فور کیا

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.

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

word کنترل ولتاژ در میکرو شبکه توربین های بادی ژنراتور القایی ژنراتور سنکرون

زینب پنج‌شنبه 19 مرداد 1396 ساعت 06:00

0 نظر

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

فهرست مطالب

عنوان صفحه

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 بردارها160

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 ‏2‑4: 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 ‏2‑20: 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 ‏3‑5: 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 ‏3‑16: 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

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

فصل اول

مقدمه ای بر میکروشبکه ها و تولیدات پراکنده

فصل 1- مقدمه

1-1- مقدمه

1-1-1- انرژی باد

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

روزانه‌ها

پیوندها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

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

فهرست مطالب

فصل 1-مقدمه

1-1- مقدمه

1-1-1- انرژی باد

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