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

word
135
6 MB
32154
1392
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۷,۵۵۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه آنالیز احتمالی پایداری دینامیک میکرو گرید 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 ریز شبکه 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

    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.

     

    Abstract

     

    Probabilistic Analysis of MicroGrids Dynamic Stability Considering Wind Turbines

     

    By

    Aslan Mojallal

     

    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 میکرو گرید ها با در نظر گرفتن توربین های بادی

    فهرست:

    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:

     

    Hassol, Susan Joy. "Emissions Reductions Needed to Stabilize Climate." (2011).

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

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

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

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

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

    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.

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

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

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

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

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

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

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

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

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

    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.

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

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

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

    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.

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

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

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس