين بادي براي تبديل انرژي جنبشي باد به انرژي الكتريكي موثر باشند. روش عملكرد كلي با چگونگي كنترل هر يك از اجزاي مختلف مشخص مي‌شود. براي مثال به عنوان بخشي از استراتژي كنترل كلي، كنترل گشتاور روتور مي‌تواند براي ماكزيمم سازي انرژي توليدي و مينيمم سازي فرسودگي پره‌ها يا شفت و يا به طور ساده محدود كردن توان پيك استفاده شود. از تغييرات زاوية گام براي راه اندازي روتور، كنترل انرژي توليدي و يا متوقف كردن روتور مي‌توان استفاده كرد.

 

به طور كلي اهداف روش‌هاي كنترل توربين بادي عبارتند از:

1) ماكزيمم سازي انرژي توليدي

2) تامين عملكرد مطمئن و ايمن توربين بادي

3) مينيمم سازي هزينه بهره‌برداري و نگهداري به وسيله كاهش بار و افزايش طول عمرسيستم

طرح كنترلي كه براي عملكرد توربين استفاده مي‌شود به طراحي توربين بستگي دارد. با توجه به محدوديت‌هاي طراحي بهترين روش براي رسيدن به اهداف فوق انتخاب مي‌شود. روش صحيح وكامل كنترل توربين بادي و اهداف ضروري آن به عملكرد توربين بستگي دارد. در سرعت‌هاي كمتراز مقدار نامي باد، هدف توليد انرژي ماكزيمم از باد است. در سرعت‌هاي باد بالاتر از مقدار نامي، هدف اصلي محدود كردن توان است. روش‌هاي كنترل توربين بادي براي ماشين‌هاي زاوية گام قابل تنظيم [3] و ممانعت قابل تنظيم [4] تابع سرعت باد و گزينه‌هاي قابل انتخاب براي ورودي كنترلي هستند.

توربين‌هاي بادي ممانعت قابل تنظيم كه به روش سرعت ثابت عمل مي‌كنند هيچ گونه اختياري براي ورودي كنترلي ندارند. توربين‌هاي بادي زاوية گام قابل تنظيم كه به روش سرعت ثابت عمل مي‌كنند از تنظيم زاوية گام براي راه‌اندازي استفاده مي‌كنند و بعد از راه‌اندازي فقط كنترل توان را در سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نامي باد انجام مي‌دهند.

 

توربين‌هاي بادي سرعت متغير از كنترل زاوية گام براي تثبيت توان در سرعت‌هاي بالاي سرعت نامي استفاده مي‌كنند و از كنترل گشتاور ژنراتور در تمام محدوده عملكرد توربين استفاده مي‌كنند. بايد متذكر شويم كه روش‌هاي ديگري براي كنترل توربين بادي وجود دارد كه قابل اجرا مي‌باشند و يا استفاده مي‌شوند ولي در طراحي‌هاي تجاري  به‌ندرت يافت مي‌شوند به عنوان مثال كنترل زاوية دوران قائم كه توان خروجي را محدود مي‌كند از لحاظ اقتصادي به‌صرفه نيست.

 

روش راه‌اندازي توربين به روش كنترلي بستگي دارد. در توربين‌هاي زاوية گام قابل تنظيم كه به صورت سرعت ثابت عمل مي‌كنند معمولاً زاوية پره‌ها براي شتابگيري روتور تا سرعت نامي تنظيم مي‌شود و در اين نقطه ژنراتور به شبكه متصل مي‌شود و زاوية پره‌ها تثبيت مي‌شود. بسياري از توربين‌هاي ممانعت قابل تنظيم كه با سرعت ثابت كار مي‌كنند نمي‌توانند روتور را به صورت آيروديناميكي شتابدار كنند. اين توربين‌ها به وسيله اتصال ژنراتور به شبكه و عملكرد موتوري راه‌اندازي مي‌شوند. توربين‌هاي بادي سرعت متغير مي‌توانند همانند روشهاي سرعت ثابت راه‌اندازي شوند به شرط آنكه ژنراتور از طريق كانورتورهاي قدرت به شبكه متصل شده باشد.

 

2- 5 – ژنراتورهاي مورد استفاده در توربين هاي بادي

در سيستم‌هاي بادي ژنراتور گشتاور توربين را به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند. نحوه عملكرد ژنراتور در كيفيت و كميت توان توليدي اثر گذار است. در سيستم‌هاي بادي متصل به شبكه ژنراتور نقش مهمي ايفا مي‌كند و ژنراتورهاي مختلف عملكرد متفاوتي در تعامل با شبكه دارند. بنابراين با توجه به اتصال يا عدم اتصال سيستم به شبكه و همچنين نوع عملكرد توربين بادي از ژنراتورهاي سنكرون، القائي و يا جريان مستقيم براي توليد انرژي استفاده مي‌شود. هر يك از اين ژنراتورها مزايا و معايبي دارند كه در ادامه به آنها مي‌پردازيم.

 

 

 

شكل2-6-كلاس‌بندي ژنراتورهاي الكتريكي كه اغلب در توربين‌هاي بادي استفاده مي‌شوند.

 

2-5-1- ژنراتورهاي سنكرون

ژنراتورهاي سنكرون اغلب در نيروگاه‌هاي بزرگ مورد استفاده قرار مي‌گيرند، معمولاً درسيستمهاي بادي بزرگ و متصل به شبكه و يا در توربينهاي سرعت متغير مجهز به كانورتور از ژنراتورهاي سنكرون استفاده مي‌شود. نوع مغناطيس دايم ژنراتورهاي سنكرون در برخي از توربين‌هاي بادي مستقل از شبكه، به كار مي‌رود. اغلب در اين نوع توربين، خروجي ژنراتور يكسو مي‌شود و سپس توسط اينورتر به بار متصل مي‌گردد. ژنراتور سنكرون به عنوان كنترل كننده ولتاژ و منبع توان راكتيو نيز در شبكه‌هاي الكتريكي به كار مي‌رود. مزايا و معايب ژنراتورهاي سنكرون به شرح زير مي باشد.

مزايا :

1) پايداري مناسب

2) قيمت پايين تجهيزات الكترونيك قدرت

3) سنكرون كردن آسان

4) عملكرد مناسب در برابر خطا

 

معايب :

1) قيمت تقريبا بالاي ماشين

2) نگهداري و مراقبت زياد

3) فيلتر كردن هارمونيك‌ها

4) قابليت اطمينان متوسط

5) مصرف توان راكتيو در اينورتر

6) حالت موتوري هزينه بر است.

7) به طور مجزا قابل بهره‌برداري نيست.

8) مشكلات راه‌اندازي

 

با توجه به اينكه اغلب توربين‌هاي بادي در اندازه‌هاي كوچك طراحي مي‌شوند و همچنين مشكلاتي كه در استفاده از ژنراتورهاي سنكرون وجود دارد، اين ماشين‌ها در سيستم‌هاي بادي كمتر استفاده مي‌شود و در مجموع مقرون به صرفه نيستند.

 

2-5-2 – ژنراتورهاي جريان مستقيم

در گذشته ژنراتورهاي DC با سيم پيچي موازي در توربين‌هاي بادي به كار برده مي‌شدند . اين ژنراتورها معمولاً در توربين‌هاي بادي سايز كوچك و مجهز به باتري‌هاي قابل شارژ استفاده مي‌شدند. در اين ژنراتورها ميدان بر روي استاتور و آرميچر بر روي روتور قرار دارد. ميدان الكتريكي توسط جريان عبوري از سيم پيچ ميدان (استاتور) كه به صورت موازي با سيم پيچ آرميچر قرار دارد به وجود مي‌آيد و جريان توليد شده از كموتاتور و جاروبك‌ها عبور مي‌كند. كموتاتور روتور، توان ژنراتور را يكسو مي‌كند.

 

در اين ژنراتورها جريان ميدان، ولتاژ آرميچر و گشتاور الكتريكي متناسب با سرعت تغيير مي‌كنند. سرعت توربين با برقراري تعادل ميان گشتاور روتور توربين و گشتاور الكتريكي كنترل مي‌شود. امروزه از ژنراتورهاي DC به علت قيمت بالا و هزينة نگهداري بالا كه مربوط به جاروبك‌ها است، به ندرت استفاده مي‌شود.

 

مزايا و معايب ژنراتورهاي DC در زير آورده شده‌اند:

مزايا:

  • ميرايي و پايداري خوب
  • سنكرون‌سازي آسان با شبكه
  • عملكرد موتوري آسان در راه‌اندازي
  • پايين بودن سطح خطا

معايب:

  • قيمت بالاي ماشين
  • هزينه بالاي نگهداري
  • قابليت اطمينان پايين
  • مصرف كننده توان راكتيو
  • بهره برداري مشكل در حالت مجزا از شبكه (به اينورتر نياز است)

 

2-5-3 – ژنراتورهاي القائي

روش‌هاي بسيار متنوعي براي عملكرد سرعت متغير ژنراتورهاي القائي وجود دارد بنابراين در توربين‌هاي بادي عملكرد مناسبي دارند. ژنراتورهاي القائي قفسه سنجابي به صورت ماشين‌هاي دو سرعتي و يا چند سرعتي در سيستم‌هاي بادي استفاده مي‌شوند. مدولاسيون دامنه قطب [5] براي عملكرد در چند سرعت سنكرون مجزا براي يك ماشين القائي قابل استفاده است. ژنراتورهاي القائي روتور سيم پيچي شده يا تغذية دوبل با استفاده از كنترل سيم پيچ ميدان مي‌توانند به طور كامل به صورت سرعت متغير عمل كنند؛ بنابراين اين نوع ژنراتورها كاربرد وسيعي در سيستم‌هاي بادي دارند.

 

مزايا و معايب ژنراتورهاي القائي عبارتند از:

مزايا:

  • ساده بودن ساختار و عملكرد
  • هزينه پايين نگهداري
  • قابليت اطمينان بالا
  • فنآوري شناخته شده و مناسب

معايب:

  • قيمت نسبتاً بالاي ماشين
  • حالت‌هاي گذرا در هنگام تعويض قطب‌ها (در نوع قفسه سنجابي)
  • پيك‌هاي گشتاوري بزرگ (در تلفات بالاي ماشين بايد مقدار لغزش بزرگ باشد)

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه : طراحي كنترل‌كننده بهينه فيدبك حالت و خروجي توان راكتيو در نيروگاه‌هاي بادي مجهز به DFIG”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *