پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

word
138
6 MB
31365
1392
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۳,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

    پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق- قدرت

    چکیده

     

     

    آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

     

     

     

    در سال های اخیر نفوذ بالای منابع انرژی تجدید پذیر و مشخصا انرژی باد در شبکه های قدرت مسائل جدیدی را به وجود آورده است. یکی از مهمترین این مسائل، عدم قطعیت در توان تولیدی توسط توربین های بادی است. عدم قطعیت ایجاد شده توسط انرژی باد در ریزشبکه ها که سطح توان و ولتاژ پایین تری دارند می‌تواند بسیار تاثیر گذارتر باشد. این موضوع نیاز به انجام آنالیز احتمالی در ریزشبکه هایی که از انرژی باد برای تولید توان استفاده می‌کنند را مشخص می‌سازد. در این پایان نامه، پایداری سیگنال کوچک ریزشبکه ها تحت تاثیر عدم قطعیت تولیدی توسط انرژی باد مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. بدین منظور روش های مونت-کارلو و کوانتایز به عنوان روش های عددی و روش تخمین دو نقطه ای و روش مبتنی بر بسط گرم-چارلیر به عنوان روش های آنالیز احتمالی عددی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزایا و معایب این روش ها مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. به منظور کامل شدن مطالعات در این زمینه، دینامیک توربین های بادی نیز در این پایان نامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. برای دستیابی به این هدف، سه نوع توربین بادی مرسوم در سیستم های قدرت به طور کامل مدل سازی شده و تاثیر دینامیک آنها بر روی احتمال ناپایداری سیستم مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. همچنین برای به دست آوردن معادلات حالت سیستم، از روشی مخصوص ریزشبکه ها استفاده خواهد شد که انعطاف پذیری زیادی را برای مدل سازی اجزای جدید فراهم می کند.

    کلمات کلیدی:

    پایداری سیگنال کوچک، آنالیز احتمالی، ریزشبکه، عدم قطعیت، انرژی باد

    1-1.      انرژی بادی

    1-1-1. مروری بر انرژی باد

    تاثیر منفی و غیر قابل اغماض سوزاندن سوخت های فسیلی[1] بر روی آب وهوای جهان در سالهای اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است. کاهش تاثیرات منفی این تغییرات آب وهوایی نیازمند کاهش بسیار زیاد در تولید گازهای گلخانه[2] ای است که می تواند از طریق کاهش سوزاندن سوختهای فسیلی میسر شود. بر اساس تخمین ها تا سال 2050 کاهش60 الی 80 درصدی این گازها ضروریست [1]. به همین دلیل در بسیاری از کشورها استفاده از منابع تولید انرژی ای که علی رغم داشتن ضریب اطمینان بالا، کربن مونو اکسید کمی تولید کنند و از لحاظ اقتصادی به صرفه باشند تبدیل به یکی از مهمترین اهداف سیاستگذاران در زمینه انرژی شده است.

    بدین منظور استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر[3] در دستور کار دولتها قرار گرفته است به طوری که در سال 2012 میزان ظرفیت تولید توان از کلیه منابع تجدید پذیر از مرز 1.470 گیگاوات گذشت. این میزان ظرفیت تولید[4] معادل 26% ظرفیت تولید جهانی و 21.7% توان تولید شده در همین سال است [2]. در این میان انرژی باد[5] یکی از سریعترین نرخهای رشد را نسبت به سایر منابع انرژی تجدید پذیر داشته است. به طوریکه در سال 2012 میزان ظرفیت تولید توان از انرژی باد به 282 گیگاوات رسیده است [3].

    شکل 1-1- ظرفیت تجمعی انرژی باد جهان

    در شکل 1-1، نمودار “Reference”بر اساس گزارش دور نمای انرژی جهان در سال 2004 از آژانس بین المللی انرژی[6] استوار است , سناریوی “Moderate” بیانگر شرایطی است که تمام اقدامات سیاسی لازم برای حمایت از انرژی های تجدیدپذیر (در دست احداث و یا در حال برنامه ریزی) صورت گیرد و در سناریوی “Advanced” فرض بر این است که تمام راهکارهای سیاسی به نفع تولید و گسترش استفاده از انرژی باد باشد. با بررسی شکل 1-1 که پیش بینی میزان ظرفیت توان باد تولیدی در سال 2004 را نشان میدهد و مقایسه آن با مقادیر واقعی ظرفیت توان باد در سال 2012 به وضوح می توان ملاحظه کرد که بهترین و خوشبینانه ترین پیشبینی ها در مورد آینده انرژی های باد بسیار با واقعیت فاصله دارند [4]. بنابراین می توان به این نتیجه رسید که در سالهای آینده انرژی باد تبدیل به یکی از موثرترین و پرکاربردترین منابع انرژی جهان خواهد شد.

    شکل 1-2- اطلس سرعت باد جهان در ارتفاع 80 متری برای سال 2005

    از آنجایی که میزان توان تولیدی توسط توربینهای بادی بسیار به سرعت باد وابسته است سعی بر آن است که مکان نیروگاههای بادی در مناطق با سرعت باد نسبتا زیاد انتخاب شود. شکل 1-2 نمونه ای از اطلس بادی که می تواند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرد را نشان می دهد. در این شکل سرعت باد در مناطق مختلف جهان در ارتفاع 80 متری از سطح زمین نشان داده شده است. به علاوه شکل 1-3 اطلس باد ایران در ارتفاع 80 متری از سطح زمین را نشان می دهد. مطابق این شکل ایران از پتانسیل و توانایی بالایی برای بهره برداری از انرژی باد برخوردار است [5].

    شکل 1-3- اطلس سرعت باد ایران در ارتفاغ 80 متری

    تقریبا روند کارکرد تمامی توربین های بادی یکسان است بدین ترتیب که انرژی باد باعث ایجاد یک حرکت چرخشی[7] در پره های توربین میشود و این چرخش این پره ها باعث حرکت دادن محور ژنراتور الکتریکی[8] که درون نازل[9] قرار دارد می شود. سپس سرعت چرخشی محور توسط یک گیربکس[10] افزایش پیدا میکند به طوری که برای استفاده توسط ژنراتور الکتریکی مناسب باشد. ژنراتور با کمک یک میدان مغناطیسی[11]، انرژی جنبشی چرخشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در اخر سطح ولتاژ توسط یک ترانسفورمر از حدود 700Vبه ولتاژ مناسب برای اتصال به شبکه مثلا 20KV تبدیل می شود.

    شکل1-4- توربین بادی محور افقی

    در شکل 1-4 یک توربین بادی نشان داده شده است که یکی از مرسوم ترین انواع توربین برای تولید توان الکتریکی می‌باشد. انرژی بادی که سطح این توربین مشاهده می‌کند از رابطه زیر به دست می‌آید:       

                                                                                                

    در رابطه 1-1، ρ چگالی هواست (تقریبا درسطح دریا برابر 1.225 Kgm-3 می‌باشد)، Aمساحتی است که تیغه های روتور در طی مسیر حرکتشان از آن عبور می‌کنند و Vسرعت بادی است که رو به توربین می‌وزد[12]. با توجه به این رابطه، انرژی تولیدی توسط یک توربین بادی به شدت به سرعت باد وابسته است.

    یکی از بزرگترین مشکلاتی که در راه گسترش استفاده از توربین های بادی قرار دارد، عدم قطعیتی[13] است که انرژی تولیدی توسط نیروگاههای بادی به همراه دارند. بدین معنی که تولید نمودن یا عدم تولید انرژی برق و یا به تعبیر دیگر وزش باد و همچنین سرعت وزش باد متغییر های تصادفی[14] می‌باشند. شکل1-5 این موضوع را به خوبی نشان می‌دهد. این شکل توان تولیدی توسط یک مزرعه بادی[15] با ظرفیت 50 مگاوات را به نمایش می‌گذارد. به وضوح می‌توان ملاحظه کرد که این توان دارای نوسانات بسیار شدید و تصادفی است که برنامه ریزی برای تولید کل شبکه را می‌تواند دچار مشکل کند.

    شکل 1-5- توان تولیدی یک مزرعه بادی نوعی با ظرفیت 50MW در یک هفته

    1-1-2. تکنولوژی های مختلف توربین بادی

    از چند دیدگاه می‌توان توربین های بادی را مورد بررسی قرار داد. برای مثال، بسته با این موضوع که پره های توربین بادی حول محور افقی بچرخند یا حول محور عمودی، توربینهای بادی به دو دسته محور افقی[16] و محور عمودی[17] تقسیم می‌شوند.

    توربین های محور افقی مزایا ومعایبی نسبت به توربین های محور افقی دارند که عبارتند از:

    مزایا توربین های بادی محور عمودی نسبت به توربین های محور افقی:

    عدم نیاز به سیستم کنترلی برای تعیین و تعقیب[18] جهت وزش باد.

    عدم نیاز به قرار دادن اجزای سنگین توربین بادی (مثل ژنراتور، گیربکس و سایر قسمتهای مکانیکی) در نازل که در ارتفاع زیادی از سطح زمین قرار دارد. این موضوع، تعمیر و نگهداری[19] این اجزا را آسان تر می‌کند و همچنین نیاز به ساخت سازه ای محکم برای نگهداری این ادوات سنگین را از میان بر می‌دارد.

    معایب توربین های بادی محور افقی نسبت به توربین های محور عمودی:

    تیغه ها در توربین های محور عمودی نسبتا به زمین نزدیک هستند. از آنجایی که سرعت باد در سطح زمین کمتر است، توانی که این توربین ها از باد جذب می‌کنند کمتر می‌شود.

    باد در سطح زمین دارای تغییرات شدیدی[20] نیز هست که این موضوع باعث افزایش تنش های مکانیکی[21] وارده به توربین می‌شود.

    توربین های بادی محور عمودی به خوبی و موثری توربین های بادی محور افقی تیغه های با کنترل زاویه[22] ندارند.

    با در نظر گرفتن مجموعه معایب و مزایای ذکر شده در بالا، توربین های محور افقی بسیار بیشتر مورد استقبال قرار گرفته و تبدیل به وسیله مرسوم تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد شده اند. عموما توربین های مدرن امروزی از سه تیغه تشکیل شده اند که عملکرد دینامیکی بسیار مناسبی را دارند. استفاده از تعداد زیاد تیغه باعث می‌شود که عبور یک تیغه باعث بر هم زدن دینامیک هوا شود و تنش مکانیکی روی تیغه های بعد افزایش یابد. استفاده از دو تیغه تنها در توربینهای با توان تولیدی بالا استفاده می‌شود. از معایب استفاده از دوتیغه تنش زیادی است که هنگام عبور این تیغه ها از کنار برج نگه دارنده نازل ایجاد می‌شود.

    دسته بندی دیگر توربین های بادی بر اساس نحوه کارکرد و اجزای تشکیل دهنده این توربین هاست. بدین ترتیب دو دسته توربین سرعت ثابت[23] و سرعت متغییر[24] به وجود می‌آیند. توربین های سرعت ثابت بسیار ارزانتر هستند در حالی که توربین های سرعت متغیر عملکرد دینامیکی بسیار مناسبی دارند و می‌توانند جایگزین مناسبی برای ژنراتور های سنکرون که وظیفه اصلی کنترل توان را در شبکه های قدرت دارند باشند.

    1-1-2-1.              توربین بادی با ژنراتور القایی قفس سنجابی[25]

    مرسوم ترین نوع توربین های سرعت ثابت، توربین با ژنراتور القایی قفس سنجابی است. شکل 1-6 این نوع توربین را نشان می‌دهد. همانطور که در این شکل نشان داده شده است، توان باد توسط تیغه ها جذب شده و پس از آنکه سرعت محور توسط گیربکس برای ژنراتور القایی مناسب شد توان الکتریکی تولید شده و از طریق یک ترانسفورمر به شبکه تحویل داده می‌شود. از آنجایی که معمولا سطح توان این توربین ها پایین است، توان تولیدی به شبکه قدرت با سطح ولتاژ توزیع تحویل داده می‌شود.

    شکل 1-6- توربین بادی سرعت ثابت با ژنراتور القایی قفس سنجابی و بانک خازنی

    ماشین های القایی برای کارکردن نیاز به شار مغناطیس کنندگی[26] دارند. بدین منظور این ماشین ها چه در حالت ژنراتوری و چه در حالت موتوری توان راکتیو[27] از شبکه جذب می‌کنند. به منظور کاهش توان راکتیو جذب شده از شبکه و اصلاح ضریب توان[28]، معمولا از یک بانک خازنی استفاده می‌شود تا توان راکتیو را برای ژنراتور تامین کند. سرعت چرخشی این نوع توربین ها به طور میانگین می‌تواند بین 2 الی 4 درصد تغییر کند و از آنجایی که این میزان تغییر سرعت بسیار ناچیز است به این دسته از منابع تولید باد سرعت ثابت گفته می‌شود.

    1-1-2-2.              توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه[29]

    ژنراتور مورد استفاده در این توربین ها از نوع القایی است. بر خلاف توربین قفس سنجابی که روتور آنها اتصال کوتاه شده است و استاتور به شبکه متصل می‌شود، در توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه، روتور توسط یک مبدل[30] به شبکه متصل شده است. شکل 1-7 این نوع توربین را نشان می‌دهد.

    شکل 1-7- توربین بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه

    این ژنراتور ها برای سطح توان بالاتر (در حدود چند مگاوات) مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور معمول، روتور ژنراتور القایی دو سو تغذیه توسط یک مبدل با 25 الی 30 درصد ظرفیت نامی ژنراتور به شبکه متصل می‌شود. این موضوع اجازه تغییر سرعتی تقریبا به همین میزان (30-25±) را به توربین می‌دهد. از آنجایی که افزایش بازه ای که سرعت توربین می‌تواند در آن تغییر کند باعث افزایش قابلیت جذب توان می‌شود، این توربین ها نسبت به توربین های سرعت ثابت قابلیت جذب توان بیشتر از انرژی باد را دارند. به علاوه سیستم مبدل اجازه تامین توان راکتیو و اکتیو را بنابر نیاز ممکن می‌سازد که باعث افزایش کنترل پذیری این توربین ها می‌شود. همچنین این مبدل ها می‌توانند نیاز به بانک خازنی را برای ایجاد شار مغناطیس کنندگی کاهش دهند و یا به طور کلی از میان بردارند. از معایب این توربین ها می‌توان به قیمت نسبتا زیاد آنها نسبت به نوع با ژنراتور قفس سنجابی و نیاز به حلقه های لغزنده[31] برای اتصال مبدل به روتور اشاره کرد.

    1-1-2-3.              توربین بادی با مبدل تمام توان[32]

    در این نوع از توربین ها عموما از ژنراتور سنکرون استفاده می‌شود. مبدل مورد استفاده در این نوع از توربین ها معمولا ظرفیتی برابر با ظرفیت ژنراتور سنکرون دارد. توربین بادی با مبدل تمام توان تمامی مزایای مربوط به توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه را دارد با این تفاوت که توربین بادی با مبدل تمام توان به دلیل دارا بودن ظرفیت بسیار بالای مبدل الکتریکی قابلیت کنترل توان خیلی بیشتری را داراست و می‌تواند در بازه بسیار بزرگی توان اکتیو و راکتیو را به شبکه تزریق کند. به علاوه این نوع توربین ها می‌توانند سهم بسیار بزرگی از انرژی باد را جذب کنند. از دیگر مزایای این توربین های بادی سرعت متغیر نسبت به توربین های بادی سرعت ثابت قابلیت اتصال سیستم های ذخیره ساز انرژی به آنهاست که به واسطه حضور میدل الکتریکی فراهم می‌شود. بزرگترین عیب این نوع توربین ها هزینه بالای آنهاست که به خاطر استفاده از مبدل های الکتریکی با توان بالا درتوربین های با مبدل تمام توان است. شکل 1-8 این نوع توربین را نشان می‌دهد. 

    شکل 1-8- توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام توان

    توربین های سرعت متغیر به واسطه توانایی تغییر سرعت چرخش تیغه ها می‌توانند توان بیشتری را نسبت به توربین های سرعت ثابت از باد جذب کنند. شکل 1-9 این موضوع را به طور نشان می دهد. در این شکل توان تولیدی توسط توربین به صورت تابعی از سرعت چرخشی[33] تیغه ها نشان داده شده است.

    شکل 1-9- توان تولیدی توسط توربین های سرعت ثابت و سرعت متغیر

    برای جذب حداکثری توان از باد معمولا در توربین های سرعت متغیر از یک سیستم کنترلی با نام تعقیب کننده حداکثر نقطه کار[34] استفاده می‌شود.

    1-2.      مقدمه ای بر ریزشبکه[35] ها

    1-2-1. تولید پراکنده[36]

    در سال های اخیر، تولیدات پراکنده به عنوان مکملی برای نیروگاههای انرژی متمرکز خود را معرفی کرده اند. این روش مبتنی بر تولید توان الکتریکی به صورت پراکنده و در نزدیکی و مجاورت مراکز مصرف توان است در نتیجه، تولیدات پراکنده غالبا به شبکه هایی با سطح ولتاژ کم یا متوسط متصل می‌شوند. در چنین فضایی گروهی از مصرف کنندگان توانایی تامین توان مورد نیاز خود را خواهند داشت. سایر مزایای استفاده از تولیدات پراکنده عبارتند از [7]:

    کاهش تولید گازهای گلخانه ای به واسطه ی استفاده از تعداد بیشتر منابع کوچک دوستدار محیط زیست.

    کاهش هزینه های مربوط به احداث و نگهداری خطوط انتقال جدید و کاهش تلفات ناشی از انتقال توان توسط این خطوط.

    تامین توان راکتیو و بهبود کیفیت توان به دلیل افزایش تعداد منابع تولید با کنترل پذیری و انعطاف پذیری بالا.

    قابلیت تولید همزمان انرژی الکتریکی و گرما به صورت بخارآب و یا آب گرم.

    از لحاظ نوع عملکرد می‌توان منابع تولید پراکنده را به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول که انرژی الکتریکی تولید می‌کنند و برای این منظور از منابع انرژی مختلف استفاده می‌نمایند. میکرو توربین ها، موتورهای احتراق داخلی[37]، پیل های سوختی[38]، توربین های بادی و سلول های خورشیدی از این دسته اند. سیستم های ذخیره سازی انرژی از جمله باتری ها، ذخیره سازی خازنی و فلای ویل[39] ها را می توان به عنوان دسته دوم منابع تولید پراکنده در نظر گرفت.

    از دیدگاه کاربرد منابع تولید پراکنده می‌توان آنها را به پنج دسته تقسیم کرد که عبارتند از [8]:

    تولید پشتیبان که در حالت عادی در مدار نیستند اما آماده برای شروع کار هستند.

    تولید صنعتی که علاوه بر تولید انرژی الکتریکی، آب گرم و یا بخار آب نیز تولید می‌کنند که برای مصارف داخلی خود کارخانه صنعتی یا بارهای محلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

    تولیدات پراکنده ای که به منظور کنترل بار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دسته با تامین قسمتی از بار درخواست توان را کاهش داده و باعث اصلاح پیک[40] بار می‌شوند.

    منابع تولید پراکنده ای که به منظور درآمد زایی برای صاحبان آنها ساخته و بهره برداری می‌شوند. این منابع غالبا از سطوح توان بالایی برخوردر هستند.

    و منابع تولید پراکنده اصلی که از قابلیت اطمینان بالایی برخوردارند و مسئولیت تامین بارهای حساس شبکه قدرت را بر عهده دارند.

    از دیدگاه نحوه تزریق توان به شبکه، منابع تولید پراکنده به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند. دسته اول آن منابعی هستند که از طریق یک رابط جریان متغیر که عموما یک ژنراتور است به طور مستقیم به شبکه متصل می‌شوند. توربین های باد سرعت ثابت، ژنراتورهای دیزلی و حرارتی و نیروگاه های آبی کوچک[41] در این دسته قرار می‌گیرند. دسته دوم از منابع تولید پراکنده توسط مبدل های الکتریکی به شبکه متصل می‌شوند. توربین های بادی سرعت متغیر، پیل های سوختی، سلولهای خورشیدی و میکروتوربین ها از جمله منابع تولید پراکنده ای هستند که توسط مبدل به شبکه متصل می‌شوند. عموما این واحد ها عملکرد بسیار سریعی نسبت به تغییرات بار داشته و می‌توانند خیلی موثر در کنترل فرکانس، ولتاژ و توان اکتیو و راکتیو شرکت کنند. قیمت به نسبت بالای این منابع و محدودیت شرکت آنها در تامین جریان خطا از مشکلات این سیستم ها می‌باشد.

    علی‌رغم تمامی مزایایی که سیستم های تولید پراکنده برای شبکه، مصرف کننده و محیط زیست دارند، استفاده زیاد از آنها می‌تواند مشکلاتی را برای شبکه به وجود آورد که قبل از آن وجود نداشته است. بعضی از این مشکلات عبارتند از [9-10]:

    تاثیر بر روی پایداری ولتاژ و زاویه ای در شبکه به دلیل حضور منابع تولید پراکنده ای که در زمان طراحی شبکه در نظر گرفته نشده اند.

    احتمال کاهش کیفیت توان و قابلیت اطمینان به دلیل مدیریت نامناسب تولیدات پراکنده.

    نیاز به تنظیم و بررسی مجدد رله های شبکه به دلیل تغییر در سیستم تولید توان.

    نیاز به یک مدیریت جامع به منظور کنترل مناسب میزان تولید و نحوه عملکرد منابع تولید پراکنده.

    1-2-2. ریزشبکه ها

    ریزشبکه ها عموما سیستم های تامین توان الکتریکی با سطح توان پایین یا متوسطی هستند که به منظور برق رسانی به اجتماعات کوچکی مثل: خانه های مسکونی، مناطق حومه شهر، مراکز آکادمیک و عمومی همچون دانشگاهها و یا مدارس، مناطق تجاری، سایت های صنعتی و ... طراحی و ساخته شده اند. از آنجا که ریزشبکه ها مجموعه ای از سیستم های تولید توان الکتریکی و بار های مختلف در سطح ولتاژ توزیع هستند، آنها را می‌توان به عنوان شبکه های توزیع فعال[42] در نظر گرفت.

    ژنراتورها و منابع تولید توان الکتریکی در ریزشبکه ها معمولا منابع تجدید پذیر هستند که به منظور اتصال به شبکه از واسطه های الکترونیک قدرت استفاده می‌کنند. این ادوات الکترونیک قدرت باعث ایجاد انعطاف پذیری بسیار زیادی برای تامین کیفیت توان و قابلیت اطمینان مناسب در ریزشبکه می‌شوند. به علاوه این قابلیت انعطاف کنترل و تولید در منابع تولید به ریزشبکه این اجازه را می‌دهد که از نقطه نظر سیستم قدرت اصلی به عنوان یک واحد در نظر گرفته شودکه نیاز های مربوط به انرژی و قابلیت اطمینان را با مدیریت محلی برطرف می‌کند.

    تفاوت های اصلی بین ریزشبکه ها و شبکه های قدرت مرسوم عبارتند از:

    منابع تولید توان در ریزشبکه ها نسبت به منابع تولید توان در شبکه های بزرگ بسیار از سطح توان پایینتری بر خوردار هستند.

    توان تولیدی در سطح ولتاژ توزیع می‌تواند مستقیما به شبکه توزیع تزریق شود.

    از آنجایی که معمولا منابع تولید انرژی در ریزشبکه ها در نزدیکی مصرف کننده ها قرار دارند، تحویل توان به بارها با بازده بالا در سطح ولتاژ و فرکانس مناسب، با تلفات بسیار کم خط صورت می‌پذیرد.

     استفاده از ریزشبکه ها به عنوان بخشی از شبکه قدرت اصلی مزایایی را به همراه دارد که عبارتند از:

    به دلیل کاهش مسافت های فیزیکی میان تولید و مصرف، تامین توان راکتیو در کل سیستم بهتر صورت می‌گیرد که باعث بهبود پروفیل ولتاژ و عملکرد سیستم می‌شود.

    کاهش و یا به تعویق افتادن هزینه های سرمایه گذاری به دلیل عدم نیاز به توسعه و ساخت خطوط انتقال جدید.

    به دلیل نزدیک بودن منابع تولید به مصرف کنندگان، می‌توان از گرمای خروجی سیستم تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد که این موضوع می‌تواند باعث افزایش بازده خروجی منابع تولید از حداکثر 40% در سیستم های مرسوم قدرت به 80% در ریزشبکه ها شود.

    کنترل دقیقتر مراحل احتراق در ریزشبکه ها نسبت به سیستم های تولید توان در شبکه های بزرگ می‌تواند منجر به کاهش تولید گازهای گلخانه ای شود.

    [1] Fossil fuels

    [2] Greenhouse gases

    [3] Renewable energy sources

    [4] Generation capacity

    [5] Wind energy

    [6] International Energy Agency (IEA)

    [7] Swirling motion

    [8] Generator shaft

    [9] Nacelle

    [10] Gearbox

    [11] Electromagnetic field

    [12]  Upwind free wind speed

    [13]  Uncertainty

    [14]  Random variables

    [15]  Wind farm

    [16]  Horizontal axis wind turbine

    [17]  Vertical axis wind turbine

    [18]  Tracking

    [19]  Maintenance

    [20]  Turbulent

    [21]  Mechanical Stresses

    [22]  Pitch-controlled blades

    [23]  Fixed-speed wind turbine

    [24]  Variable-speed wind turbine

    [25]  Squirrel Cage Induction Generator (SCIG)

    [26]  Magnetizing flux

    [27]  Reactive power

    [28]  Power factor correction

    [29]  Doubly-Fed Induction Generator (DFIG)

    [30]  Inverter

    [31]  Slip rings

    [32]  Fully Rated Converter (FRC)

    [33]  Rotational speed

    [34]  Peak power tracking

    [35]  Micro grid

    [36]  Distributed Generation (DG)

    [37]  Internal Combustion Engines (ICEs)

    [38]  Fuel cell

    [39]  Flywheel

    [40]  Peak shaving

    [41]  Small hydro-plant

    [42]  Active distribution network

    Abstract

    Probabilistic Analysis of MicroGrids Dynamic Stability Considering Wind Turbines

    In the recent years high penetration of renewable energy sources and in particular wind energy in power systems has posed unforeseen problems. One of the most significant problems is the uncertainty in power which is generated by wind turbines. Uncertainty introduced by wind power has more influence on Microgrids where power and voltage levels are relatively low. This illustrates the necessity of conducting probabilistic analysis on Microgrids that employs wind energy to generate power. In this dissertation, small-signal stability of Microgrids under the influence of uncertainty caused by wind energy will be investigated. To this end, Monte-Carlo and Quantize methods as examples of numerical methods and two point estimation approach and Gram-Charlier based method as analytical methods will be employed. Advantages and drawbacks of these approaches will be investigated. In order to conduct a comprehensive study on this field, dynamic of wind turbines will be considered in this thesis. For this purpose, three types of conventional wind turbines are fully modeled and the influence of their dynamics on the probability of system instability is assessed. Furthermore, in order to obtain state equations of system, a specific method for Microgrids is employed which introduces large amount of flexibility.

    Keywords:

    Small-Signal Stability, Probabilistic Analysis, Micro Grids, Uncertainty, Wind Energy

  • فهرست و منابع پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

    فهرست:

     

    فهرست مطالب:

    فصل اول   1

    1-1......... انرژی بادی.. 2

    1-1-1..... مروری بر انرژی باد. 2

    1-1-2..... تکنولوژی های مختلف توربین بادی.. 6

    1-1-2-1.. توربین بادی با ژنراتور القایی قفس سنجابی.. 7

    1-1-2-2.. توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه. 8

    1-1-2-3.. توربین بادی با مبدل تمام توان.. 9

    1-2......... مقدمه ای بر ریزشبکه ها 10

    1-2-1..... تولید پراکنده 10

    1-2-2     ریزشبکه ها 12

    1-3......... طرح مساله و مروری بر تحقیقات انجام شده 14

    1-3-1..... مروری بر تحقیقات انجام شده 14

    1-3-2..... تعریف مساله. 16

    1-4......... سر فصل ها 17

    1-4-1..... فصل دوم: مدلسازی و تعریف معادلات توربین های بادی.. 17

    1-4-2..... فصل سوم: معرفی و مدل سازی ریزشبکه. 17

    1-4-3.     فصل چهارم: معرفی روش های آنالیز احتمالی.. 18

    1-4-4..... فصل پنجم: شبیه سازی و مقایسه. 18

    فصل دوم     19

    2-1......... توربین های بادی سرعت ثابت [33] 20

    2-2........ توربین های بادی سرعت متغیر. 25

    2-2-1..... توربین بادی با مبدل تمام توان [35] 25

    2-2-1-1.. مدل سازی سیستم قدرت.. 27

    2-2-1-2.. مدل سازی سیستم کنترل.. 30

    2-2-2..... توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه. 38

    2-2-2-1.. مدل سازی ماشین القایی مورد استفاده در توربین بادی دو سو تغذیه. 39

    2-2-2-2.. مدل سازی سیستم کنترل مبدل مورد استفاده در توربین بادی دو سو تغذیه. 41

    فصل سوم    44

    3-1......... معرفی سیستم ریزشبکه. 45

    3-2......... مدل سازی ریزشبکه. 47

    3-2-1..... مدل ماشین سنکرون.. 47

    3-2-2..... مدل ریزشبکه. 52

    3-2-3..... مدل کلی سیستم. 54

    فصل چهارم. 56

    4-1......... روش های بررسی احتمالی عددی.. 57

    4-1-1..... روش مونت-کارلو[25،41] 57

    4-1-2..... روش کوانتایز[43] 62

    4-2......... روش های بررسی احتمالی تحلیلی.. 63

    4-2-1.        روش تخمین دو نقطه ای[27-28، 43-44] 64

    4-2-2.       روش مبتنی بر بسط گرم-چارلیر[29-30، 45-47] 67

    فصل پنجم 74

    5-1........ بررسی پایداری سیستم بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت... 75

    5-2......... بررسی حساسیت مقادیر ویژه ریزشبکه به حالت های سیستم. 85

    5-3......... بررسی احتمالی پایداری سیگنال کوچک با در نظر گرفتن یک متغیر احتمالی.. 92

    5-4......... بررسی احتمالی پایداری سیگنال کوچک با در نظر گرفتن چند متغیر احتمالی ورودی.. 104

    فصل ششم 114

    6-1......... نتیجه گیری.. 115

    6-1-1. نتایج مربوط به توربین های بادی.. 115

    6-1-2. نتایج مربوط به روش های احتمالی مورد استفاده 115

    6-1......... پیشنهادات.. 116

    مراجع  ..........................................................‌.‌‌......................................................................................... 118

    منبع:

     

    [1].

    [2].REN 21 Steering Committees. "RenewableS 2013: Global Status Report." (2013): 178.

    [3].The World Wind Energy Association (WWEA), world Wind Energy Report 2012.

    [4].Anaya-Lara, Olimpo, et al. Wind energy generation: modelling and control. John Wiley & Sons, 2011.

    [5].Renewable Energy Organization of Iran (SUNA), Available online on: www.suna.org.ir

    [6].Machowski, Jan, Janusz Bialek, and Jim Bumby. Power system dynamics: stability and control. John Wiley & Sons, 2011.

    [7].Davis, Murray W. "Distributed resource electric power systems offer significant advantages over central station generation and T & D power systems. II." Power Engineering Society Summer Meeting, 2002 IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.

    [8].Ackermann, Thomas, Göran Andersson, and Lennart Söder. "Distributed generation: a definition." Electric power systems research 57.3 (2001): 195-204.

    [9].Meliopoulos, AP Sakis. "Challenges in simulation and design of μgrids." Power Engineering Society Winter Meeting, 2002. IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.

    [10].Dugan, Roger C. "Distributed resources and reliability of distribution systems."Power Engineering Society Summer Meeting, 2002 IEEE. Vol. 1. IEEE, 2002.

    [11].Katiraei, F., and M. R. Iravani. "Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units." Power Systems, IEEE Transactions on 21.4 (2006): 1821-1831.

    [12].El-Fouly, T. H. M., E. F. El-Saadany, and M. M. A. Salama. "Grey predictor for wind energy conversion systems output power prediction." Power Systems, IEEE Transactions on 21.3 (2006): 1450-1452.

    [13].Louka, Petroula, et al. "Improvements in wind speed forecasts for wind power prediction purposes using Kalman filtering." Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96.12 (2008): 2348-2362.

    [14].Kariniotakis, G. N., G. S. Stavrakakis, and E. F. Nogaret. "Wind power forecasting using advanced neural networks models." Energy conversion, IEEE transactions on 11.4 (1996): 762-767.

    [15].Pelacchi, Paolo, and Davide Poli. "The influence of wind generation on power system reliability and the possible use of hydrogen storages." Electric Power Systems Research 80.3 (2010): 249-255.

    [16].Black, Mary, and Goran Strbac. "Value of bulk energy storage for managing wind power fluctuations." Energy conversion, IEEE transactions on 22.1 (2007): 197-205.

    [17].Đurić, Milenko B., Zoran M. Radojević, and Emilija D. Turković. "A reduced order multimachine power system model suitable for small signal stability analysis." International Journal of Electrical Power & Energy Systems 20.5 (1998): 369-374.

    [18].Coelho, Ernane Antonio Alves, Porfirio Cabaleiro Cortizo, and Pedro Francisco Donoso Garcia. "Small-signal stability for parallel-connected inverters in stand-alone AC supply systems." Industry Applications, IEEE Transactions on 38.2 (2002): 533-542.

    [19].Tang, Hong, Jun-ling WU, and Shuang-xi ZHOU. "Modeling and Simulation for Small Signal Stability Analysis of Power System Containing Wind Farm [J]."Power System Technology 1 (2004): 009.

    [20].Kundur, Prabha, et al. "Application of power system stabilizers for enhancement of overall system stability." Power Systems, IEEE Transactions on 4.2 (1989): 614-626.

    [21].Tang, Yousin, and AP Sakis Meliopoulos. "Power system small signal stability analysis with FACTS elements." Power Delivery, IEEE Transactions on 12.3 (1997): 1352-1361.

    [22].Makarov, Yuri V., Zhao Yang Dong, and David J. Hill. "A general method for small signal stability analysis." Power Systems, IEEE Transactions on 13.3 (1998): 979-985.

    [23].Allan, R. N., B. Borkowska, and C. H. Grigg. "Probabilistic analysis of power flows." Electrical Engineers, Proceedings of the Institution of 121.12 (1974): 1551-1556.

    [24].Burchett, Robert Calvin, and G. T. Heydt. "Probabilistic methods for power system dynamic stability studies." Power Apparatus and Systems, IEEE Transactions on 3 (1978): 695-702.

    [25].Rueda, José L., Delia G. Colomé, and Istvan Erlich. "Assessment and enhancement of small signal stability considering uncertainties." Power Systems, IEEE Transactions on 24.1 (2009): 198-207.

    [26].Huang, Huazhang, et al. "Quasi-Monte Carlo Based Probabilistic Small Signal Stability Analysis for Power Systems with Plug-In Electric Vehicle and Wind Power Integration." (2013): 1-9.

    [27].Morales, Juan M., and Juan Perez-Ruiz. "Point estimate schemes to solve the probabilistic power flow." Power Systems, IEEE Transactions on 22.4 (2007): 1594-1601.

    [28].Yi, Haiqiong, et al. "Power system probabilistic small signal stability analysis using two point estimation method." Universities Power Engineering Conference, 2007. UPEC 2007. 42nd International. IEEE, 2007.

    [29].Wang, K. W., et al. "Improved probabilistic method for power system dynamic stability studies." Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings-. Vol. 147. No. 1. IET, 2000.

    [30].Bu, S. Q., et al. "Probabilistic analysis of small-signal stability of large-scale power systems as affected by penetration of wind generation." Power Systems, IEEE Transactions on 27.2 (2012): 762-770.

    [31].Mohseni, Mansour, and Syed M. Islam. "Review of international grid codes for wind power integration: Diversity, technology and a case for global standard."Renewable and Sustainable Energy Reviews 16.6 (2012): 3876-3890.

    [32].Kundur, Prabha. Power system stability and control. Tata McGraw-Hill Education, 1994.

    [33].Krause, Paul C., et al. Analysis of electric machinery and drive systems. Vol. 75. John Wiley & Sons, 2013.

    [34].Yazdani, Amirnaser, and Reza Iravani. Voltage-sourced converters in power systems. John Wiley & Sons, 2010.

    [35].Katiraei, F., M. R. Iravani, and P. W. Lehn. "Small-signal dynamic model of a micro-grid including conventional and electronically interfaced distributed resources." Generation, Transmission & Distribution, IET 1.3 (2007): 369-378.

    [36].Pal, B. C., and F. Mei. "Modelling adequacy of the doubly fed induction generator for small-signal stability studies in power systems." Renewable Power Generation, IET 2.3 (2008): 181-190.

    [37].Mei, Francoise, and B. C. Pal. "Modal analysis of a grid connected doubly-fed induction generator." Power Electronics, Machines and Drives, 2006. The 3rd IET International Conference on. IET, 2006.

    [38].Yang, Lihui, et al. "Oscillatory stability and eigenvalue sensitivity analysis of a DFIG wind turbine system." Energy Conversion, IEEE Transactions on 26.1 (2011): 328-339.

    [39].Lei, Yazhou, et al. "Modeling of the wind turbine with a doubly fed induction generator for grid integration studies." Energy Conversion, IEEE Transactions on 21.1 (2006): 257-264.

    [40].IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power System Analysis, IEEE Std. IEEE Std. 399-1997, 1997.

    [41].Helton, Jon C., and Freddie Joe Davis. "Latin hypercube sampling and the propagation of uncertainty in analyses of complex systems." Reliability Engineering & System Safety 81.1 (2003): 23-69.

    [42].Platt, John. "Probabilistic outputs for support vector machines and comparisons to regularized likelihood methods." Advances in large margin classifiers 10.3 (1999): 61-74.

    [43].Soleimanpour, Nazak, and Mohammad Mohammadi. "Probabilistic small signal stability analysis considering wind energy." Smart Grids (ICSG), 2012 2nd Iranian Conference on. IEEE, 2012.

    [44].Su, Chun-Lien. "Probabilistic load-flow computation using point estimate method." Power Systems, IEEE Transactions on 20.4 (2005): 1843-1851.

    [45].Dong, Lei, et al. "Probabilistic load flow analysis for power system containing wind farms." Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2010 Asia-Pacific. IEEE, 2010.

    [46].Cramér, Harald. Mathematical methods of statistics. Vol. 9. Princeton university press, 1999.

    [47].Dong, Zhao Yang, Chee Khiang Pang, and Pei Zhang. "Power system sensitivity analysis for probabilistic small signal stability assessment in a deregulated environment." International Journal of Control, Automation, and Systems 3.2 (2005): 355-362.



تحقیق در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, مقاله در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, پروپوزال در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, تز دکترا در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, پروژه درباره پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, گزارش سمینار در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی, رساله دکترا در مورد پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکروگرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس