پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم

word
79
3 MB
32230
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۷,۹۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم

    پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق ­- قدرت

    چکیده

    باد یک منبع مناسب و قدرتمند انرژی است. تولید توان در یک توربین بادی با سرعت متغیر، موضوعی جالب توجه است. چراکه در سیستم­های مبدل انرژی باد حداکثر بهره­ برداری در هر سرعتی قابل دستیابی است. اما این سیستم برای محاسبه سرعت بهینه توربین نیاز به پارامترهای آن دارد. در این پایان نامه، یک روش کنترلی برای ردگیری نقطه توان بیشینه در سیستم مبدل انرژی باد ارائه می­شود که در آن شناسایی پارامتر برخط با روش کمترین مربعات بکار می­رود. در تحقیق ما، سیستم مبدل انرژی باد بر پایه ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم است. ورودی سیستم کنترل، تفاضل سرعت مطلوب ژنراتور و سرعت واقعی آن است. سرعت مطلوب همان سرعت دورانی است که در آن ژنراتور توان بیشینه را از توربین بادی دریافت می­کند. همچنین فرض شده است که شعاع پره­های توربین در سیستم کنترل بدرستی انتخاب نشده و طی یک فرآیند شناسایی برخط، به مقدار مطلوب خود میل می­کند.

     

    کلید واژه‌ها:

    توربین بادی، ردگیری نقطه توان بیشینه، ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم، شناسایی پارامتر برخط

    فصل 1-مقدمه

    1-1-پیشگفتار

    استفاده از سوخت­ های فسیلی و منابع بازیافت ناپذیر انرژی نظیر زغال سنگ و نفت، باعث شده که در سال­های اخیر با مسأله آلودگی هوا روبرو شویم. امروزه سیستم­ های تبدیل انرژی باد (WECS)[1] به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت­های فسیلی مورد توجه هستند.

    به همین دلیل بهره ­برداری پایدار و کارآمد از انرژی باد و بدنبال آن بررسی سیستم­های مبدل انرژی باد به عنوان یک موضوع مهم مورد مطالعه قرار گرفته اند. این سیستم­های مبدل عمدتا شامل توربین­های بادی با سرعت متغیر (VSWT)[2] هستند. اگرچه سیسم­های توربین بادی با سرعت متغیر معمولا بر پایه ژنراتورهای القایی با تغذیه دوگانه (DFIGs)[3] هستند، با این حال کاربرد ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم، (PMSGs)[4] در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته است[7-1]. سیستم­های مبدل انرژی باد کنونی با PMSG بطور کلی از یک سیستم تبدیل AC-DC-AC استفاده می­کنند. در این سیستم­ها، WECS نیازی به سنکرون کردن سرعت دورانی خود با فرکانس شبکه قدرت ندارد. به علاوه، به دلیل سرعت دورانی پایین PMSG می­توان از جعبه دنده توربین هم صرف نظر کرد. به وضوح مشخص شده است که برای هر سرعت معین از باد، یک سرعت دورانی مربوط به ژنراتور وجود دارد که در آن، توربین بادی بیشترین توان را به ژنراتور تحویل می­دهد. این سرعت دورانی را سرعت بهینه می­نامیم. در توربین­های بادی سرعت متغیر(VSWTs)، ردگیری نقطه توان بیشینه (MPPT)، با تنظیم سرعت دورانی ژنراتور روی سرعت بهینه بدست می­آید.

    1-2-تاریخچه

    1-2-1-توربین بادی

    اولین کاربرد‌های انرژی باد به استفاده در توربین‌های چرخان در آسیاب‌های بادی برمی‌گردد. نخستین آسیاب‌های بادی، از آسیاب‌های بادی معروف هلندی، که تصویر آن‌ها در ذهن بسیاری از ما ثبت شده است،کاملا متفاوت بود. تعداد پره‌های این آسیاب‌ها به ۱۲ عدد می‌رسید و پره‌ها از بالای یک دیرک عمودی، همانند بادبان‌های یک کشتی که از فراز دکل و بازوی افقی دکل آویزانند، آویخته شده بود. شاید بتوان شکل کلی این آسیاب‌ها را با چرخ و فلک‌های شهربازی‌های امروزی مقایسه کرد که محور اصلی آن‌ها در مرکز یک دایره روی زمین نصب شده است و اتاقک‌های چرخ و فلک همیشه فاصله ثابتی از سطح زمین دارند. این نوع طراحی برای آسیاب‌های بادی، شاید از بادبان‌های یک کشتی، یا از چرخ‌های دعای بودایی‌های آسیایی، که با نیروی باد می‌چرخید، الهام گرفته شده باشد. استفاده از انرژی باد پیشینه دراز مدتی داشته و به حدود سده ۲ پیش از میلاد در ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و آب را از چاه‌ها به سطح مزارع برسانند. نخستین ماشینی که با استفاده از نیروی باد به حرکت درآمد، چرخ بادی هرون بود؛ ولی نخستین آسیاب بادی عملی، در سده ۷ میلادی در سیستان ساخته شد. پیدایش آسیاب‌های بادی در اروپا مربوط به سده‌های میانه است. نخستین مورد ثبت‌شده در مورد استفاده از آسیاب‌هاب بادی در انگلستان مربوط به سده‌های ۱۱ و ۱۲ میلادی است.

    نخستین توربین بادی با کاربرد تولید برق، یک ماشین شارژ باتری بود که در ژوئیه ۱۸۸۷ توسط یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز بلایث ساخته شد. چند ماه بعد، مخترع آمریکایی چارلز فرانسیس براش نخستین توربین باد خودکار را برای تولید برق در کلیولند در اوهایو ساخت. در سال ۱۹۰۸، ۷۲ توربین بادی با کاربرد تولید برق (بین ۵ تا ۲۵ کیلووات) در آمریکا فعال بودند. در دهه ۱۹۳۰، توربین‌های بادی کوچک برای تولید برق مورد نیاز مزارع در آمریکا، که هنوز سامانه سراسری توزیع برق راه‌اندازی نشده بود، بسیار متداول بودند. در پاییز سال ۱۹۴۱، نخستین توربین بادی در کلاس مگاوات در ورمونت راه‌اندازی شد. نخستین توربین بادی متصل به شبکه برق در بریتانیا در سال ۱۹۵۱ در جزایر اورکنی ساخته شد.

    در سال ۲۰۰۶ برای اولین بار در اتحادیه اروپا رشد تولید برق از انرژی‌های نو بیش از رشد تولید برق از منابع فسیلی بود. از سال ۱۳۷۹ تا ۱۳۸۶ شمسی، ظرفیت تولید برق بادی جهان از ۱۸۰۰۰ مگاوات به ۹۲۰۰۰ مگاوات افزایش یافته است. از سال ۲۰۰۰ تاکنون این صنعت سالانه ۲۵٪ رشد کرده و هر سه سال دو برابر شده است و این در شرایطی است که رشد اقتصاد جهانی از یک تا دو درصد در سال بیشتر نیست [8].

    1-2-2-توربین‌ های بادی در ایران

    در سال ۲۰۰۴ میلادی تنها ۲۵ مگاوات از ۳۳۰۰۰ مگاوات برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی تولید شده بود. در سال ۲۰۰۶ میلادی سهم برق تولید شده در ایران با استفاده از انرژی بادی ۴۵ مگاوات بود (رتبه سی ام در دنیا) که به نسبت سال ۲۰۰۵ رشد چهل درصدی را نشان می‌داد. در سال ۲۰۰۸ میلادی نیروگاه بادی منجیل (در استان گیلان) و بینالود (در استان خراسان رضوی)، ظرفیت ۸۲ مگاوات برق را داشته‌اند. ظرفیت برق بادی در ایران در سال ۲۰۰۹ میلادی ۱۳۰ مگاوات ساعت بوده‌است.

  • فهرست و منابع پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم

    فهرست:

    فهرست جدول‌ها ‌د

    فهرست شکل‌‌ها ‌ه

    فصل 1-    مقدمه  1

    1-1-    پیشگفتار 1

    1-2-    تاریخچه  2

    1-2-1-     توربین بادی   2

    1-2-2-      توربین‌های بادی در ایران.. 3

    1-3-    بررسی کارهای انجام شده 4

    فصل 2-   مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه ردیابی حداکثر توان در سیستمهای تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی   7

    2-1-    مقدمه  8

    2-2-    مشکلات و موانع جدید. 9

    2-3-    توربین بادی چگونه کار می کند. 10

    2-4-    اجزاء اصلی توربینهای بادی.. 12

    2-5-     انواع ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاههای بادی.. 15

    2-6-     توربینهای بادی با ژنراتور القایی تغذیه دوگانه (DFIG) 16

    2-7-    مدل دینامیکی توربین باد (DFIG) 17

    2-1-        روش کنترل نسبت سرعت قله (TSR). 19

    2-2-        کنترل گشتاور بهینه. 20

    2-3-       کنترل فیدبک سیگنال توان.. 22

    2-4-       کنترل اغتشاش و مشاهده. 22

    2-5-       کنترل کننده منطق فازی.. 27

    2-6-          روش Hill Climb Searching (HCS). 30

    2-7-       استفاده از روشهای کنترل غیر خطی بدون سنسور. 34

    3-            نتیجه گیری.. 35

    فصل 3-   مدل ریاضی ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSG). 36

    3-1-    ساختمان و مدل ریاضی PMSG.. 37

    3-2-     کنترل سرعت PMSG.. 40

    3-3-    کنترل گشتاور PMSG.. 41

    فصل 4-   شناسایی پارامتر. 43

    4-1-    مقدمه  43

    4-2-    تعریف مسأله کمترین مربعات خطا 43

    4-2-1-      کمترین مربعات خطا به روش گوس-نیوتن (GN) 45

    4-2-2-      کمترین مربعات خطا به روش لیونبرگر-مارکوارت (LM) 48

    فصل 5-   کنترل MPPT با بکارگیری سرعت دورانی بهینه. 49

    5-1-    مقدمه  49

    5-2-     پیکره بندی سیستم مبدل.. 49

    5-2-1-      توربین بادی   50

    5-3-     کنترل MPPT با بکارگیری سرعت دورانی بهینه. 51

    5-3-1-      مدل PMSG   52

    5-4-     پیکره بندی سیستم تبدیل توان.. 53

    5-5-     ارتباط بین شعاع پرههای توربین R، و سرعت دورانی مطلوب . 55

    5-6-     بکارگیری روش LM برای شناسایی R (شعاع پرههای توربین) 57

    فصل 6-   شبیه سازی   59

    فصل 7-   نتیجه گیری و پیشنهادات... 67

    7-1-    نتیجه گیری.. 67

    7-2-    پیشنهادات   67

    فهرست مراجع.. 69

     

    منبع:

     

    [1]    S. Morimoto. H. Nakayama. M. Sanada. and Y. Takeda, "Sensorless Output Maximization Control for Variable-Speed Wind Generation System Using IPMSG," IEEE Trans. on IndustlY Applications, vol. 41, no. I, pp.60-67, Jan/Feb. 2005.

     

    [2]   T. Senjyu, N. Nakasone, A. Yona, S. A. Yousuf, T. Funabashi, and H. Sekine, "Operation Strategies for Stability of Gearless Wind Power Generation Systems," Proceedings of IEEEIPES General Meeting 2008 (GM 2008), CD-ROM, pp. 1-7,20-24 July 2008, Pittsburgh, USA.

     

    [3]   Md. E. Haque, M. Negnevitsky, and K. M. Muttaqi, "A Novel Control Strategy for a Variable-Speed Wind Turbine With a Permanent-Magnet Synchronous Generator," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 46, no. 1,2010.

     

    [4]   W. Qiao, L. Qu, and R. G. Harley, "Control of TPM Synchronous Generator for Maximum Wind Power Generation Considering Magnetic Saturation," IEEE Trans. On Industry Applications, vol. 45, no. 3, pp. 1095-1105, May/June 2009.

     

    [5]   S. M. Muyeen, R. Takahashi, T. Murata, and J. Tamura, "Integration of an Energy Capacitor System With a Variable-Speed Wind Generator," IEEE 7)·ans. on Energy Conversion, vol. 24, no. 3, 2009.

     

    [6]   F. D. Kanellos and N. D. Hatziargyriou, "Control of Variable Speed Wind Turbines in Isolated Mode of Operation," IEEE 7)·ans. on Energy Conversion, vol. 23, no. 2, 2008.

     

    [7]   K. S. M. Raza, H. Goto, H-J. Guo, and O. Ichinokura, "A Novel Algorithm for Fast and Eftlcient Maximum Power Point Tracking of Wind Energy Conversion Systems," Proceedings of the International Conference on Electrical Machines 2008 (ICEMS 2008)), 6 pages, 6-9 Sept., Vilamoura, 2008.

    [8]  Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill. Islamic Technology: An illustrated history. Cambridge University Press، 54.1986.

    [9]   Y. Izumi, A. Pratap, K. Uchid, A.Uehara, T. Senjyu, and A. Yon a, “A Control Method for Maximum Power Point Tracking of a PMSG-Based WECS using Online Parameter Identification of Wind Turbine”. IEEE PEDS 2011, Singapore, 5 - 8 December 2011.

    [10]   T. Senjyu, Y. Ochi, and A. Yona, " Parameter Identification of Wind Turbine for Maximum Power Point Tracking Control, " Proceeding of International Conference on Electrical Machines and Systems 2007, Oct. 8~11, Seoul, Korea.

    [11]    EWEA, “Wind in power - 2009 european statistics,” February 2010.

    [12]  Andreas Petersson “Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction Generators for Wind Turbines” Department of Electric Power Engineering.

    [13]  G. Lalor, A. Mullane, and M.O’Malley, “Frequency control and wind turbine technologies,” IEEE Trans. Power System, vol. 20, no. 4, pp. 1905–1913, Nov. 2005.

    [14] Omid Alizadeh, Amirnaser Yazdani, " A Strategy for Real Power Control in a Direct-Drive

    PMSG-Based Wind Energy Conversion System", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 28, NO. 3, JULY 2013.

    [15] S. Morimoto, H. Nakayama, M. Sanada, and Y. Takeda, “Sensorless output maximization control for variable-speed wind generation system using IPMSG,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 1, pp.

    60–67, Jan./Feb. 2005.

    [16] H. Geng, D. Xu, B. Wu, and G. Yang, “Active damping for PMSGbasedWECS with DC-link current estimation,” IEEE Trans. Ind. Electron .,vol. 58, no. 4, pp. 1110–1119, Apr. 2011.

    [6] Pucci , M and etal, " Neural MPPT of Variable-Pitch Wind Generators With Induction Machines in a Wide Wind Speed Range", IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 49, no. 2, 2013.

    [17] B. Shen , B. Mwinyiwiwa , Y. Zhang and B.-T. Ooi  "Sensorless maximum power point tracking of wind by DFIG using rotor position phase lock loop (PLL)",  IEEE Trans. Power Electron.,  vol. 24,  no. 4,  pp.942 -951 2009

    [18] Pucci , M." Sensors-less neural maximum power point tracking control of induction machines wind generators by growing neural gas and minor component analysis EXIN + reduced order observer", IEEE Transaction on Control theory and Applications, Vol. 4, No.6, 2012.

    [19]   Nayeem Rahmat Ullah "Wind Power – Added Value for Network Operation" Chalmers University Of Technology G¨oteborg, Sweden 2008.

    [20]   Nayeem Rahmat Ullah , Torbjörn Thiringer , and Daniel Karlsson, "Temporary Primary Frequency Control Support by Variable Speed Wind Turbines Potential and Applications "IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 23, No. 2, May 2008.

    [21]   C. Krause. Analysis of electric machinery. 2nd Edition. United States of America: Willey, 2002.

    [22]   1. L. Rodriguez, 1.C. Burgos and L. Amalte. Sistemas E6licos de Produccion de Energia Electrica. Madrid: Editorial Rueda S.L, 2003.

    [23]   I. Boldea. Synchronous Generators. United States of America: Taylor and Francis, 2006.

    [24]  Grenier, D., L.-A. Dessaint, O. Akhrif, Y. Bonnassieux, and B. LePioufle, "Experimental Nonlinear Torque Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Using Saliency," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 5, October 1997, pp.680-687.

    [25] K. Matsuse, "Motor control engineering -Basic of variable-speed drive, " Corona Publishing Co., Ltd, pp. 150, 2007 (in Japanese).

    [26]   Gill, Philip E.; Murray, Walter. Algorithms for the solution of the nonlinear least-squares problem. SIAM Journal on Numerical Analysis 15 (5): 977-992.1978.

    [27]   Griva, Igor; Nash, Stephen; Sofer Ariela. Linear and Nonlinear Optimization. 2nd ed. Society for Industrial Mathematics. 2008.

    [28]   Ranganathan, Ananth. "The Levenberg-Marquardt Algorithm." Honda Re- search Institute, USA. 8 June 2004. 1 July 2012 (http://ananth.in/Notes _les/lmtut.pdf).

    [29]   T. Senjyu, R. Sakamoto, N. Urasaki, T. Funabashi, H. Fujita, and H. Sekine, "Output Power Leveling of Wind Turbine Generator for All Operating Regions by Pitch Angle Control", IEEE. Trans. on Energy Conversion, vol. 21, no. 2, pp. 467-475, 2006.



تحقیق در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, مقاله در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, پروپوزال در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, تز دکترا در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, پروژه درباره پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, گزارش سمینار در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم, رساله دکترا در مورد پایان نامه ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس