دانلود مقاله کنترل هماهنگ منابع انرژی پراکنده و نیروگاه های برق معمولی بمنظور کنترل فرکانس سیستم قدرت

دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی

سال انتشار:2014

تعداد صفحات انگلیسی:11

تعداد صفحات فارسی:35

Abstract

Recently, distributed energy resources (DERs) are becoming more attractive to supply local loads under concept of microgrids. These new parts of the power system have basically different dynamics compared with conventional power plants (CPPs). Some of them do not have any rotating inertia and most of them are connected to the grid by power electronic interfaces. Stability and control of microgrids and the entire power system containing DERs and CPPs is one of the most important challenges of the recent power systems. Interactions between microgrids in grid-connected mode and CPPs should be coordinated to ensure and improve the stability of power system. In this paper, the effect of the increased penetration of DERs on the load frequency problem of power system is studied. Basically, synchronous generators of CPPs determine the dynamic behavior of power system for frequency control and are responsible to compensate load changes of the system. With the high penetration of DERs, these new parts can contribute in the frequency control. It is shown that with appropriate control of DERs in microgrids, the frequency deviation of the power system will decrease and the stability margin can be increased

چکیده

اخیره جذابیت منابع انرژی پراکنده (DERs)بدلیل تغذیه بار های محلی تحت مفهوم ریز شبکه بسیار بیشتر شده است. درواقع این بخش های جدید سیستم قدرت، دینامیک های متفاوتی در مقایسه با نیروگاه های برق مرسوم (CPPs) دارند. بسیاری از آنها به هیچ وجه اینرسی چرخشی ندارند و اکثر آنها به وسیله تجهیزات الکترونیک قدرت به شبکه متصل میشوند. پایداری وکنترل میکرو شبکه ها و کل سیستم قدرت که شامل DERs و CPPs هست یکی از مهمترین چالش های سیستم قدرت کنونی است. باید تعامل بین ریز شبکه در حالت متصل به شبکه و CPPs برای اطمینان و بهبود پایداری سیستم قدرت هماهنگ باشد. در این مقاله اثر تاثیر افزایش نفوذ DERs بر روی مسئله فرکانس بار سیستم قدرت مورد مطالعه قرار میگیرد. در واقع ژنراتور های سنکرون CPPs رفتار دینامیکی سیستم قدرت را برای کنترل فرکانس مشخص میکند و همچنین مسئول جبران تغییرات بار سیستم هستند. با نفوذ بالای DERs ،این بخش های جدید میتوانند در کنترل فرکانس شرکت کنند. نشان داده میشود با کنترل مناسب DERs در میکرو شبکه ها انحراف فرکانس سیستم قدرت کاهش پیدا میکند و حاشیه پایداری میتواند افزایش پیدا کند.

طراحی و شبیه سازی کنترل‌کننده‌های هوشمند بهینه برای کنترل بار فرکانس توربین‌های بادی

عنوان تحقیق: طراحی و شبیه ­سازی کنترل‌کننده‌های هوشمند بهینه برای کنترل بار فرکانس توربین‌های بادی

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 99

شرح مختصر:

امروزه با توجه به نیاز روزافزون بشر به انرژی از یک سو و کاهش منابع سنتی انرژی از سویی دیگر، نیاز به یافتن منابع جدید انرژی به روشنی احساس می گردد. جایگزینی منابع فسیلی با انرژی های نو و تجدیدپذیر راهکاری است که مدت هاست مورد توجه کشورهای پیشرفته جهان قرار گرفته است. در بین منابع انرژی های نو، انرژی باد به دلیل پاک و پایان ناپذیر بودن، داشتن قابلیت تبدیل به انرژی الکتریکی و رایگان بودن گزینه مناسبی برای این منظور می باشد. مشکل عمده در بهره برداری از آن این است که تغییرات لحظه ای سرعت باد باعث ایجاد نوسانات در توان خروجی توربین بادی می شود که این نوسانات به شکل تغییر فرکانس در سرتاسر سیستم منعکس می شود و عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. به صورت سنتی وظیفه کنترل فرکانس به عهده واحد های تولید کننده انرژی سنتی می باشد اما با افزایش مشارکت واحدهای تولید بادی در تولید انرژی برای بهبود عملکرد سیستم، آنها نیز باید در کنترل فرکانس شرکت کنند.

این پایانامه به بررسی نقش مشارکت واحدهای تولید بادی درکنترل فرکانس پرداخته است و برای کنترل فرکانس، کنترل هر چه بهتر تغییرات سرعت توربین های بادی پیشنهاد شده است. ابتدا سیستم قدرت مورد نظر با استفاده از کنترل کنندهPIکلاسیک برای کنترل کردن سرعت ژنراتور توربین بادی شبیه سازی شده و در ادامه به منظور بهبود عملکرد سیستم، بهینه سازی تنظیم پارامترهای کنترل کنندهPI با الگوریتم بهینه سازی هوشمند ازدحام ذرات پیشنهاد شده است. در پایان به علت اینکه سیستم های قدرت در حضور واحدهای بادی در معرض تغییر پارامترها و عدم قطعیت های زیادی قرار می گیرند جایگزینی کنترل کنندهPI با کنترل کننده فازی پیشنهاد شده است که غیر خطی می باشد و عملکرد مقاومتری نسبت به تغییر پارامترهای سیستم از خود نشان می دهد. بدیهی است با بهینه سازی کنترل کننده فازی مورد نظر با الگوریتم بهینه سازی هوشمند ازدحام ذرات نتایج مطلوب تری بدست می آید.

 کلید واژه: کنترل فرکانس سیستم قدرت- سیستم های تبدیل کننده انرژی باد- کنترل کننده PI– کنترل کننده فازی- الگوریتم ازدحام ذرات

فهرست مطالب

چکیده 1

فصل1: مقدمه	2
۱-۱ طرح مسئله	2
۲-۱ اهداف تحقیق	۳
۳-۱ معرفی فصل های مورد بررسی در این تحقیق	۴
فصل2: انرژی باد و انواع توربین های بادی	۵
۱-۲ انرژی باد	۶
۱-۱-۲ منشا باد	۶
۲-۱-۲ پیشینه استفاده از باد	۷
۳-۱-۲ مزایایانرژیبادی	۸
۴-۱-۲ ناکارآمدیهایانرژیبادی	۹
۵-۱-۲ وضعیتاستفادهازانرژیباددرسطحجهان	۱۰
۲-۲ فناوری توربین های بادی	۱۱
۱-۲-۲ توربینهایبادیبامحورچرخش افقی	۱۲
۲-۲-۲ توربینهایبادیبامحورچرخش عمودی	۱۲
۳-۲-۲ اجزای اصلی توربین بادی	۱۴
۴-۲-۲ چگونگی تولید توان در سیستم های بادی	۱۵
۱-۴-۲-۲ منحنی پیش بینی توان توربین باد	۱۵
۳-۲ تقسیم بندی سیستم های تبدیل کننده انرژیباد (WECS)بر اساس نحوه عملکرد	۲۰
۱-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد(WECS) سرعتثابت	۲۰
۲-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد(WECS) سرعتمتغیر	۲۲
۳-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیبادبر مبنایژنراتورالقاییباتغذیهدوگانه (DFIG)	۲۴
۴-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد مجهز بهتوربین های سرعتمتغیربامبدل فرکانسیباظرفیتکامل	۲۶
فصل۳: تاریخچه کنترل فرکانس سیستم های قدرت در حضور واحدهای بادی، معرفی مدل ریاضی و الگوریتم ازدحام ذرات	۲۷
۱-۳ مرورری بر کارهای انجام شده	۲۹
۲-۳ کنترل DFIG	۳۳
۳-۳ مدل دینامیکی سیستم تنظیم فرکانس توربین بادی با ژنراتورالقایی تغذیهدوگانه	۳۶
۴-۳ مدل دینامیکی ساختار تنظیم فرکانس سیستم تک ناحیه ای در حضور توربین بادی با ژنراتورالقایی تغذیهدوگانه (DFIG)	۴۰
۵-۳ الگوریتم حرکت گروهی پرندگان یا ازدحام ذرات PSO	۴۴
۶-۳ نتیجه گیری	۴۷
فصل۴: طراحی کنترل کننده PI بهینه سازی شده توسط الگوریتم ازدحام ذرات	۴۸
۱-۴ بهینه سازی طراحی کنترل‌کننده PI با استفاده از روش بهینه سازی هوشمند ازدحام ذرات (PSO)	۴۹
۱-۱-۴ نتایج شبیه سازی کنترل کننده PI بهینه سازی شده با الگوریتم PSO	۵۳
۴-۲ نتیجه گیری	۵۹
فصل پنجم: طراحی کنترل کننده فازی	۶۱
۱-۵ منطق فازی	۶۲
۱-۱-۵ تعریف مجموعه فازی	۶۲
۲-۱-۵ مزایای استفاده از منطق فازی	۶۳
۵-۲ طراحی کنترل کننده فازی	۶۴
۱-۲-۵ ساختاریککنترلکنندهفازی	۶۴
۱-۱-۲-۵ فازی کننده	۶۵
۲-۱-۲-۵ پایگاهقواعد	۶۶
۳-۱-۲-۵ موتور استنتاج	۶۶
۴-۱-۲-۵ غیر فازی ساز	۶۷
۳-۵ طراحی کنترل‌کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSO	۶۸
5-3-1 نتایج شبیه سازی	۷۲
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات	78
۱-۶ نتیجه گیری	۷۹
۲-۶ پیشنهادات	۸۱
منابع و مراجع

فهرست جدول­ها

جدول ۱-۲: انواع توربین های عرضه شده در بازار	۱۱
جدول ۴-۱: اطلاعات شبیه سازی	۵۱
جدول ۲-۴: پارامترهای انتخابی الگوریتم PSO	۵۳
جدول ۳-۴: اطلاعات شبیه سازی	۵۳
جدول ۱-۵: پارامترهای انتخابی الگوریتم PSO	۷۳
جدول ۲-۵:پارامترهای بهینه شده کتترل کننده فازی با الگوریتم PSO	۷۳

فهرست شکل­ها

شکل ۱-۲ : تولید باد	۶
شکل ۲-۲: وسیله ای بر اساس طرح ایرانیان به منظور استفاده از انرژی باد [۱۰‍]	۷
شکل ۳-۲: ساختمانتوربینبادیمحورافقی [۱۱‍‍]	۱۳
شکل ۴-۲: توربینبادینوعداریوس (محورعمودی) [۱۱]	۱۳
شکل ۵-۲: نمایی از یک سیستم تبدیل انرژی بادی در توربین بادی با محور افقی [۱‍]	۱۴
شکل ۶-۲: دیاگرام سیستم بادی [۲]	۱۵
شکل ۷-۲: منحنی توان-سرعت باد یک توربین بادی زاویه گام قابل تنظیم ۱۵۰۰ کیلوواتی با سرعت قطع خروجی ۲۵ متربرثانیه [۲‍]	۱۶
شکل ۸-۲ : نمودار تغییرات بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام متغیر [۱]	۱۸
شکل ۹-۲: نمودار تغییرات بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام متغیر [۱]	۱۹
شکل ۱۰-۲: نمودار تغییرات و بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام ثابت ‌[۱]	۲۰
شکل ۱۱-۲: توربینبادیسرعتثابت	۲۱
شکل ۱۲-۲: آرایشی از توربینبادیباسرعتمتغیرمحدودبامقاومتمتغیررتور	۲۳
شکل ۱۳-۲: ساختمانتوربینبادینوع DFIG	۲۵
شکل ۱-۳: نمایی از عملکرد سیستم تبدیل انرژی باد	۳۴
شکل ۲-۳: ساختار کنترل کننده توربین بادی DFIG [۳۰]	۳۵
شکل ۳-۳: مدل دینامیکی سیستم قدرت تک ناحیه ای در حضور واحدهای تولید غیر سنتی (بادی)[۳۰]	۳۶
شکل ۴-۳: مدل دینامیکی توربین بادی دارای ژنراتور DFIG به منظور تنظیم فرکانس[۳۰]	۳۷
شکل ۵-۳: بلوک دیاگرام سیستم تنظیم فرکانس سیستم قدرت تک ناحیه ای در حضور توربین بادی DFIG [۳۰]	۴۱
شکل ۶-۳: شماتیک برداری روابط الگوریتم PSO	۴۵
شکل ۷-۳: فلوچارت الگوریتم PSO	۴۶
شکل ۱-۴: سیستم حلقه بسته	۵۰
شکل ۲-۴: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI کلاسیک به ازای تغییر بار ، و	۵۱
شکل ۳-۴: سیستم حلقه بسته با اضافه کردن انتگرال مربع خطا	۵۲
شکل ۴-۴: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI بهینه به ازای تغییر بار ، و	۵۴
شکل ۵-۴: مقایسه نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI بهینه و کلاسیک به ازای تغییر بار	۵۵
شکل 6-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده PIکلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۵۶
شکل7-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهPIبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۵۶
شکل 8-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده PI کلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۵۷
شکل 9-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهPI بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۵۷
شکل ۱0-۴: تغییرات توان تولید شده توسط واحدهای بادی با در نظر گرفتن کنترل کننده PI کلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی	۵۸
شکل ۱1-۴: تغییرات توان تولید شده توسط واحدهای بادی با در نظر گرفتن کنترل کننده PI بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی	۵۹
شکل ۱-۵: نماییازیککنترلکنندهفازی	۶۵
شکل ۲-۵: مثال هایی از توابع عضویت: (a) تابع z ، (b) گوسین، (c) تابع s، (d-f) حالتهایمختلفمثلثی، (g-i) حالتهایمختلفذوزنقهای، (j) گوسینتخت،(k) مستطیلی، (l) تکمقداری	۶۵
شکل ۳-۵: تابع عضویت خطا	۶۹
شکل ۴-۵: تابع عضویت مشتق خطا	۶۹
شکل ۵-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی برای کنترل کننده PI بهینه به ازای تغییر بار	۷۲
شکل ۶-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش	۷۴
شکل ۷-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش	۷۴
شکل ۸-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش	۷۵
شکل ۹-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش	۷۵
شکل ۱۰-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازی بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۷۶
شکل ۱۱-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهفازی بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۷۶
شکل ۱۲-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازیبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۷۷
شکل ۱۳-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازیبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار	۷۷