پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل مبدل DC-DC باک

پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل مبدل DC-DC باک

Buck DC-DC converter control

فرمت : word

تعداد صفحات : ۱۰۵

روش کنترل مد لغزشی یکی از مهمترین روشهای کنترل غیرخطی می‌باشد که از مشخصه‌های بارز آن عدم حساسیت به تغییر پارامترها و دفع کامل اغتشاش و مقابله با عدم قطعیت است.

این کنترل‌کننده ابتدا سیستم را از حالت اولیه با استفاده از قانون رسیدن به سطح تعریف شده لغزش که از پایداری مجانبی لیاپانوف برخوردار است، رسانده و سپس با استفاده از قانون لغزشی آن را به حالت تعادل می‌رساند.

تاکنون در تحقیقات انجام شده به روش تغذیه استاتیک سیستم تحریک استفاده از مبدل‌های DC/DC کاهنده توجه ویژه‌ای نشده است.

در این پایان‌نامه، بعد از ترانسفورماتور قدرت و پل یکسوساز با استفاده از یک مبدل باک (Buck converter) کنترل‌شده با مد لغزشی برای کاهش هارمونیک‌های ورودی به سیم‌پیچ تحریک کاربرد دارد، استفاده کنیم.

در این پایان‌نامه با روش کنترل لغزشی سعی در کاهش اثرات اغتشاشات (شامل تغییر ولتاژ وردی و تغییر بار) و تنظیم ولتاژ خروجی با دینامیک بسیار سریع و حداکثر کاهش هارمونیک‌ها خواهیم بود.

پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل مبدل DC-DC باک

فصل اول: مقدمه

۱-۱- مقدمه

۱-۲- پیشینه و سوابق

۱-۳- مروری بر گذشته کنترل سیستم تحریک استاتیک ژنراتور سنکرون

۱-۴- اهداف این پایان نامه

۱-۵- جنبه‌های نوآوری این پایان نامه

فصل دوم: مقدمه‌ای بر مبدل باک

۲-۱- مبدل باک step-down(buck) converter

۲-۲- حالت هدایت پیوسته مبدل باک

۲-۳- ریپل ولتاژ خروجی مبدل باک

۲-۴- مزایا مبدل باک

۲-۵- معایب مبدل باک

۲-۶- مزایای منابع تغذیه سوئیچینگ

۲-۷- معایب منابع تغذیه سوئیچینگ

۲-۸- کنترل مبدل DC-DC باک

۲-۹- بهبود پاسخ حالت دائمی با طراحی کنترل کننده مد لغزشی

۲-۱۰- توصیف مبدل

۲-۱۱- مدل سازی مبدل باک

۲-۱۲- مدل فضای حالت مبدل باک

۲-۱۳- کنترل مد لغزشی مبدل باک sliding mode control

۲-۱۴- تئوری کنترل لغزشی

۲-۱۵- طراحی کنترلر مد لغزشی(SMC

۲-۱۶- تعیین سطح لغزش

۲-۱۷- اعمال شرط لغزش

۲-۱۸- کنترل لغزشی مبدل باک

۲-۱۹- تعیین قانون کنترل

۲-۲۰- مزایای کنترل مد لغزشی

۲-۲۱- معایب کنترل مد لغزشی

پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل مبدل DC-DC باک

فصل سوم: مقدمه‌ای بر ژنراتورها

۳-۱- ژنراتور قدرت

۳-۲- دسته‌بندی ژنراتورها با توجه به نوع توربین گردنده روتور

۳-۲-۱- ژنراتورهای dc

۳-۲-۲- ژنراتور القایی

۳-۲-۳- ژنراتور سنکرون

۳-۳- ساختمان ژنراتور سنکرون و انواع آن

۳-۴- ساختار ژنراتور سنکرون و مدار سیم‌پیچی

۳-۴-۱- معادلات پایه متناسب با dq0

۳-۴-۲- معادلات اصلی ریاضی ژنراتور سنکرون

۳-۵- نظریه سیستم تحریک

۳-۵-۱- سیستم تحریک چیست

۳-۵-۲- اجزای تشکیل دهنده سیستم تحریک

۳-۵-۲-۱٫ تولید جریان روتور

۳-۵-۲-۲٫ منبع تغذیه

۳-۵-۲-۳٫ سیستم تنظیم کننده خودکار ولتاژ (میکروکنترلر

۳-۵-۲-۴٫ مدار دنبال کننده خودکار

۳-۵-۲-۵٫ کنترل تحریک

۳-۵-۲-۶٫ محدود کننده جریان روتور

۳-۵-۲-۷٫ محدود کننده مگاوار

۳-۵-۲-۸٫ محدود کننده شار اضافی

۳-۵-۲-۹٫ تثبیت‌کننده سیستم قدرت

وظایف سیستم تحریک

۳-۶- مدلسازی یکسو ساز تریستوری شش پالسه

۳-۶-۱- تریستورو مشخصه استاتیکی آن

۳-۶-۲- یکسو ساز شش تریستوری

پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل مبدل DC-DC باک

فصل‌چهارم: نتایج حاصل از شبیه‌سازی

۴-۱- مقدمه

۴-۲- شبیه سازی یکسو ساز شش پالسه تریستوری

۴-۳- شبیه سازی مبدل باک و خواص آن

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

فهرست مطالب

فهرست جدول‌هاح‌

فهرست شکل‌‌هاخ‌

فصل 1- مقدمه. 3

1-1- مقدمه............3

1-1-1- انرژی باد...........3

1-1-2- مزایای استفاده از انرژی باد در مقایسه با سو خت های فسیلی.. 5

1-1-3- معایب... 6

1-1-4- مزایای ژنراتور القایی.. 6

1-1-5- معایب ژنراتور القایی.. 7

1-2- تولیدات پراکنده8

1-2-1- مقدمه. 8

1-2-2- اهمیت انرژی‌های نو و دلیل گرایش به آن‌ها11

1-3- تاریخچه.....13

1-3-1- تاریخچه استفاده از انرژی بادی.. 13

1-3-2- تاریخچه میکروتوربین.. 15

1-3-3- تاریخچه باتری‌ها ‌15

1-3-4- بهره‌برداری از سیستم‌های ترکیبی.. 16

1-4- تعریف تولید پراکنده17

1-4-1- هدف به کار گیری تولیدات پراکنده19

1-4-2- مکان 19

1-4-3- مقادیر نامی.20

1-4-4- ناحیه تحویل توان.. 21

1-4-5- فناوری.. 22

1-4-6- عوامل محیطی.. 23

1-4-7- روش بهره برداری.. 24

1-4-8- مالکیت..........24

1-4-9- سهم تولید پراکنده در کل مصرف.. 24

1-5- فواید بالقوه تولید پراکنده25

1-6- عواملی که مانع گسترش تولید پراکنده می‌شوند. 27

1-7- به‌کارگیری منابع انرژی پراکنده در شبکه. 28

1-7-1- مقدمه. 28

1-8- شرح مفاهیم مربوط به نیروگاه مجازی.. 29

1-8-1- تعریف ریز شبکه و نیروگاه مجازی.. 29

1-8-2- نیروگاههای مجازی و حرکت به سمت شبکه هوشمند. 32

1-8-3- منابع انرژی توزیع شده36

1-8-4- روش‌های کنترل و بهره برداری از نیروگاه های مجازی.. 38

1-9- ساختار گزارش.... 41

فصل 2- فصل دوم:44

2-1- ساختمان میکروگرید :44

2-2- ساختمان توربین های بادی:46

2-2-1- انواع ساختار فیزیکی توربین بادی.. 49

2-2-1-1- توربین های بادی با محور چرخش عمودی VAWT. 50

2-2-1-2- توربین های بادی با محور چرخش افقی HAWT. 51

2-2-1-3- طبقه بندی توربین های بادی پروانه ای با محور افقی HAW... 52

2-2-2- انواع ساختار عملکردی توربین های بادی.. 53

2-2-2-1- توربین های بادی با سرعت ثابت :53

2-2-2-2- توربین های بادی با سرعت متغیر:54

2-3- انواع ژنراتورهای مدرن:57

2-3-1- توربین سرعت ثابت نوع A :57

2-3-2- توربین سرعت متغیر با مقاومت روتور متغیرنوع B (سرعت متغیر محدود):58

2-3-3- سرعت متغیر همراه با مبدل فرکانسنوع C (مبدل فرکانسی با ظرفیت کسری):59

2-3-4- توربین سرعت متغیر با مبدل توان کاملنوع D (سرعت متغیر با مبدل فرکانسی با ظرفیت کامل):........60

2-4- انواع ژنراتورهای مورد استفاده در توربین های بادی:61

2-4-1- ژنراتور سنکرون.. 61

2-4-2- ساختار سرعت ثابت:62

2-4-3- ساختار سرعت متغیر محدود:64

2-4-4- ساختار سرعت متغیر با کانورتر غیر کامل:65

2-4-5- ساختار سرعت متغیر کوپل مستقیم با کانورتر کامل:67

2-4-6- انواع ساختار بدون گیربکسک... 72

2-4-6-1- ژنراتور سنکرون با روتور سیم پیچی شده74

2-4-6-2- ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم با شار شعاعی.. 74

2-4-6-3- ژنراتورهای آسنکرون (القایی)75

2-5- پیکربندی مزارع بادی.. 78

2-5-1- لزوم اتصال شبکه. 81

2-5-1-1- کنترل توان اکتیو.........82

2-5-1-2- کنترل توان راکتیو و پایداری ولتاژ83

2-5-2- کیفیت توان 85

2-5-3- قابلیت کارکرد در ولتاژ پایین شبکه (FRT)85

2-5-4- وضعیت و روند. 87

2-6- ساختار مبدل های بکار رفته در توربین بادی:90

2-6-1- مبدل پشت به پشت... 90

2-6-2- مبدل توان غیر مستقیم.. 91

2-6-3- مبدل قدرت چند سطحی.. 92

2-6-4- مبدل های قدرت مدوله کننده93

2-7- مفاهیم کنترل توان.. 93

2-7-1- ساختار روش های کنترلی بکار رفته در توربین های بادی.. 94

2-7-1-1- کنترل توان...................95

2-7-1-2- کنترل مبدل................96

2-7-1-3- کنترل کننده جهت دار ولتاژ سنکرون.. 96

2-7-1-4- روش هیسترزیس.........97

2-7-2- هماهنگ سازی شبکه. 99

2-8- مقایسه سیستمی توربین های بادی.. 105

2-9- محدودیت های قابلیت توان راکتیو. 106

2-9-1- کنترل مجزای توان اکتیو و راکتیو در نیروگاه بادی متصل بهDFIG.. 106

2-9-1-1- عملکرد ژنراتور القایی در سرعت ثابت... 106

2-9-1-2- عملکرد ژنراتور القایی در سرعت متغیر. 107

2-9-1-3- ژنراتور قفس سنجابی تحت سرعت متغیر. 107

2-9-1-4- ژنراتور روتور سیم پیچی شده تحت سرعت متغیر. 108

2-9-2- مدل ژنراتور القایی DFIG.. 109

2-9-3- کنترل کانورتر سمت روتور110

2-9-4- کنترل کانورتر سمت شبکه. 115

فصل 3- ساختار کنترل کننده ها118

3-1- کنترل کننده خارجی (کنترل کننده جریان)118

3-1-1- روش هیسترزیس.... 118

3-1-2- روش‌های مبتنی برتبدیل مراجع جریان به مراجع ولتاژ123

3-2- انواع روشهای کنترل جریان بر اساس خطی یا غیرخطی بودن.. 130

3-2-1- روشهای خطی.. 130

3-2-1-1- PI ساکن:.......................131

3-2-1-2- PI سنکرون:.................131

3-2-1-3- فیدبک حالت...............133

3-2-2- روشهای غیرخطی.. 134

3-2-2-1- هیسترزیس:..................134

3-2-2-2- شبکه عصبی و فازی:134

3-3- روش های جدید کنترل ماشین های القایی.. 136

3-3-1- کنترلرهای اسکالر ماشین القایی.. 137

3-3-2- کنترل کننده های برداری ماشین القایی.. 139

3-3-3- مطالعه کنترل مبتنی بر میدان ماشین القایی Decoupling. 142

3-3-3-1- کنترل مبتنی بر میدان به روش مستقیم. 146

3-3-3-2- کنترل مبتنی بر میدان به روش غیرمستقیم. 151

فصل 4- مدلسازی و شبیه سازی سیستم مورد مطالعه. 165

4-1- اتصال مستقل ژنراتور القایی به شبکه. 165

4-1-1- مدل توربین بکار رفته در ژنراتور القایی.. 165

4-2- اتصال مستقل ژنراتور سنکرون به شبکه. 172

4-2-1- مدل توربین بکار رفته در ژنراتور سنکرون.. 173

4-2-2- کنترلر موجود در اینورتر سمت ژنراتور174

4-2-3- کنترلر موجود در اینورتر سمت شبکه. 176

4-2-4- ساختمان ژنراتور سنکرون بکار رفته. 178

4-3- اتصال همزمان دو ژنراتور به شبکه. 181

4-4- اتصال همزمان دو ژنراتور به شبکه با حضور بار محلی.. 183

فهرست مراجع.........192

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ‏1‑1 : مقادیر نامی تعریف شده برای تولید پراکنده توسط برخی مراکز تحقیقاتی.. 21

جدول ‏1‑2 : طبقه بندی تولید پراکنده با توجه به مقادیر نامی تولیدی.. 21

جدول ‏1‑3 : فناوری‌های به کار رفته در تولیدات پراکنده22

جدول ‏1‑4 : تأثیر برخی از فناوری‌های تولید انرژی الکتریکی بر محیط زیست... 23

جدول ‏2‑1: مقایسه مزایا و معایب انواع ساختار توربین های بادی 71

جدول ‏2‑2: مقایسه توپولوژی های مزرعه باد... 81

جدول ‏2‑3: مقایسه سیستمی پیکربندی های توربین بادی... 105

جدول ‏3‑1: حالت های مختلف برای کلیدها157

جدول ‏3‑2: اعمال هر یک از بردارها.. 160

جدول ‏3‑3: جدول کلید زنی.. 161

فهرست شکل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل ‏1‑1: مصرف جهانی انرژی [1]9

شکل ‏1‑2: نقشه پتانسیل باد ایران در ارتفاع 60 متری []11

شکل ‏1‑3: ظرفیت تولید انرژی بادی در جهان [2].14

شکل ‏1‑4: یک ریز شبکه نمونه []29

شکل ‏1‑5: نیروگاه مجازی از دیدگاه پروژه Fenix. 31

شکل ‏1‑6: نیروگاه مجازی از دیدگاه پروژه CRISP. 32

شکل ‏1‑7:تفاوت‌های نیروگاه مجازی با نیروگاه متمرکز. 33

شکل ‏1‑8- کنترل متمرکز نیروگاه مجازی [23]40

شکل ‏2‑1: نمایی از توربین بادی onshore. 46

شکل ‏2‑2: نمونه ای از سیستم الکترونیک قدرت... 47

شکل ‏2‑3: بررسی میان وزن، اندازه، تعداد و مولفه ها و عملکرد سیستم الکترونیک قدرت در یک درایو استاندارد دانفوس 48

شکل ‏2‑4: تجهیزات الکترونیک قدرت مختلف و نواحی که در آن رشد کرده اند. 49

شکل ‏2‑5: نمایی از توربین بادی با محور عمودی و افقی.. 50

شکل ‏2‑6: طبقه بندی توربین های بادی پروانه ای با محور افقیHAW... 53

شکل ‏2‑7: ساختار یک نیروگاه بادی.. 55

شکل ‏2‑8: تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی.. 55

شکل ‏2‑9: توان ممکن است بوسیله کنترل stall و یا کنترل اکتیو یا کنترل pitch 56

شکل ‏2‑10: توربین سرعت ثابت نوع A.. 58

شکل ‏2‑11: توربین سرعت متغیر با مقاومت روتور متغیر نوع B.. 59

شکل ‏2‑12:توربین سرعت متغیر همراه با مبدل فرکانس نوع C.. 60

شکل ‏2‑13: توربین سرعت متغیر با مبدل توان کامل نوع D.. 61

شکل ‏2‑14: DFIGمبتنی بر مزرعه باد همراه با اتصال شبکه AC.. 79

شکل ‏2‑15: مزرعه بادی فعال با اتصال شبکه AC.. 79

شکل ‏2‑16: مزرعه بادی فعال با اتصال شبکه DC.. 80

شکل ‏2‑17: مزرعه بادی همراه با شبکه DC مشترک مبتنی بر توربین های بادی سرعت متغیر با یک کانورتور برق کامل.80

شکل ‏2‑18: مشخصه کنترل فرکانس در توربین بادی متصل به شبکه دانمارکی.82

شکل ‏2‑19: توابع رگولاسیون توان اکتیو که در کنترل کننده مزرعه باد مورد نیاز کد شبکه دانمارکی پیاده سازی شده است : الف) کنترل دلتا، ب) کنترل تعادل، ج) محدودیت تولید مطلق د) حفاظت از سیستم.83

شکل ‏2‑20: مطالبات کد شبکه دانمارکی در مبادلات توان راکتیو در PCC.. 84

شکل ‏2‑21: الزامات کنترل توان راکتیو در کد شبکه ایرلند برای توربین های بادی.. 84

شکل ‏2‑22: الزامات توان راکتیو واحدهای تولید بدون محدود کردن خروجی توان فعال در کد شبکه انتقال آلمان.85

شکل ‏2‑23: مشخصات ولتاژ FRT در کدهای شبکه اروپایی برای انرژی باد. 86

شکل ‏2‑24: پشتیبانی جریان راکتیو در هنگام خطا که در کد شبکه آلمانی مشخص گردیده است.86

شکل ‏2‑25: سهم بازار توربین های بادی (پایان سال 2005).87

شکل ‏2‑26: سهم جهانی از نصب سالانه برای مفاهیم توربین بادی مورد نظر. 89

شکل ‏2‑27: سهم هزینه قطعات اصلی در یک توربین بادی معمولی 2 مگاواتی.. 89

شکل ‏2‑28: ساختار مبدل پشت به پشت... 90

شکل ‏2‑29: توربین بادی با ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم برای داشتن سرعت... 91

شکل ‏2‑30: مبدل توان غیر مستقیم ژنراتور سنکرون روتور سیم پیچی شده با پل دیودی.. 91

شکل ‏2‑31: ساختار مبدل های چند سطحی.. 92

شکل ‏2‑32: مبدل های قدرت مدوله کننده93

شکل ‏2‑33: ساختار روش های کنترلی بکار رفته در توربین های بادی.. 95

شکل ‏2‑34: ساختاری از مبدل سمت شبکه در توربین بادی.. 96

شکل ‏2‑35: ساختار کنترل کننده جهت دار ولتاژ سنکرون.. 97

شکل ‏2‑36: ساختار روش هیسترزیس.... 98

شکل ‏2‑37: ساختار کنترل در قاب مرجع سنکرون در یک کانورتور چند سطحی با پل H آبشاری هفت سطح .99

شکل ‏2‑38: روش هماهنگ سازی با استفاده از (a) فیلترینگ در قاب مرجع چرخشی سنکرون dq و (b) فیلترینگ در قاب ثابت... 101

شکل ‏2‑39: ساختار عمومی یک سیستم PLL برای شبکه هماهنگ سازی.102

شکل ‏2‑40: محدوده عملیاتی ولتاژ و فرکانس توربین های بادی متصل به سیستم توزیع دانمارکی.103

شکل ‏2‑41: ساختار کلی یک سیستم مانیتورینگ شبکه مبتنی بر سه PLL فاز.104

شکل ‏2‑42: ساختار مونیتورینگ شبکه پیشرفته مبتنی بر PLL.. 104

شکل ‏2‑43: اتصال ژنراتور القایی قفس سنجابی به شبکه در عملکرد سرعت متغیر. 108

شکل ‏2‑44: اتصال ژنراتور القایی روتور سیم بندی شده به شبکه به صورت DFIG در عملکرد سرعت متغیر109

شکل ‏2‑45: کانورتر پل back-to-back متصل مابین روتور ژنراتور القایی و شبکه. 110

شکل ‏2‑46: دستگاه های مرجع مورد نیاز در تبدیلات... 111

شکل ‏2‑47: بلوک دیاگرام کنترلی برای تولید توان اکتیو. 114

شکل ‏2‑48: بلوک دیاگرام کنترلی برای تولید توان راکتیو. 115

شکل ‏2‑49: بلوک دیاگرام کنترلی تثبیت ولتاژ لینک DC.. 116

شکل ‏3‑1: بلوک دیاگرام کنترلکننده هیسترزیس.... 119

شکل ‏3‑2:تغییرات فرکانس سوئیچینگ در روش هیسترزیس برای یک اینورتر سه فازه با سیم زمین (ضریب توان 85/0)119

شکل ‏3‑3: تغییرات فرکانس سوئیچینگ در روش هیسترزیس برای یک اینورتر سه فازه با بار متعادل و بدون سیم زمین (ضریب توان 85/0)120

شکل ‏3‑4: تغییرات فرکانس سوئیچینگ در روش هیسترزیس برای یک اینورتر سه فازه با بار نامتعادل و بدون سیم زمین (ضریب توان 85/0)120

شکل ‏3‑5: خطای جریان برای اینورتر سه فازه با سیم خنثی.. 121

شکل ‏3‑6: خطای جریان برای اینورتر سه فازه بدون سیم خنثی.. 121

شکل ‏3‑7: تغییرات فرکانس سوئیچینگ در روش هیسترزیس برای یک اینورتر سه فازه با سیم زمین (جریان راکتیو)122

