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

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

دانلود پایان نامه ارشد مهندسی برق

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته  مهندسی برق و با عنوان ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم در ۸۲ صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده ردگیری نقطه توان بیشینه با بکارگیری تشخیص پارامتر برخط برای توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم:

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.

 

مقدمه

پيشگفتار

استفاده از سوخت­های فسیلی و منابع بازیافت ناپذیر انرژی نظیر زغال سنگ و نفت، باعث شده که در سال­های اخیر با مسأله آلودگی هوا روبرو شویم. امروزه سیستم­های 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[۷-۱]. 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.

تاریخچه

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 [۸].

توربین‌های 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 مطالب

فهرست جدول‌ها ‌د

فهرست شکل‌‌ها ‌ه

فصل ۱-    مقدمه  ۱

۱-۱-    پيشگفتار ۱

۱-۲-    تاریخچه  ۲

۱-۲-۱-     توربین بادی   ۲

۱-۲-۲-      توربین‌های بادی در ایران.. ۳

۱-۳-    بررسی کارهای انجام شده ۴

فصل ۲-   مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه ردیابی حداکثر توان در سیستمهای تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی   ۷

۲-۱-    مقدمه  ۸

۲-۲-    مشکلات و موانع جدید. ۹

۲-۳-    توربين بادي چگونه كار مي كند. ۱۰

۲-۴-    اجزاء اصلی توربینهای بادی.. ۱۲

۲-۵-     انواع ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاههای بادی.. ۱۵

۲-۶-     توربینهای بادی با ژنراتور القایی تغذیه دوگانه (DFIG) 16

۲-۷-    مدل دینامیکی توربین باد (DFIG) 17

۲-۱-        روش كنترل نسبت سرعت قله (TSR). 19

۲-۲-        كنترل گشتاور بهينه. ۲۰

۲-۳-       كنترل فيدبك سيگنال توان.. ۲۲

۲-۴-       كنترل اغتشاش و مشاهده. ۲۲

۲-۵-       كنترل کننده منطق فازي.. ۲۷

۲-۶-          روش Hill Climb Searching (HCS). 30

۲-۷-       استفاده از روشهای کنترل غیر خطی بدون سنسور. ۳۴

۳-            نتیجه گیری.. ۳۵

فصل ۳-   مدل ریاضی ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSG). 36

۳-۱-    ساختمان و مدل ریاضی PMSG.. 37

۳-۲-     کنترل سرعت PMSG.. 40

۳-۳-    کنترل گشتاور PMSG.. 41

فصل ۴-   شناسایی پارامتر. ۴۳

۴-۱-    مقدمه  ۴۳

۴-۲-    تعریف مسأله کمترین مربعات خطا ۴۳

۴-۲-۱-      کمترین مربعات خطا به روش گوس-نیوتن (GN) 45

۴-۲-۲-      کمترین مربعات خطا به روش لیونبرگر-مارکوارت (LM) 48

فصل ۵-   کنترل MPPT با بکارگیری سرعت دورانی بهینه. ۴۹

۵-۱-    مقدمه  ۴۹

۵-۲-     پیکره بندی سیستم مبدل.. ۴۹

۵-۲-۱-      توربین بادی   ۵۰

۵-۳-     کنترل MPPT با بکارگیری سرعت دورانی بهینه. ۵۱

۵-۳-۱-      مدل PMSG   ۵۲

۵-۴-     پیکره بندی سیستم تبدیل توان.. ۵۳

۵-۵-     ارتباط بین شعاع پرههای توربین R، و سرعت دورانی مطلوب . ۵۵

۵-۶-     بکارگیری روش LM برای شناسایی R (شعاع پرههای توربین) ۵۷

فصل ۶-   شبیه سازی   ۵۹

فصل ۷-   نتیجه گیری و پیشنهادات… ۶۷

۷-۱-    نتیجه گیری.. ۶۷

۷-۲-    پیشنهادات   ۶۷

فهرست مراجع.. ۶۹

فهرست جدول‌ها

جدول ۱: تبدیل مبناهای dq و abc به یکدیگر از طریق تبدیل پارک… ۵۳

جدول ۲: ارزیابی مقادیر ،  برای Rهای مشخص در مقابل تغییرات سرعت باد … ۵۶

جدول ۳: مقادیر ضرایب a و b در مقابل R.. 56

جدول ۴: مشخصات بلوک PMSG بکار رفته در شبیه سازی.. ۶۱

 

فهرست شکل‌‌ها

شکل ‏۱‑۱: مزرعه بادی در نزدیکی منجیل.. ۴

شکل ‏۲‑۱: نیروگاه بادی ۱۰۰ مگاواتی منجیل.. ۹

شکل ‏۲‑۲: روند رشد توان تولیدی توربینهای بادی.. ۱۰

شکل ‏۲‑۳: نیروی باد برای آبکشی از چاه و توربین بادی با محور قائم و دوپره قابل برگشت… ۱۱

شکل ‏۲‑۴: توربین بادی با محور افقی.. ۱۱

شکل ‏۲‑۵: ساختمان توربین بادی [۹] ۱۴

شکل ‏۲‑۶: توربین بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی تغذیه دوگانه. ۱۶

شکل ‏۲‑۷: بلوک دیاگرام مربوط به کنترلرهای توان اکتیو و زاویه ای گام DFIG.. 17

شکل ‏۲‑۸: منحنیهای  توان باد. ۱۸

شکل ‏۳‑۱: محورهای d-q و  برای ماشین سنکرون قطب برجسته. ۳۸

شکل ‏۳‑۲: مدار معادل PMSG در مبنای محورهای d-q. 39

شکل ‏۳‑۳: تغییرات اندوکتانس فاز در مقابل چرخش رتور (قطب برجسته) ۴۰

شکل ‏۳‑۴: سیستم کنترل سرعت PMSG با ولتاژ مرجع.. ۴۱

شکل ‏۳‑۵: سیستم کنترل سرعت PMSG با جریان مرجع.. ۴۱

شکل ‏۳‑۶: کنترل گشتاور الکترومغناطیسی در PMSG.. 42

شکل ‏۴‑۱: روش گوس-نیوتن خارج خط(Off-line) برای مسأله کمترین مربعات خطا ۴۶

شکل ‏۴‑۲: روش گوس-نیوتن خارج خط(On-line) برای مسأله کمترین مربعات خطا ۴۷

شکل ‏۵‑۱: سیستم تبدیل انرژی بادی با PMSG.. 49

شکل ‏۵‑۲: مشخصهی توان توربین بادی.. ۵۱

شکل ‏۵‑۳: سیستم کنترل زاویه پرههای توربین بادی.. ۵۱

شکل ‏۵‑۴: سیستم کنترل سرعت در PMSG.. 53

شکل ‏۵‑۵: مشخصه توان توربین بادی.. ۵۵

شکل ‏۵‑۶: مقادیر a و تقریب a در مقابل تغییرات R.. 57

شکل ‏۶‑۱: مشخصات بار سه فاز روی پایانه PMSG.. 60

شکل ‏۶‑۲: توربین بادی با ژنراتور مغناطیس دائم همراه زیرسیستمهای کنترل و شناسایی پارامتر R.. 60

شکل ‏۶‑۳: تغییرات سرعت باد. ۶۴

شکل ‏۶‑۴: ردگیری سرعت دورانی بهینه مرتبط با توان بیشینه. ۶۴

شکل ‏۶‑۵: ردگیری توان بیشینه. ۶۴

شکل ‏۶‑۶: روند شناسایی پارامتر R.. 65

شکل ‏۶‑۷: ردگیری گشتاور بیشینه بخوبی صورت نگرفته است… ۶۵

شکل ‏۶‑۸: ردگیری سرعت… ۶۶

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0