پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل

word
73
3 MB
32248
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۷,۳۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل

    پایان‌نامه برای دریافت درجه ارشد در رشته برق- قدرت

    گرایش ماشین‌های الکتریکی

    چکیده

    در این پایان‌نامه با استفاده از مدل مشروح ژنراتور القایی با تغذیه دو سو، رفتار نیروگاه بادی مورد بررسی قرار می‌گیرد. مبدل‌های الکترونیک قدرت نیروگاه و سیستم‌ های کنترلی آن و رفتار نیروگاه شامل قسمت‌های الکتریکی و آئرودینامیکی شبیه‌سازیمی‌شود. تغییرات سرعت باد و شرایط بهره برداری مورد مطالعه قرار می‌گیرد و عملکرد سیستم‌های کنترلی که با استفاده از کنترل‌برداری  ماشین القایی طراحی شده‌اند، ارزیابی می‌شود. در این تحقیق استراتژی ماکزیمم توان که با توان اکتیو DFIG یکی شده و وظیفه تولید توان اکتیو رفرنس را بر عهده دارد، اجرا شده و کنترل‌برداری  به روش جهت‌دهی بردار شار استاتور برای کنترل مجزای توان اکتیو و راکتیو تولیدی به وسیله DFIG بر پایه توربین بادی اعمال می‌شود. صحت و عملکرد روش با شبیه‌سازی سیستم قدرت نمونه در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink تایید می‌شود. نتایج حاصل می‌تواند به خوبی برای بررسی عملکرد متقابل سیستم‌ های قدرت با تولید پراکنده که از منابع انرژی تجدید پذیر استفاده می‌کنند به کار گرفته شود.

    مقدمه

    امروزه انواع زیادی از سیستم‌های توربین بادی در بازار رقابت می‌کنند که آنها را به دو گروه اصلی می‌توان تقسیم کرد. گروه اول، توربین‌های بادی سرعت ثابت هستند که ژنراتور بطور مستقیم به شبکه متصل شده است. در واقع هیچ‌گونه کنترل الکتریکی برای این سیستم وجود ندارد. به علاوه تغییرات سریع در میزان سرعت باد به سرعت روی بار القا می‌شود (به علت تغییرات توان). این تغییرات برای توربین بادی که به سیستم قدرت متصل است خوشایند نیست و باعث ایجاد فشارهای مکانیکی روی توربین می‌شود و عمر توربین را کم می‌کند و نیز از کیفیت توان می‌کاهد. در توربین بادی سرعت ثابت فقط یک سرعت باد وجود دارد که توربین در آن سرعت بهینه کار می‌کند، از این رو توربین بادی سرعت ثابت اغلب خارج از عملکرد بهینه خود کار می‌کند و بطور معمول ماکزیمم توان از باد گرفته نمی‌شود. نوع سرعت متغیر توربین بادی قابلیت کنترل سرعت روتور را فراهم می‌کند، این کار به ما اجازه می‌دهد تا توربین بادی نزدیک نقطه بهینه خود کار کند. بیشتر توربین‌های بادی با بازده توان بیشتر از 1.5 مگاوات از نوع سرعت متغیر می‌باشند. یکی از انواع توربین‌های بادی سرعت متغیر، توربین‌های بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است. امروزه اکثر توربین‌های بادی به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه مجهز شده‌اند. در این نوع، ژنراتور القایی روتور سیم‌پیچی از طریق استاتور به شبکه قدرت متصل می‌شود و روتور از طریق مبدل الکترونیک قدرت  ac/dc/acفرکانس متغیر با توان نامی در حدود 25-30 درصد توان نامی ژنراتور به شبکه قدرت متصل می‌شود. مبدل الکترونیک قدرت شامل مبدل طرف روتور و مبدل طرف شبکه است که بطور پشت به پشت از طریق یک خازن اتصال dc به هم متصل شده‌اند. ایراد اصلی توربین‌های بادی سرعت متغیر به خصوص توربین‌هایی که به DFIG مجهز شده‌اند، عملکرد آنها در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه است. اتصال کوتاه روی سیستم قدرت حتی اگر از محل توربین بادی دور باشد باعث ایجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربین بادی با شبکه قدرت می‌شود. این امر باعث افزایش جریان در سیم پیچ استاتور می‌شود. به خاطر کوپل مغناطیسی بین استاتور و روتور، این جریان در مدار روتور و مبدل الکترونیک قدرت دیده می‌شود، چون ظرفیت مبدل 25-30 درصد ظرفیت ژنراتور است این جریان منجربه آسیب دیدن مبدل می‌شود. در این پروژه نیروگاه بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه شبیه‌سازی و کنترل شده و تاثیر پارامترهای باد و ولتاژ شبکه بر روی نیروگاه مورد بررسی قرار گرفته است.

     

     

    فصل اول

    مقدمه

     

     

     

     

     

    1-1- مکانیزم پیدایش باد

    تشعشعات دریافتی خورشید توسط زمین، موجب گرم شدن هوای اتمسفر شده و به همین دلیلهوا به سمت بالا حرکت می‌کند. شدت این گرمایش در استوا؛ جایی که خورشید عمود می‌تابد؛ بیشتر از هوای اطراف قطبین؛ جایی که زاویه تابش خورشید تند می‌باشد؛ خواهد بود و هوای اطراف قطبین نسبت به هوای استوا کمتر گرم می‌گردد .دانسیته هوا با افزایش دما کاهش پیدا کرده و بنابراین هوای سبکتر استوا به سمت بالا حرکت کرده و در اطراف پخش می‌گردد. این عمل موجب افت فشار در این ناحیه گردیده و موجب می‌گردد هوای سرد از قطبین به سمت استوا جذب گردند[1].

     

    همچنین وقتی خورشید در طول روز می‌تابد، هوای روی سرزمین‌های خشک سریعتر از هوای روی دریا ها و آب ها گرم می‌شود. هوای گرم روی خشکی بالا رفته و هوای خنک‌تر و سنگین‌تر روی آب جای آنرا می‌گیرد که این فرآیند بادهای محلی را می‌سازد این به آن معناست که روز از سمت دریا به سمت ساحل باد می‌وزد. در شب، از آنجا که هوا روی خشکی سریعتر از هوای روی آب خنک می‌شود، جهت باد برعکس می‌شود. بنابراین باد به علت گرادیان فشار به وجود آمده از تابش غیر یکنواخت خورشید به سطح زمین به وجود می‌آید[1].

     

    1-2- تاریخچه انرژی بادی

    1-2-1- آغاز استفاده از انرژی باد 

    اولین آسیاب‌های بادی برای آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب به کار گرفته شده بودند و قدیمی‌ترین مدل طراحی شده آن از نوع محور عمودی بوده که در طی سال‌های 900-500 میلادی در ایران توسعه یافته است. ظاهراً اولین استفاده از این آسیاب‌ها برای پمپاژ آب بوده است ولی نحوه دقیق کار آن معلوم نیست.نخستین مستندات مربوط به طراحی این آسیاب‌های بادی نیز مربوط به ایرانیان می‌باشد. که پره‌های آن یا اصطلاحاً بادبان‌های آنها از جنس چوب و یا نی بوده که با تیرهای افقی به یک محور عمودی متصل می شدند.آسیاب نمودن غلات اولین استفاده مستند شده و بسیار ساده آسیاب‌های بادی می‌باشد. بطوری که سنگ آسیاب به همان محور عمودی متصل می شده است. کلیه قسمت‌های آسیاب بادی معمولا در داخل یک ساختمان محصور می‌شده‌اند و ورودی ساختمان در جهت وزش باد فضای بازی داشته تا باد بتواند به سمت داخل هدایت شود[

     

     

     

    Abstract

     

    Using a detail model of wind power station, including wind turbine, wind turbine governor, wind resources and the DFIG, the performance of wind power station is investigated. It consists of wound rotor induction machine, grid side converter, rotor side converter and associated controllers. The control scheme uses stator flux oriented control for the rotor side converter and grid voltage vector control for the grid side converter. In this research, a maximum power control strategy is incorporated with the DFIG whereby the produced power serves as the dynamic active power reference for the DFIG. Stator flux oriented vector control is applied to decouple the control of active and reactive power generated by the DFIG based WT. MATLAB/Simulink is used for simulation. The main power electronic circuits and controllers are also developed in details and in same simulation tool. The simulation model is also used to investigate the performance of controllers under different network conditions. The responses of rotor speed, active power output and blade pitch angle are obtain for various condition of power grid. Capability and modeling accuracy of the proposed method confirmed with simulating a sample power system in MATLAB/Simulink software.

  • فهرست و منابع پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل

    فهرست:

    چکیده......................................................................................................................................................................

    مقدمه......................................................................................................................................................................

    فصل اول: مقدمه

    1-1- مکانیزم پیدایش باد ........................................................................................................................................

    1-2- تاریخچه انرژی بادی..........................................................................................................................................

    1-2-1- آغاز استفاده از انرژی باد .............................................................................................................................

    1-2-2- آسیاب‌های بادی در غرب جهان ....................................................................................................................

    1-3- صنعت انرژی بادی............................................................................................................................................

    1-4- هزینه‌ها...........................................................................................................................................................

    1-5- سیستم توربین بادی (WTS)...........................................................................................................................

    فصل دوم: انواع توربین‌ها

    2-1- انواع توربین‌های بادی ......................................................................................................................................

    2-1-1- توربین‌های محور افقی  ..............................................................................................................................

    2-1-2 توربین‌های محور عمودی ..............................................................................................................................

    2-2- چرخش توربین‌ها.............................................................................................................................................

    2-2-1- چرخش توربین‌های بادی برپایه نیروی درگ..................................................................................................

    2-2-2- چرخش توربین‌های بادی بر پایه نیروی لیفت  .............................................................................................

    2-3- اجزاء اصلی توربین‌های بادی محور افقی ........................................................................................................

    2-4- انواعمختلفتوربین‌هایسرعتمتغیر.................................................................................................................

    2-4-1- ژنراتورهای سنکرون.....................................................................................................................................

    2-4-1-1- ژنراتور سنکرون با سیم‌پیچی میدان......................................................................................................

    2-4-1-2- ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم ............................................................................................................

    2-4-2- ژنراتورهای القایی.........................................................................................................................................

    2-4-2-1- ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG).....................................................................................................

    2-4-2-2- ژنراتور القایی روتور قفسی......................................................................................................................

    2-4-2-3-  ژنراتور القایی از دوسو تغذیه بدون جاروبک(BDFM).............................................................................

    2-4-2-4- ژنراتورهای القایی دو سرعته...................................................................................................................

    2-5- توپولوژی اتصال توربین‌های بادی در مزرعه بادی...............................................................................................

    2-6- سیستم‌های قدرت بادی مجهز بهDFIG .......................................................................................................

    فصل سوم: مدل‌سازی و کنترل

    3-1- ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG) ............................................................................................................

    3-1-1- مدل ماشین ................................................................................................................................................

    3-2- مدل‌سازی اجزاء...............................................................................................................................................

    3-2-1- مدل‌سازی توربین بادی.................................................................................................................................

    3-2-1-1- مدل دینامیکی توربین بادی......................................................................................................................

    3-2-2- شارش توان در DFIG...................................................................................................................................

    3-2-3- کانورتر سمت شبکه .................................................................................................................................

    3-2-3-1- مدل‌سازی ریاضی.....................................................................................................................................

    3-2-4- کانورتر سمت روتور.....................................................................................................................................

    3-3- کنترل‌برداری ماشین القایی ............................................................................................................................

