انرژی بادی یکی از منابع مهم برق در سیستم های آینده خواهد بود. در این کار نگاه اجمالی بر کنترل الکترونیک قدرت انرژی باد ارائه شده است و توسعه اجزای الکترونیک قدرت مدرن نیز به طور خلاصه بررسی و مرور گردیده است. کاربرد الکترونیک قدرت از جمله کنترل انواع مختلف سیستم های تولید برق توربین بادی و مزارع بادی نیز نشان داده شده است، که نشان میدهد رفتار و عملکرد توربین بادی با استفاده از قطعات الکترونیک قدرت به طور قابل توجهی بهبود یافته است که می توانند با استفاده از کنترل توان اکتیو و راکتیو به کنترل ولتاژ کمک نمایند.

در این تحقیق,به یک سیستم قدرت ترکیبی در منابع انرژی تجدید پذیر (RES)، که به عنوان یک سیستم مستقل عمل می نماید پرداخته است. که در ان از میکرو شبکه متصل به یک مزرعه بادی استفاده شده است. که در ساختار مزرعه بادی از ترکیب ژنراتور سنکرون و ژنراتور القایی به منظور تولید توان استفاده شده است.ژنراتور سنکرون از طریق یک لینک dc به میکروشبکه متصل می شود. روش ردیابی نقطه حداکثر توان(MPPT) برای کنترل توربین بادی استفاده می شود که بدین منظور جهت انجام تنظیم ولتاژ شبکه، از یک کنترلر مناسب جهت کنترل لینک dc استفاده میگردد که کنترلر بکار رفته از نوع کنترل برداری (SVM) می باشد. شبیه سازی به منظور بررسی کنترل ولتاژ سیستم انجام می شود.

نتایج شبیه سازی در MATLAB / SIMULINK نشان می دهد که پروفیل ولتاژ شبکه بطور قابل قبولی کنترل شده.

کلمات کلیدی: ژنراتور القایی, ژنراتور سنکرون, کنترل کننده برداری, توربین های بادی, کنترل توان راکتیو, پایداری ولتاژ, کنترل توان اکتیو.

فصل اول

مقدمه ای بر میکروشبکه ها و تولیدات پراکنده

فصل 1- مقدمه

1-1- مقدمه

کشور ایران از لحاظ منابع مختلف انرژی یکی از غنی ترین کشورهای جهان محسوب می گردد، چرا که از یک سو دارای منابع گسترده سوختهای فسیلی و تجدید ناپذیر نظیر نفت و گاز است و از سوی دیگر دارای پتانسیل فراوان انرژیهای تجدید پذیر از جمله باد می باشد.با توسعه نگرشهای زیست محیطی وراهبردهای صرفه جویانه در بهره برداری از منابع انرژیهای تجدید ناپذیر، استفاده از انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی مطرح در بسیاری از کشورهای جهان رو به فزونی گذاشته است.

ظرفیت بکارگیری انرژی باد در جهان در هر سه سال دو برابر شده و قیمت تولیدی انرژی باد در حدودیک ششم قیمت آن در سال 1980 شده است به نظر می‌رسد که این روند همچنان ادامه خواهد یافت.

بعضی از پیش‌بینی‌های تخصصی نشان می‌دهد که تا سال 2050 میلادی رشد ظرفیت انرژی باد درحدود 25 درصد در سال خواهد بود و قیمت آن در طی این سالها بین 20 تا 40 درصد پایین خواهد آمد.

1-1-1- انرژی باد

انرژی باد حاصل از هوای متحرک می باشد. هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطح ناهموارزمین می‌رسد سبب ایجاد تغییرات دما و فشار می گردد و در این تغییرات باد بوجود می آید.
در بین انرژی های تجدید پذیر، انرژی باد یکی از اقتصادی ترین روشهای تولید برق است . که آلودگیندارد و با توجه به تجدیدپذیر بودن آن از اهمیت بسیاری برخوردار است . با استفاده از انرژی باد آلودگیزیست محیطی کاهش می یابد به طوری که تولید هر کیلو وات انرژی الکتریکی از باد از انتشار یک کیلوگرم دی اکسید کربن در مقایسه با نیروگاههای سوخت فسیلی جلوگیری می کند.

تا زمانی که سرعت باد ثابت نباشد تولید سالیانه انرژی الکتریکی توسط نیروگاه بادی هرگز برابر حاصل ضرب توان تولیدی نامی در مجموع ساعت کار آن در یک سال نخواهد شد. نسبت میزان توان حقیقی تولید شده توسط نیروگاه و ماکزیمم ظرفیت تولیدی نیروگاه را ضریب ظرفیت می‌نامند. یک نیروگاه بادی نصب شده در یک محل مناسب در ساحل ضریب ظرفیتی سالیانه‌ای در حدود 35٪ دارد. برعکس نیروگاه‌های سوختی ضریب ظرفیت در یک نیروگاه بادی به شدت به خصوصیات ذاتی باد وابسته است. ضریب ظرفیت در انواع دیگر نیروگاه‌ها معمولا به بهای سوخت و زمان مورد نیاز برای انجام عملیات تعمیر بستگی دارد. از آنجایی که نیروگاه‌های هسته‌ای دارای هزینه سوخت نسبتاً پایینی هستند بنابراین محدویت‌های مربوط به تامین سوخت این نیروگاه‌ها نسبتاً پایین است که این خود ضریب ظرفیت این نیروگاه‌ها را به حدود 90٪ می‌رساند. نیروگاه‌هایی که از توربین‌های گاز طبیعی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند به علت پر هزینه بودن تامین سوخت معمولاً تنها در زمان اوج مصرف به تولید می‌پردازند. به همین دلیل ضریب ظرفیت این توربین‌ها پایین بوده و معمولا بین 5-25٪ می‌باشد

منابع بادی، سوخت یک ایستگاه برق بادی می باشند و تنها تغییراتی اندک، اثرات بزرگی بر ارزش تجاری آن دارد. حتی تغییرات اندک در سرعت متوسط می تواند تغییرات بزرگی در میزان کارائی ایجاد کند. به عنوان مثال اگر سرعت متوسط باد در یک مکان معین از 6 متر در ثانیه به 10 متر در ثانیه افزایش یابد، مقدار انرژی تولید شده توسط یک مزرعه بادی بیش از 130% افزایش خواهد یافت. بنابراین جزئیات و اطلاعات قابل اطمینان در مورد میزان قدرت و سمت وزش باد و اینکه چقدر باد بطور مرتب می وزد، برای هرگونه برنامه توسعه احتمالی، حیاتی و مهم می باشد.

بطور کلی، تخمین زده شده است که منابع بادی قابل بهره گیری واقع در خشکی برای اتحادیه اروپا قادر به تولید و بازدهی 600 تراوات ساعت باشد. منبع بادی در آبهای دریایی تا 3000 تراوات ساعت ارزیابی شده است. که این به تنهایی فراتر از کل مصرف الکتریسیته کنونی اروپا خواهد بود.

بیشتر توربینهای بادی زمانی که سرعت باد حدود 4-3 متر در ثانیه می باشد، شروع به تولید برق می نمایند و حداکثر مجاز برق را در حدود 15 متر در ثانیه تولید می کنند و برای جلوگیری از خسارات حاصل از توفان در 25 متر در ثانیه و یا بیشتر متوقف شده و از کار می افتند.

باد از پره ها عبور کرده و یک نیروی چرخش دهنده، ایجاد می کند:

1- پره های چرخان

2-پروانه داخل موتور که به جعبه دنده می رود را می چرخاند.

3-جعبه دنده سرعت چرخش برای ژنراتور را افزایش می دهد.

4-ژنراتور از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی چرخشی به انرژی الکتریکی استفاده می کند. نیروی خروجی تولید شده به یک ترانسفورماتور می رود.

5-ترانسفورماتور انرژی حاصل از ژنراتور که حدود 700 ولت است را به ولتاژ مناسب برای سیستم توزیع، که معمولا 33000 ولت (33کیلو ولت) است، تبدیل می کند.

6- شبکه های توزیع برق منطقه ای یا شبکه ملی الکتریسیته را به سرتا سر کشور انتقال می دهند.

یک توربین بادی مدرن تولید کننده برق طوری طراحی شده است که هر زمان باد به اندازه کافی وجود داشته باشد، برق فرکانس شبکه با کیفیت بالا را تولید کند. توربین های بادی می توانند بطور مداوم و خودکار و با میزان تعمیرات پایین با حدود 120000 ساعت عملکرد فعالانه برای طول عمر طرح شده حدود 20 سال، کارکنند. در مقایسه، یک موتور ماشین معمولی یک طول عمر طرح شده در حدود 6000 ساعت دارد.

1-1-2- مزایای استفاده از انرژی باد در مقایسه با سو خت های فسیلی

عدم نیاز توربین های بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوخت های فسیلی می کاهد .

رایگان بودن انرژی باد

توانایی تامین بخشی از تقاضای انرژی برق

کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد در بلند مدت

تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی

قدرت مانور زیاد ، جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه ( از چند وات تا چندین مگاوات)

عدم نیاز به آب

عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب

ایجاد اشتغال

نداشتن آلودگی زیست محیطی

از مزارع مزبور می توان برای کشاورزی نیز استفاده کرد.

1-1-3- معایب

1- وزش باد قابل پیش بینی نیست و بعضی روزها هیچ بادی نمی وزد.

2- اغلب مناطق مناسب برای این روش نزدیک به سواحل هستند که این گونه زمین ها گران قیمت هستند.

3- این تجهیزات بر گیرنده های تلویزیونی که در اطراف آنها وجود دارند تاثیر می گذارند.

4- این مزارع شبانه روز سرو صدا ایجاد می کنند که با پیشرفت علم آئرودینامیک طرح هایی از این ژنراتور ها و پره ها تولید شده است که مزارع بادی جدید را بی سر و صداتر کرده اند.

1-1-4- مزایای ژنراتور القایی

1- چون به سیستم تحریک احتیاج ندارد و ساختمان آن ساده است ، تعمیر و نگهداری آن آسان است.

2- راه‌اندازی و بهره‌برداری از آن آسان است، زیرا نیازی به سنکرونیزاسیون یا تنظیم تحریک ندارد.

3- راندمان مولد آسنکرون در یک اندازه معین ، اغلب بیشتر از مولد سنکرون است.

4- چون همیشه بطور موازی با ژنراتور سنکرون کار می‌کند و معمولاً مستقلاً مورد بهره‌برداری قرار نمی‌گیرد، به ژنراتور سرعت نیازی ندارد.

5- وقتی بار پس زده می‌شود، جریان تحریک قطع می‌شود و ولتاژ ناپدید می‌شود و لذا هیچگونه صدمه و خسارتی به بخشهای عایقی دستگاه از جانب ولتاژ اضافی صرفنظر از میزان افزایش سرعت رخ نمی‌دهد.
6- وقتی ولتاژ سیستم افت می‌کند، جریان تحریک خودبه‌خود کاهش می‌یابد.

7- چون گاورنر سرعت مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، لذا تا حدی که سرعت آن از سرعت مجاز توربین( بادی و یا آبی ) بیشتر نشود به تولید انرژی ادامه می‌دهد.

8- در مواقعی که سیستم دچار اختلال می‌شود، این دستگاه می‌تواند به صورت پایدار و بدون قطع شدن به کار خود ادامه دهد.

9-جریان اتصال کوتاه آن کم است و زمان کاهش آن در مقایسه با ماشینهای سنکرون کوتاهتر است، زیرا در هنگام اتصال کوتاه، تحریک قطع می‌شود و جریان اتصال کوتاه فقط در یک مدت فوق‌العاده کوتاه جریان می‌یابد تا اینکه فلوی مغناطیسی ناپدید شود.

1-1-5- معایب ژنراتور القایی

1- فقط وقتی مثل یک ژنراتور کار می‌کند که با ماشین سنکرون موازی شده باشد و نمی‌تواند مستقلاً تولید برق کند.

2- قدرت تحریک مورد نیاز در ژنراتورهای آسنکرون حدود 25% تا 45% قدرت مولد آسنکرون است در حالیکه در ماشینهای سنکرون بزرگ این مقدار حدود 1%قدرت نامی آنهاست.

3- ضریب قدرت جریان بار بوسیله ضریب قدرت بار تعیین نمی‌شود، بلکه بوسیله ضریب قدرت ذاتی خود ژنراتور تعیین می‌شود. این بدان معنی است که ضریب قدرت بوسیله ظرفیت تعیین می‌شود و قابل کنترل نیست. ژنراتور سنکرونی که بطور موازی به ژنراتور القایی متصل شده است. باید علاوه بر جریان تاخیر فاز مورد نیاز بار جریان تحریک مورد نیاز ژنراتور القایی را هم تامین کند. بنابراین، ضریب قدرت ژنراتور سنکرون بدتر شده و ظرفیت قابل حصول آن نیز کاهش می‌یابد. این امر هم‌چنین باعث افزایش تلفات در خطوط انتقال می‌شود. برای جبران این تلفات لازم است از کندانسورها استفاده شود.

4- در بهره‌برداری موازی، جریان هجومی بالایی جریان می‌یابد و ولتاژ سیستم راتحت تاثیر قرار می‌دهد.

5- به طور کلی، ماشینهای القایی با سرعتهای پایین و قطبهای زیاد، نسبت به ماشینهای سنکرون از لحاظ ضریب قدرت و ابعاد ماشین نامرغوبتر هستند.

1-2- تولیدات پراکنده

1-2-1- مقدمه

افزایش روزافزون مصرف انرژی، قیمت بالا و رو به تزاید و طبیعت فناپذیر سوختهای فسیلی و موقعیتهای بسیار بد محیط زیست جهانی علاقه شدیدی را نسبت به منابع انرژی دوستدار محیط زیست ایجاد کرده است. مصرف جهانی انرژی در بین سالهای 1990 تا 2035 درشکل ‏1‑1 نشان داده شده است. رشد مصرف انرژی دنیا در دودهه اخیر بیش از 48 درصد بوده و انتظار میرود در دو دهه آینده نزدیک به 40 درصد باشد [[i]]. هرچند مقدار 81 درصد از انرژی مصرفی جهان از منابع سوختهای فسیلی تأمین میشود [[ii]]؛ اما ذخایر محدود و پایانپذیر انرژیهای فسیلی و کشمکشهای جهانی در مناطق نفت و گاز و زغال سنگ خیز دنیا و اثرات آن‌ها روی بهای سوختهای فسیلی، اقتصاد کشورهای پیشرفته را به سمت جدایی و عدم وابستگی به سوختهای فسیلی سوق میدهد.

شکل ‏1‑1: مصرف جهانی انرژی [1]

در میان اشکال مختلف انرژی، انرژی الکتریکی جزء جدانشدنی و یکی از مهمترین اقلام مورد نیاز زندگی بشر امروزی میباشد؛ همچنین، پیشرفتهای تکنولوژیکی در بخشهای مختلف مصرف،شکل انرژی مصرف نهایی را به سمت انرژی الکتریکی کشانده است؛ آلودگی بسیار ناچیز در محل مصرف

انتقال سادهتر و کم خطرتر و با راندمان بالاتر، قابلیت کنترل بالا در محل تولید و مصرف و انعطافپذیری بسیار زیاد در تغییر شکل به انواع دیگر انرژی در محل مصرف از جمله عوامل موثر دیگر در جذابتر شدن انرژی الکتریکی نسبت به سایر انواع انرژی میباشد.

انرژی الکتریکی از منابع انرژی متنوعی قابل تولید است. انرژی الکتریکی را میتوان به وسیله نیروگاه‌های حرارتی (که از سوختهای فسیلی یا انرژی هستهای استفاده میکنند)، نیروگاههای برق-آبی و سایر منابع تجدیدپذیر شامل انرژی خورشیدی، بادی، بیوماس، بیوگاز، انرژی زمین گرمایی و ... تولید کرد. سوختهای فسیلی (شامل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی) و انرژی هستهای قابلیت تجدید پذیری ندارند‌ و منابع در دسترس‌ ان‌ها نیز، محدود است. همچنین، استفاده از این منابع آلودگیهای زیست‌‌محیطی از جمله اثر گلخانهای را به همراه دارد که زندگی در سطح کره زمین را به خطر می‌اندازد. می‌توان گفت اکنون دو مسئله انرژی و آلودگی محیط زیست، به عنوان یک مشکل جهانی عظیم روز به روز در حال تشدید بوده و تا زمانی که راه‌کارهای مناسبی برای آن پیدا نشود، حیات بشر در مخاطره جدی قرار خواهد داشت. از طرف دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند انرژی خورشید، باد، هیدروژن، زمین‌گرمایی و ...) انرژی‌هایی با منابع نامحدود، دوستدار محیط‌ زیست و قابل دسترسی در تمام دنیا هستند و می‌توانند برای استفادههای آتی،خود تجدیدپذیر[1] و پایدار[2] باشند و از این‌رو سهم بسزایی در منابع انرژی آینده خواهند داشت. لازم به ذکر است که به‌کارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر در کشورهای جهان رو به افزایش است و در حال حاضر یکی از شاخص‌های توسعه‌یافتگی محسوب می‌شود.

[1] Self-renewable

[2] Sustainable

[[i]] International Energy Outlook 2011 , Energy Information Administration (EIA) , [online]http://www.eia.doe.gov/iea.

[[ii]] Renewables 2011 GLOBAL STATUS REPORT, ren21-GSR 2011, [online] available at:http://www.ren21.net.

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

کنترل ولتاژ در میکرو شبکه توربین بادی بر پایه ژنراتور دانلود پایان نامه word

زینب یکشنبه 11 تیر 1396 ساعت 02:33

0 نظر

فور کیا

فور کیا

کنترل ولتاژ در میکرو شبکه شامل توربین های بادی بر پایه ژنراتور القایی و ژنراتور سنکرون

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه

1-1- مقدمه

1-1-1- انرژی باد

1-1-2- مزایای استفاده از انرژی باد در مقایسه با سو خت های فسیلی

1-1-3- معایب

1-1-4- مزایای ژنراتور القایی

1-1-5- معایب ژنراتور القایی

1-2- تولیدات پراکنده

1-2-1- مقدمه

فور کیا

روزانه‌ها

پیوندها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

کنترل ولتاژ در میکرو شبکه شامل توربین های بادی بر پایه ژنراتور القایی و ژنراتور سنکرون

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه

1-1- مقدمه

1-1-1- انرژی باد

1-1-2- مزایای استفاده از انرژی باد در مقایسه با سو خت های فسیلی

1-1-3- معایب

1-1-4- مزایای ژنراتور القایی

1-1-5- معایب ژنراتور القایی

1-2- تولیدات پراکنده

1-2-1- مقدمه