دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش قدرت
با عنوان :کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله ی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیتLVRT
پایان‌نامه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی برق گرایش قدرت
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT
استاد راهنما:
دكتر محسن گیتی زاده
شهریورماه 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT
نگارش:
سیاوش بهشت‌آیین
در این پایان‌نامه از STATCOM برای بهبود قابلیت عبور از ولتاژ کم (LVRT) توربین بادی استفاده‌شده است. برای کنترل STATCOM از سه قسمت مجزا و پیوسته استفاده‌شده است.
قسمت اول وظیفه تشخیص و شناسایی اندازه و زاویه ولتاژ را بر عهده دارد. با توجه به اینکه در طول مدت خطا ولتاژ علاوه بر توالی مثبت توالی منفی نیز پیدا می‌کند، بنابراین در این شرایط از روشی موسوم به قاب مرجع دوتایی مجزای سنکرون بهینه‌شده ( (ODDSRF استفاده‌شده است، که این روش بر مبنای DDSRF است اما پارامترهای فیلتر پایینگذر آن به وسیله‌ی الگوریتم بهینه‌سازی تجمع ذرات فازی تطبیقی (AFPSO) بهینه‌شده است.
قسمت دوم کنترل منطق فازی (FLC) با توجه به اندازه ولتاژ، توان راکتیو مرجع مورد نیاز کنترل پیش بین توان مستقیم (P-DPC) فراهم می‌شود. همچنین مقدار دقیق توان راکتیو مرجع به وسیله بهینه‌سازی پارامترهای توابع عضویت FLC به وسیله‌ی روش AFPSOبدست آمده است.
قسمت سوم کلید زنی جبران ساز استاتیک سنکرون (STATCOM)بر اساس روش P-DPC صورت می پذیرد. . این کنترل کننده با توجه به زاویه ولتاژ ، مقدار توان‌های راکتیو و اکتیو اعمالی و مقدار توان‌های راکتیو و اکتیو مرجع، سه بردار ولتاژ به همراه زمان اعمال آن ها را تعیین می‌کند.
نتایج شبیهسازی کنترل STATCOM به وسیله‌ی ساختار فوق نشان می‌دهد که علاوه بر بهبود ولتاژ در زمان خطا در لحظه راه‌اندازی توربین بادی نیز زمان نشست کم می‌شود. همچنین با توجه به کد شبکه Nordic بهبود ولتاژ به وسیله STATCOM مانع از انفصال توربین بادی از شبکه می‌شود.
واژه‌های كلیدی:کنترل‌کننده پیش بین توان مستقیم، کنترل فازی، حلقه بسته فاز ، قابلیت عبور از ولتاژ کم،STATCOM ، بهینه سازی
فهرست مطالب
3-2-1- توربین‌های بادی سرعت ثابت 12
3-2-2- توربین بادی سرعت متغیر محدودشده 13
3-2-3- توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویه 14
3-2-4- توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 14
3-3- جریان خطای توربین بادی 15
3-3-1- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابت 15
3-3-2- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشده 16
3-3-3- جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه 16
3-3-4- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 17
3-4-1- معیار توان اکتیو و راکتیو 19
3-5- راه حل های عبور از ولتاژ کم 24
4-2-1- روش قاب مرجع سنکرون تحت شرایط عدم تعادل 29
4-2-2- بررسی روش قاب مرجع در شرایط عدم تعادل 30
4-2-3- قاب مرجع دوتایی مجزا سنکرون 33
4-2-4- روش قاب مرجع دوتایی سنکرون بهینه شده 38
4-3-6- تنظیم کردن پارامترهای کنترل فازی 49
4-4- بهینه‌سازی فازی تطبیقی گروه تجمع ذرات 50
4-4-2- الگوریتم بهینه‌سازی گروه ذرات 50
4-4-3- الگوریتم بهینه‌سازی فازی تطبیقی تجمع ذرات 52
4-5-2- مدل حالت دائم STATCOM 57
4-7-2- کنترل پیش بین در مبدل قدرت و درایو 64
4-7-3- چرا کنترل پیش بین برای الکترونیک قدرت مناسب است؟ 66
4-7-4- کنترل پیش بین برای مبدل سه فاز 68
4-7-5- رفتار دینامیکی مبدل DC-ACبه شبکه 69
4-7-6- کنترل پیش بین مبدل DC-AC بر اساس روش 3+3 74
5-3- شناسایی اندازه و زاویه ولتاژ در شرایط خطا به وسیله‌ی ODDSRF-PLL 80
5-4- ایجاد مرجع توان راکتیو توسط کنترل فازی 81
5-5- بهبود ولتاژ باس توربین بادی توسط P-DPC نوع 3+3 84
6-2- راهکارهای پیشنهادی ادامه‌ی کار بهتر 89
فهرست شکل‌ها
شکل 3-1 شماتیک توربین بادی سرعت ثابت 12
شکل 3-2 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده 13
شکل 3-3 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIG 14
شکل 3-4 شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 15
شکل 3-5 ضریب توان برای توان‌های بالاتر از 100 مگاوات در کد شبکه آلمان 20
شکل 3-6 شرایط کاری توربین بادی با توجه به اندازه فرکانس در کدهای مختلف شبکه 22
شکل 3-7 مقایسه معیار ولتاژ برای توربین بادی در سه کد آلمان ،دانمارک و سوئد 23
شکل 4-2 توالی مثبت و منفی ولتاژ در حالت عدم تعادل ولتاژ 34
شکل 4-6 مقدار مولفه d و q اندازه گیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای پرش فاز40 درجه. 39
شکل 4-7 مقایسه ولتاژ اندازه گیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت اول. 39
شکل 4-8 مقدار مولفه d و q اندازه گیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای دو فاز به زمین. 40
شکل 4-9 مقایسه ولتاژ اندازه گیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت دوم. 40
شکل 4-10 مقدار مولفه d و q اندازه گیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای سه فاز به زمین. 41
شکل 4-12 دسته بندی توابع عضویت 43
شکل 4-14 کلاسه بندی غیر فازی ساز 47
شکل 4-15 اساس کار الگوریتم PSO 51
شکل 4-16 توابع عضویت برای NBF ، NBU ، ، و 53
شکل 4-18 مشخصه ولتاژ-جریان STATCOM 56
شکل 4-19 شماتیک STATCOM به همراه قابلیت در تولید یا تزریق توان اکتیو راکتیو 57
شکل 4-20 شماتیک STATCOM به همراه بردارهای ولتاژ خروجی STATCOM و شبکه 58
شکل 4-21 انواع کنترل‌کننده‌ها برای مبدل 65
شکل 4-22 قابلیت‌های کنترل پیش بین 67
شکل 4-23 انواع مختلف کنترل پیش بین 69
شکل 4-25 شمای ساده‌شده‌ی مبدل DC-AC 70
شکل 4-26 بردارهای 8 گانه مدولاسیون SVM 73
شکل 4-27 تغییرات توان اکتیو راکتیو به وسیله‌ی اعمال بردارهای 8 گانه ولتاژ 76
شکل 4-28 نحوه اعمال بردارهای سه گانه انتخاب‌شده برای کنترل P-DPC 77
شکل 5-1 شماتیک شبکه شبیهسازی شده 79
شکل 5-2 کمینه شدن تابع هزینه ITAE 81
شکل 5-3 اندازه ولتاژ مؤلفه‌های d و q پس از بهینه‌سازی ODDSRF 81
شکل 5-4 نحوه اتصال ODDSRF-PLL ،FLC و P-DPC به یکدیگر 83
شکل 5-6 پروفیل ولتاژ باس توربین بادی قبل و پس از اعمال STATCOM 85
شکل 5-7 مدت زمان تحمل ولتاژ های توربین بادی بر حسب ولتاژ بر اساس Nordic grid code 86
شکل 5-8 الگوریتم کلی برای بهینه کردن عملکرد کنترل پیش بین 87
فهرست جدول‌ها
جدول 3-1 مقایسه مزایا و معایب توربین بادی سرعت ثابت و متغیر 11
جدول 3-2 مقایسه ضریب توان توربین بادی در کدهای شبکه 19
جدول 5-1 قواعد فازی برای ضریب یادگیری 53
جدول 5-2 قواعد فازی برای ضریب یادگیری 53
جدول 6-1 نمونه‌هایی از کاربردهای کنترل پیش بین 63
جدول 6-2 اندازه بردارهای ولتاژ 8 گانه بر روی محورهای قاب ساکن 73
جدول 6-3 بردارهای انتخاب‌شده برای اعمال آن به کنترل پیش بین توان مستقیم 76
جدول 7-1 پارامترهای ثابت شبکه 80
جدول 7-2 قواعد فازی برای تولید توان راکتیو مرجع به وسیله‌ی خطا و تغییرات خطای ولتاژ 83
جدول 7-3 مقایسه‌ی ولتاژ باس توربین بادی قبل و بعد اعمال STATCOM 85
فهرست کلمات اختصاری
AFPSO Adaptive Fuzzy Particle Swarm Optimization
BF Best Fitness
DDSRF Double Decouple Synchronous Reference Frame
DFIG Doubly Fed Induction Generator
DG Distributed Generation
DPC Direct Power Control
DVR Dynamic Voltage Restorer
FACTS Flexible AC Transmission Systems
FLC Fuzzy Logic Controller
FOM First Of Maximum
FRT Fault Ride Through
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
ISC Instantaneous Symmetrical Components
GTO Gate Turn-Off
LOM Last Of Maximum
LVRT Low Voltage Ride Through
ODDSRF Optimized Double Decouple Synchronous Reference Frame
PDPC Predictive Direct Power Control
PLL Phase Locked Loop
PSO Particle Swarm Optimizatiom
RSC Rotor Side Converter
SOA Center Of Average
SRF Synchronous Reference Fram
STATCOM Static Synchronous Compensator
SVC Static Var Compensator
SVM Space Vector Modulation
TSR Tip Speed Ratio
UF Unchanged Fitness
VOC Voltage Oriented Control
VSC Voltage Source Converter
VSWT Variable speed wind turbine
WRIG Wounded Rotor Induction Generator
در سال‌های اخیر توجه بیشتری به منابع انرژی پاک مانند توربین بادی صورت گرفته است. نتیجه این امر به صورت رشد در تعداد توربین بادی و ظرفیت هر توربین بادی ظاهر شده است. از طرفی دیگر با توجه به اینکه اخیراً توربین‌های بادی ظرفیت بالایی را تولید می‌کنند و یا تجمع توربین‌های بادی به صورت مزرعه بادی توان قابل‌ملاحظه‌ای را به شبکه تزریق می‌کند، دیگر نمی‌توان توربین بادی را به عنوان منبع قابل انفصال در هر زمان دلخواه در نظر گرفت. بدین منظور کدهای شبکه وضع شده است که توربین بادی را ملزم می‌کند در زمان خطا برای مدتی در شبکه باقی بماند.
با توجه به نکات بالا لزوم بهبود ولتاژ باس توربین بادی از دو لحاظ حائز اهمیت است. اول اینکه با بهبود ولتاژ در زمان خطا از عبور جریان زیاد از مبدل‌ها جلوگیری می‌شود. ثانیاً اگر بهبود به اندازه مطلوبی باشد دیگر نیاز به جدا کردن توربین بادی از شبکه نیست.
از طرفی دیگر توربین بادی به دلیل محدودیت در تولید توان راکتیو خود نمی‌تواند ولتاژ باس خود را به اندازه قابل قبولی بهبود دهد. همچنین از میان منابع تولیدکننده توان راکتیو STATCOM گزینه‌ی مطلوبی است. زیرا می‌تواند مستقل از اندازه ولتاژ توان اکتیو یا راکتیو به شبکه تزریق کند.
برای کنترل STATCOM روش‌های گوناگونی وجود دارد ولی از بین این روش‌ها، کنترل پیش بین به دلیل قابلیت‌هایی نظیر پیاده‌سازی آسان ، سرعت در عملکرد و قابلیت در چند هدفه بودن گزینه مطلوبی به حساب می‌رسد. همچنین با توجه به لزوم کنترل STATCOM در شرایط خطا نیاز به دانستن دقیق اندازه و زاویه ولتاژ نیازی مبرم است ،که این نیاز به وسیله‌ی قفل حلقه بستهی فاز مرجع دوتایی مجزای سنکرون بهینه‌شده (ODDSRF-PLL)[1] مرتفع شده است. علاوه بر آن باید از مراجعی دینامیکی برای کنترل STATCOM استفاده کرد تا بر اساس اندازه‌های مختلف ولتاژ توان راکتیو مختلف به شبکه تزریق کرد بنابراین از کنترل‌کننده فازی به منظور ابزاری برای نگاشتی از اندازه ولتاژ به توان مرجع مورد نیاز استفاده کرد.
در نهایت ترکیب روش‌های فوق به عنوان روش کارامد برای کنترل STATCOM به حساب میآید.
با توجه به مسائل عنوان‌شده اهداف و نوع آوری های انجام‌گرفته در این پایان‌نامه به صورت زیر خواهد بود.
- بهبود روش DDSRF-PLL به وسیله‌ی تنظیم پارامتر های فیلتر پایین گذر آن به منظور شناسایی بهتر اندازه و زاویه ولتاژ است.
- استفاده از کنترل‌کننده فازی برای یافتن بهترین توان راکتیو مرجع و تنظیم آن به منظور رسیدن ولتاژ به یک پر یونیت.
- استفاده از کنترل پیش بین توان مستقیم نوع 3+3 برای تزریق توان راکتیو مورد نیاز در حداقل زمان ممکن. و استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی فازی تطبیقی تجمع ذرات (AFPSO)[2] به منظور تنظیم پارامتر های کنترل فازی به منظور بهبود عملکرد کنترل‌کننده پیش بین.
پایان نامه در برگیرنده فصلهای زیر است. در فصل دوم مروری بر تحقیقات انجام‌شده در رابطه با این پایان‌نامه ارائه میگردد. در فصل سوم ساختارهای مختلف توربین بادی و الزامات در نظر گرفته بر آن ها توسط کدهای شبکه بیان خواهد شد. فصل چهارم به بیان ساختاری کنترل پیشنهادی می پردازد که شامل ODDSRF-PLL ، کنترل‌کننده فازی (FLC)[3] بهینه شده با الگوریتم AFPSO و و روش کنترل پیش بین توان مستقیم (PDPC)[4] می باشد . در فصل پنجم نتایج شبیهسازی و تحلیل نتایج ارائه میگردد و در انتها در فصل ششم، نتیجه گیری از تحقیق و پیشنهادها برای پژوهشهای آینده بیان میگردد.
این بخش به مروری کلی بر مقالات مربوط به روش‌های بهبود قابلیت عبور از ولتاژ کم (LVRT)[5] توربین بادی می‌پردازد. در انتها نیز مروری بر روش‌های مبتنی بر کنترل پیش بین ،که در این پایان‌نامه به عنوان روش کنترلی برای STATCOM استفاده‌شده است، پرداخته خواهد شد.
در سال‌های اخیر استفاده از توربین بادی افزایش یافته است. این افزایش هم در تعداد بوده و هم در توان توربین بادی، اما اخیراً کشورهای گوناگون کدهای شبکه ای[6] را وضع نموده‌اند که محدودیتی در بهره‌برداری توربین بادی به خصوص در لحظه خطا ایجاد می‌کند]1[. از این رو روش‌های بهبود ولتاژ باس توربین بادی مطرح شد.
این روش‌های به دو گونه بهبود روش‌های کنترل داخلی توربین بادی و روش‌های بهبود به وسیله‌ی منبع خارجی است.
در روش اول معمولاً تمرکز بر روی کنترل مبدل قسمت روتور (RSC)[7] است، زیرا تزریق توان اکتیو راکتیو از کنترل سوئیچ‌های این مبدل صورت می‌گیرد. در مرجع ]2[ از کنترل‌کننده فازی برای بهبود ولتاژ استفاده‌شده است. این روش مبتنی بر تزریق توان راکتیو همزمان با کاهش توان اکتیو در لحظه خطا است. همچنین مرجع ]3[ از کنترل‌کننده غیرخطی بجای کنترل‌کننده PI استفاده کرده است. علاوه بر بهبود روش‌های کنترلی، با توجه به مرجع ]4،5[ می‌توان از اهرم (crowbar)[8] به عنوان ابزاری برای جلوگیری از عبور اضافه جریان از مبدل استفاده کرد، crowbarاین عمل را به وسیله‌ی اعمال مقاومت موازی در طرف ac مبدل طرف زوتوز در هنگام خطا انجام می‌دهد.
با توجه به اینکه توربین بادی محدودیتی روی تأمین توان راکتیو دارد، استفاده از روش دوم کارآمدتر به حساب میآید. این روش به دو گونه ادوات سیستم انتقال acانعطاف‌پذیر ((FACTS[9] سری و موازی تقسیم می‌شود. یکی از دستگاه‌هایی که براساس مبدل کنترل ولتاژ(VSC)[10] عمل می‌کند و به واسطه ترانس کوپل به صورت سری روی خط قرار می‌گیرد، باز یابنده دینامیکی ولتاژ([11](DVR نام دارد. در مرجع ]6[ از DVR به عنوان ابزاری برای بهبود قابلیت LVRT))[12] در ژنراتور القایی قفسه سنجابی استفاده‌شده است. در مرجع ]7[ از DVR به عنوان ابزاری برای بهبود قابلیت LVRT در ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG)[13] استفاده‌شده است. متداول‌ترین ادوات موازی FACTS برای بهبود قابلیت LVRT ، جبرانکننده استاتیک توان راکتیو ([14](SVC و جبرانکننده استاتیک سنکرون [15](STATCOM) است. البته با توجه به اینکه STATCOM قابلیت تزریق توان راکتیو را در ولتاژ کم را داراست برای بهبود قابلیت LVRT مناسبتر است. مرجع ]8[ به مقایسه SVC و STATCOM برای بهبود قابلیت LVRT در توربین بادی با سرعت ثابت پرداخته است. مراجع ]11-9 [ نیز به استفاده از STATCOM برای بهبود ولتاژ در زمان خطا پرداخته است.
از میان روش‌های کنترلی برای VSC، روش کنترل پیش بین به دلیل سادگی، قابلیت چند هدفه بودن و در نظر گرفتن قیود بیشتر مورد توجه قرا گرفته است ]12[. مرجع ]13[ به تقسیم‌بندی انواع گوناگون کنترل پیش بین پرداخته است. از میان این روش‌ها می‌توان به کنترل پیش بین جریان، کنترل پیش بین پسماند،کنترل پیش بین توان مستقیم، کنترل پیش بین با سرعت ثابت کلید زنی و کنترل پیش بین با سرعت متغیر کلید زنی اشاره کرد. مرجع ]14[ به بسط P-DPC پرداخته است. همچنین بیان کرده است که تأثیر هر بردار ولتاژ با توجه به زاویه ولتاژ بر تولید یا جذب توان راکتیو و اکتیو چگونه است.
برای بهبود عملکرد P-DPC در شرایط خطا نیاز به دو چیز است. اول تخمین درست اندازه و زاویه ولتاژ، دوم تولید توان اکتیو راکتیو برای کنترل P-DPC است.
از میان روش‌های حلقه بسته فاز ، روش DDSRF که در مرجع ]15 [بیان‌شده قابلیت یافتن اندازه و زاویه ولتاژ را در شرایط خطا در 40 میلی‌ثانیه دارد. در این روش با بهره گرفتن از دو قاب سنکرون که با سرعت مخالف هم می‌چرخند استفاده‌شده تا تأثیر توالی منفی ولتاژ بر توالی مثبت را حذف کند. البته روشی دیگری در مرجع ]16 [معرفی شده است که بر اساس مؤلفه‌های لحظه‌ای متقارن (ISC)[16] عمل می‌کند و برای عملکرد در شرایط عدم تعادل مناسب است.
پس از بیان شدن مفاهیم فازی توسط پروفسور لطفی زاده، در زمینه‌های مختلف از کنترل‌کننده فازی به طور گسترده استفاده شد. در سیستم های قدرت نیز مورد استفاده قرار گرفته است. برای مثال در مرجع ]17[ از کنترل‌کننده فازی برای تولید مقادیر مرجع ولتاژ در محور افقی و عمودی استفاده کرده است. همچنین مرجع ]18[ طریقه کلید زنی در توربین بادی را به وسیله‌ی ورودی‌های توان اکتیو و اندازه ولتاژ DC یافته است. در مرجع ]19[ نیز از کنترل فازی برای بهره‌برداری از سیستم چرخ طیار[17] و اتصال آن به خازن استفاده کرده است.
با توجه به مطالب و مراجع فوق در این پایان‌نامه با توجه سرعت ، سادگی کنترل‌کننده و قابلیت پیاده‌سازی روش کنترلی در عملکرد، از کنترل‌کننده پیش بین استفاده شده است. علاوه بر آن برای بهبود عملکرد کنترل پیش بین در شرایط خطا از ODDSRF-PLL برای بدست آوردن اندازه و زاویه ولتاژ و از کنترل فازی برای تولید مرجع توان راکتیو استفاده شده است.
[1] Optimized Double Decouple Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop
[2] Adaptive Fuzzy Particle Swarm Optimization
[3] Fuzzy Logic Controller
[4] Predictive Direct Power Control
[5] Low Voltage Ride Through
[6] Grid code
[7] Rotor Side Converter
[8] Crowbar
[9] Flexible AC Transmission Systems
[10] Voltage Source Converter
[11] Dynamic Voltage Restorer
[12] Low Voltage Ride Through
[13] Doubly Fed Induction Generator
[14] Static Var Compensator
[15] Static Synchronous Compensator
[16] Instantaneous Symmetrical Components
[17] Flywheel
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :119
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : parsavahedi.t@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
*
14,700 تومانافزودن به سبد خرید