شکل ‏3‑8: مدار معادل تک فاز سیستم.. 123

شکل ‏3‑9: ساختار کلی کنترلکننده های مبتنی بر روش تبدیل مراجع جریان به ولتاژ123

شکل ‏3‑10: بردار ولتاژ خروجی اینورتر متناظر با وضعیت سوئیچ‌ها125

شکل ‏3‑11: مکان هندسی انتهای بردار مرجع برای تولید ولتاژهای سه فاز متعادل.. 126

شکل ‏3‑12: مکان هندسی انتهای بردار مرجع برای تولید ولتاژ سه فازه نامتعادل.. 127

شکل ‏3‑13: مکان هندسی انتهای بردار مرجع برای تولید ولتاژ سه فازه نامتعادل.. 128

شکل ‏3‑14:نوسانات مرتبه دوم ولتاژ لینک dc تحت شرایط نامتعادل.. 129

شکل ‏3‑15: مکان هندسی انتهای بردار مرجع برای تولید ولتاژ سه فازه نامتعادل با مدل نمودن اصلاح دیوتی سایکلها در ولتاژ مرجع.. 130

شکل ‏3‑16: کنترل کننده خطی PI ساکن.. 131

شکل ‏3‑17: استخراج مراجع ولتاژ از مراجع جریان توسط کنترلر PI132

شکل ‏3‑18: استفاده از کنترلر PI به منظور تعقیب جریانهای مرجع غیر متعادل.. 133

شکل ‏3‑19: بلوک شماتیک کنترلکننده فازی.. 134

شکل ‏3‑20: مقایسه سطح کنترلی: فازی(شکل سمت راست) و PI135

شکل ‏3‑21: دیاگرام شماتیک سیستم قدرت 12 باسه با STATCOM... 135

شکل ‏3‑22: روش های کنترل موتورهای القایی.. 136

شکل ‏3‑23: تغییرات ولتاژ بر حسب فرکانس.... 137

شکل ‏3‑24: منحنی مشخصه گشتاور سرعت بر اساس V/f138

شکل ‏3‑25: بلوک دیاگرام کنترلی حلقه باز138

شکل ‏3‑26: بلوک دیاگرام کنترلی حلقه بسته. 139

شکل ‏3‑27: موتور DC.. 140

شکل ‏3‑28: موتور القایی با سه سیم پیچ.. 140

شکل ‏3‑29: موتور القایی با مدل سه سیم پیچی را به دو سیم پیچی عمود بر هم.. 141

شکل ‏3‑30: سیستم کنترل مبتنی بر میدان به روش مستقیم، ابداعی F.Blaschke [۱۴].147

شکل ‏3‑31: بلوک دیاگرام سسیستم کنترل ماشین القایی به روش DFOC.. 148

شکل ‏3‑32: بلوک دیاگرام کنترلی.. 151

شکل ‏3‑33: سیستم کنترل مبتنی بر میدان به صورت غیرمستقیم، ابداعی K.Hasse، [۱۳]152

شکل ‏3‑34: شمای سیستم کنترل مبتنی بر شار به روش غیر مستقیم[۱۶]153

شکل ‏3‑35: بلوک دیاگرام کنترلی.. 155

شکل ‏3‑36: ناحیه عملکرد موتور DC.. 155

شکل ‏3‑37: ساختار یک اینورتر منبع ولتاژی (VSI)157

شکل ‏3‑38: حالات بردارهای اصلی.. 158

شکل ‏3‑39: بردار158

شکل ‏3‑40: گشتاور بر حسب شار روتور و استاتور159

شکل ‏3‑41: انتخاب بردار ولتاژ160

شکل ‏3‑42: بلوک دیاگرام کنترلی روش DTC.. 161

شکل ‏3‑43: منحنی تغییرات گشتاور و شار162

شکل ‏3‑44: شبیه سازی شار روتور و استاتور در بردار فضایی.. 162

شکل ‏4‑1: توربین بادی با ژنراتور القایی متصل به شبکه. 165

شکل ‏4‑2: نمایی از مدل توربین بادی بکار رفته در ژنراتور القایی به ازای سرعت های مختلف باد. 165

شکل ‏4‑3: توان اکتیو خروجی ژنراتور القایی در حالت سرعت باد 5 متر بر ثانیه. 166

شکل ‏4‑4: توان اکتیو خروجی ژنراتور القایی در حالت سرعت باد 7.8 متر بر ثانیه. 167

شکل ‏4‑5: توان اکتیو خروجی ژنراتور القایی در حالت سرعت باد 8 متر بر ثانیه. 168

شکل ‏4‑6: توان اکتیو خروجی ژنراتور القایی در حالت سرعت باد 8.5 متر بر ثانیه. 169

شکل ‏4‑7: تغییرات مختلف سرعت باد نسبت به زمان.. 170

شکل ‏4‑8: تغییرات توان اکتیو خروجی ژنراتور القایی در سرعت های مختلف باد. 171

شکل ‏4‑9: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در سرعت های مختلف باد. 172

شکل ‏4‑10: توربین بادی با ژنراتور سنکرون متصل به شبکه. 173

شکل ‏4‑11: نمایی از مدل توربین بادی بکار رفته در ژنراتور سنکرون به ازای سرعت های مختلف باد. 173

شکل ‏4‑12: نمایی از ساختار کنترلی بکار رفته در بلوک کنترلر اینورتر سمت ژنراتور174

شکل ‏4‑13: نمایی از ساختار کنترلی بکار رفته در بلوک کنترلر اینورتر سمت شبکه. 176

شکل ‏4‑14: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در سرعت های مختلف باد. 180

شکل ‏4‑15: مقایسه توان اکتیو تزریقی توسط ژنراتور سنکرون نسبت به ژنراتور القایی.. 181

شکل ‏4‑16: شماتیک مدار در حالتی که هردو ژنراتور به شبکه و توربین بادی متصل اند. 182

شکل ‏4‑17: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در حالت اتصال هر دو ژنراتور در سرعت های مختلف باد. 183

شکل ‏4‑18: شماتیک مدار در حضور هر دو نوع ژنراتور و بار محلی.. 184

شکل ‏4‑19: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در حالت حضور هر دو ژنراتور و بار محلی 1مگاوات و 1مگاوار185

شکل ‏4‑20: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در حالت حضور هر دو ژنراتور و بار محلی 5مگاوات و 1مگاوار186

شکل ‏4‑21: تغییرات دامنه ولتاژ شبکه در حالت حضور هر دو ژنراتور و بار محلی 1مگا وات و 5مگا وار187

 چکیده

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.

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

فرمت : word

تعداد صفحات : ۱۴۸

کنترل شارژر دستگاهی است که مابین پنل خورشیدی و باتری قرار می گیرد. وظیفه آن در سیستم های خورشیدی بسیار حیاتی و مهم است زیرا طول عمر باتری سیستم که تقریبا ۳۰ درصد از کل هزینه را به خود اختصاص می دهد، بطور مستقیم به آن وابسته می باشد.

چنانچه باتری بیش از حد شارژ گردد و یا اینکه بیشتر از حد ممکن تخلیه شود، آسیب جدی خواهد دید از این جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده می شود که در صورت شارژ یا دشارژ بیش از حد، باتری را محافظت نماید.

شارژ کنترلرها بر مبنای این‌که تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می‌شوند. استانداردهای بین‌المللی شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ۲۵% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند.

این موضوع باعث می-شود که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد. جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند.

انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز، امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی را تحمیل نماید.

کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید. جریان معکوس، مقدار جریانی است که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

۱-۲- مفهوم حالت شارژ

۱-۳- برسی روشهای تخمین حالت شارژ باتری

۱-۳-۱- اندازه‌گیری حالت شارژ از طریق ویژگیهای فیزیکی الکترولیت

۱-۳-۲- ولتاژ مدار باز

۱-۳-۳- شمارش آمپر ساعت

۱-۳-۴- تخمین با استفاده از منطق فازی

۱-۳-۵- شبکه های عصبی مصنوعی

۱-۳-۶- تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

۱-۴ -کنترل حالت شارژ

فصل دوم: منابع تولید پراکنده

۲-۱- بحران انرژی در جهان

۲-۲- منابع تولید پراکنده

۲-۳- فناوریهای تولید پراکنده

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

۲-۴- انرژی باد و نیروگاه بادی- سلول های خورشیدی و بررسی سیستم های فتوولتائیک(PV)

۲-۴-۱- انرژی باد و نیروگاه بادی

۲-۴-۲- تار یخچه استفاده از انرژی باد

۲-۴-۳- مزایای نیروگاههای بادی

۲-۵- توربین بادی

۲-۵-۱- کاربرد توربینهای بادی

الف- کاربردهای غیرنیروگاهی

ب - کاربردهای نیروگاهی

۲-۵-۲- انواع توربینهای بادی

۲-۵-۲-۱- تقسیم بندی از حیث اندازه

1. توربین های کوچک (small
2. توربین های متوسط (medium
3. توربین های بزرگ (large)

۲-۵-۳- بادها و توربینهای بادی

۲-۵-۴ - انرژی دریافتی از توربین

۲-۲-۵- توان پتانسیل توربین

۲-۵-۶- ضریب یکپارچگی

۲-۵-۷- برآورد پتانسیل باد

۲-۵-۸ - ارزیابی آماری داده های باد..

۲-۵-۹- محاسبه انرژی سالانه خروجی یک توربین بادی

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

۲-۶- ژنراتور سنکرون (Synchronous Generator

۲-۶-۱ رتور در ژنراتور سنکرون

۲-۶-۲ ساختمان و اساس کار

۲-۷- ژنراتورهای القایی یا آسنکرون

۲-۷-۱ مشخصه‌های الکتریکی

۲-۷-۲ مزایای ژنراتور القایی

۲-۷-۳ معایب ژنراتور القایی

۲-۷-۴ جریان هجومی در بهره‌برداری موازی

۲-۷-۴ اتصال کوتاه سه‌فاز ناگهانی

۲-۷-۵ اتصال کوتاه تک‌فاز

۲-۷-۶ پدیده خود تحریکی

۲-۷-۷ سیستم بهره‌برداری و کنترل

۲-۷-۸ راه‌اندازی

۲-۷-۹ بهره‌برداری موازی

۲-۷-۱۰ بارگذاری

۲-۷-۱۱ توقف آهسته

۲-۷-۱۲ از کار افتادن (SHUT DOWN)

۲-۷-۱۳ توان اکتیو

۲-۷-۱۴ نیاز به بانک خازنی

۲-۷-۱۵ اتصال به شبکه و یا منفرد

۲-۸- سلول های خورشیدی و بررسی سیستم های فتوولتائیک(PV)

۲-۹- سلول خورشیدی

۲-۹-۱- انواع سلول­های خورشیدی

۲-۹-۲- ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی

۲-۱۰- پنل خورشیدی

۲-۱۱- نحوه ساخت پنل خورشیدی۲۱۱ واتی

۲-۱۲- روش­های تولید انرژی خورشیدی

۲-۱۳- سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic

۲-۱۳-۱- مزایای نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی

۲-۱۳-۲- معایب نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

فصل سوم: باتری شارژرها

۳-۱- مبانی سیستم باتری

۳-۱-۱- سیستم های باتری

۳-۱-۲- سلول سرب- اسیدی

۳-۱-۳- مشخصه ی تخلیه

۳-۱-۴- ملزومات شارژر

۳-۲- باتری شارژرها

۳-۲-۱- حالت زیرشارژ

۳-۲-۲- حالت فوق شارژ

۳-۲-۳- شارژ سریع

۳-۳-۱- روش زمین کردن باتریهای ۱۱۰ ولتی

۳-۳-۲- زمین کردن سیستم باتری ۴۸ولت

۳-۳-۳- سیستم نشان دهنده آلارم باتری

۳-۴- سلولهای ترکیب مجدد

۳-۵- راه اندازی باتریها

۳-۵-۱- راه اندازی باتریهای پلانته (سرب- اسیدی)

۳-۵-۱-۱- آزمایشهای باتری شارژر

۳-۵-۱-۲- آزمایش های تخلیه (دشارژ) باتری

۳-۵-۱-۳- رله اتصال زمین

۳-۵-۲- راه اندازی باتریهای آب بندی شده

۳-۶- نقش شارژرها در پست­های برق

دانلود پایان نامه الکترونیک تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

۳-۷- اصول کار شارژر

۳-۷-۱- حالت شارژ نگهداری

۳-۷-۲- حالت شارژ سریع

۳-۷-۳- حالت شارژ اولیه

فصل چهارم: مدل­سازی دینامیکی سلول خورشیدی و توربین بادی

۴-۱ - سلول فتوولتاییک

۴-۲ - مدل توربین بادی

۴-۳ مدل باد و مدل شبکه مصرفی

فصل پنجم: نتایج شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری

نتیجه گیری و پیشنهادات

مراجع