    3-3-1- مفهوم کنترل به روش برداری (یا کنترل به روش جهت‌دهی میدان)............................................................

    3-3-2- دسته‌بندی انواع روش‌های کنترل‌برداری ......................................................................................................

    3-3-2-1- روش کنترل‌برداری  با اینورتر VSI کنترل شده با جریان...........................................................................

    3-3-2-2- روش مستقیم کنترل‌برداری  با اینورتر VSI کنترل شده با ولتاژ.............................................................

    3-3-2-3- روش غیرمستقیم کنترل‌برداری  با اینورتر VSI کنترل شده با جریان.....................................................

    3-4- استراتژی کنترل‌برداری  برای DFIG..................................................................................................................

    3-4-1- تبدیلات مورد استفاده.................................................................................................................................

    3-4-2- کنترل کانورتر سمت روتور(RCS)................................................................................................................

    3-4-2-1- تولید جریان مرجع سمت روتور...............................................................................................................

    3-4-3- کنترل کانورتر سمت شبکه(GSC) ............................................................................................................

    3-4-3-1- تولید جریان مرجع سمت شبکه............................................................................................................

    3-4-3-2- حلقه قفل فاز ( Phase Locked Loop PLL)..........................................................................................

    3-4-3-3- طراحی کنترلر.........................................................................................................................................

    فصل چهارم: شبیه‌سازی........................................................................................................................................

    4-1- شبیه‌سازی توربین بادی مجهز به DFIG........................................................................................................

    4-2- سیستم قدرت نمونه........................................................................................................................................

    4-3- نتایج حاصل از شبیه‌سازی.............................................................................................................................

    4-3-1- تحلیل سیستم در دستگاه مرجع ساکن....................................................................................................

    4-3-1-1- عملکرد سیستم در حالت ایده آل..........................................................................................................

    4-3-1-2- عملکرد سیستم در حالت سرعت باد متغیر.........................................................................................

    4-3-1-3- عملکرد سیستم در حالت تغیرات ولتاژ.................................................................................................

    4-3-1-4- عملکرد سیستم در حالت تغییرات همزمان ولتاژ و سرعت باد ............................................................

    4-3-1-5- عملکرد سیستم در حالت تغییرات نامتقارن ولتاژ................................................................................

    4-3-2- تحلیل سیستم در دستگاه مرجع سنکرون................................................................................................

    4-3-2-1- عملکرد سیستم در حالت ایده‌آل...........................................................................................................

    فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

    5-1- نتیجه‌گیری......................................................................................................................................................

    5-2- پیشنهادات......................................................................................................................................................

    پیوست‌ها.................................................................................................................................................................

    ضمیمه.....................................................................................................................................................................

    منابع و ماخذ............................................................................................................................................................

    Abstract...................................................................................................................................................................

     

     

     

    منبع:

     

     

     

    فهرست منابع فارسی

    [13]تحلیل ماشین‌های الکتریکی، پل سی کراس، ترجمه سید مرتضی سقائیان‌نژاد و حسن نیک خواجوئی. انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، دی 1376.

    [15]بررسی و طراحی سیستم کنترل توربین بادی در حالت دور ثابت با ژنراتور آسنکرون، محمد حسن غفاری سعادت، حمیدرضا لاری و محمد خردمند کیسمی، هجدهمین کنفرانس بین‌المللی برق، 1382.

    [23]طراحی کنترل کننده مناسب جهت کاهش پدیده تشدید زیر سنکرون در سیستم قدرت شامل مزارع بادی، مهرداد زکوی،پایان‌نامه کارشناسی ارشد،1392.

     

    فهرست منابع لاتین

     

    [1]www.suna.org.ir

    [2]global wind statistics, global wind energy council(GWEC), 2012.

    [3]Blanco, 2009; EWEA, 2009; Douglas-Westwood, 2010; and Make Consulting, 2011c.

    [4]R. Fiestas, et al., “wind power 2008 sectors year book: analysis and data”, Spanish wind power association, 2008.

    [5]F. Iov, A. Daniela Hansen, P. Sørensen, F. Blaabjerg, Report ” Wind Turbine Blockset in Matlab/Simulink General Overview and Description of the Models” , Aalborg University, March 2004.

    [6]S. Soter, R. Wegener, “Development of Induction Machines in WindPower Technology”, IEEE Electric Machines and drives Conference,Antalya, 2007.

    [7]R. Pena, J. C. Clare, and G. M. Asher, “Doubly fed inductiongenerator using back-to-back PWM converter and its application tovariable speed wind energy generation” , Proc. Inst. Elect. Eng.-Elect.Power Appl., vol. 143, no. 3, pp. 231-241, May. 1996.

    [8]Global Wind Energy Council (GWEC). Available online:http:/www.gwec.net.

    [9] J. B. Ekanayake, L. Holdsworth, X. WU, N. JENKIS, “DynamicModeling Of Doubly Fed Induction Generator Wind Turbines” , IEEETrans On Power System,Vol.18, No.2, May 2003

    [10]G. Shrestha, H. Polinder, D. J. Bang, J. A. Ferreira, “Review ofEnergy Conversion system for Large wind Turbines”, European WindEnergy Conference (EWEC),2008.

    [11] A. Mullane, G. Lightbody, R. Yacamini, “Wind Turbine Fault Ridethrough Enhancement”, IEEE Trans. On power sys, Vol.20, No.4,November 2005.

    [12]Chee-Mun Ong, ”Dynamic Simulation of Electric Machinery: Using MATLAB/SIMULINK”, Prentice Hall PTR, 1998.

    [14]N. Khemiri, A. Khedher, and M. F. Mimouni, “ An Adaptive Nonlinear Backstepping Control of  DFIG Driven by Wind Turbine,”, WSEAS Transations on Environment  and Development, 2012.

    [16]A. Musyafa’, A. Harika, I. M. Y. Negara, I. Robandi, ”Pitch Angle Control of Variable Low Rated Speed Wind Turbine Using Fuzzy Logic Controller”, International Journal of Engineering & Technology,2010.

    [17] D.Srinivasa Rao, T.Ajaykumar, ”Grid Connected DFIG With Efficient Rotor Power Flow Control Under Sub & Super Synchronous Modes of Operation”, International Electrical Engineering Journal,2012.

    [18]A. Kushwaha, I. Singh, ”Literature review paper on doubly fed induction generator wind turbine technology”, International Journal of Enhanced Research in Science Technology & Engineering,2013.

    [19]A. Carlsson, ”The Back-to-back converter control and design”, Department of Industrial Electrical Engineering and Automation Lund Institute of Technology,1998.

    [20]P. S. Mayurappriyan , Jovitha Jerome, M. Ramkumarand K. Rajambal, ” Dynamic Modeling and Analysis of Wind Turbine Driven Doubly Fed Induction Generator”, International Journal of Recent Trends in Engineering,2009.

    [21]Md. ARIFUJJAMAN, M.T. IQBAL, John E. QUAICOE, ”Vector control of a DFIG based wind turbine”, Journal of electrical & electronics engineering, 2009.

    [22]A. Devi R, ”Active and Reactive Power Regulation of a Grid Connected Wind Energy Conversion System with Doubly Fed Induction Generator”, International Journal of Advanced Research in  Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering,2014.

    [24]S.Ghasem zadeh, S.H.Hosseini, G.B.Gharehpetian, ”Unified modeling of wind power station including DFIG for distributed generation studies”, Journal of faculty of engineering, 2008.



تحقیق در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, مقاله در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, پروپوزال در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, تز دکترا در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, پروژه درباره پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, گزارش سمینار در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل, رساله دکترا در مورد پایان نامه شبیه سازی و کنترل توربین‌ بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه در شبکه های نامتعادل

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس