کنترل فرکانس در سیستم قدرت در حضور نیروگاه خورشیدی و سیستم ذخیره انرژی با باتری

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پایـان نـامـه
مقطـع کارشناسـی ارشـد
رشته:مهندسی برق قدرت
عنـوان: کنترل فرکانس در سیستم قدرت در حضور نیروگاه خورشیدی و سیستم ذخیره انرژی با باتری
استـاد راهنمـا: جنـاب آقای دکترعبدالرضا شیخ الاسلامی
استـاد مشاور: رویا احمدی
دانشجـو: پژمان فیروزه (89451117)
تابستان 1392

سپاس خداوند بزرگ كه شرايط تحصيل و زندگي را بر من آسان نمود.
تقديم به مادر و پدر عزيزم كه موفقيت هايم را مديون حمايت و همدلي شان مي باشم.
با تشكر از زحمات استاد عزيز جناب آقاي دكتر شيخ الاسلامي و سركار خانم دكتر رويا احمدي كه در تدوين و ارائه اين پايان نامه نهايت لطف و همراهي بي شائبه خود را به اينجانب داشتند.
چکیده:خورشيد يك منبع عظيم انرژي محسوب مي شود و با توجه به كاهش هزينه هاي ساخت سلول هاي خورشيدي در طول زمان، استفاده از سيستم هاي فتوولتائيك جهت توليد برق به عنوان يكي از منابع توليد پراكنده مورد توجه بسياري قرار گرفته است. مزيت نيروگاه هاي خورشيدي بر آن است كه به يك بار هزينه راه اندازي و نصب نياز داشته و انرژي رايگان، با هزينه اندك تعميرات و نگه داري به شبكه تا مدت طولاني تحويل مي دهد. مشكل عمده نيروگاه هاي توان بالاي متصل به شبكه قدرت، وابستگي توان توليدي شبكه به شرايط آب و هوايي مي باشد كه رفع اين مشكل با كنترل فركانس شبكه با روش هاي هوشمند و استفاده از تجهيزات با سرعت بالا و همچنين استفاده از نيروگاه ذخيره انرژي به صورت كاملا بهينه انجام پذير مي باشد .در اینجا سعي بر طراحي یک سیستم کنترلی هوشمند براي كنترل فركانس یک شبكه الكتريكي قدرت، تشكيل يافته از توليد هیبرید خورشید، گاز و ذخیره ساز باتری، مي باشد. این سيستم كنترلي هوشمند به صورت خودكار ضرايب کنترلی را براي نيروگاه گازي و باتري محاسبه می نماید. در این روش برای تعيين مقادير ضرايب كنترل كننده فازي از روش الگوريتم پرندگان استفاده شده كه موجب بهينه سازي هر چه بهتر معيار خطا برای به دست آوردن ضرایب کنترل كننده فازی شده است. مدل سيستم كنترل فازي در متلب داراي انعطاف در شبيه سازي محيط سيمولينك نمي باشد و در حين انجام سيولينك شبكه نمي تواند، مقادير رنج هاي ورودي و خروجي فازي را تغيير دهد. در اين پايان نامه تمام كد هاي فازي و توابع عضويت در محيط متلب نوشته شده است و با توابع ديگر به سيستم شبكه قدرت سيمولينك اتصال پيدا كرده و نتايج را در حافظه مي تواند ذخيره داشته باشد. تمام اجزا نيروگاه خورشيدي به طور كامل شبيه سازي شده از مدل كردن يك سلول تا پنل خورشيدي و اتصال چندين هزار پنل به يكديگر تست شده و مدار ردياب حداكثر توان نيروگاه خورشيدي شبيه سازي شده و تعيين مقدار سلف و خازن آن با شبيه سازي تعيين گشته شده است و تعداد سوييچينگ مبدل بوست سيستم با الگوريتم رديابي و مشاهده استفاده شده است. به منظور بررسی، ابتدا شبكه قدرت به صورت بلوک کنترلی لاپلاس مدل شده و بار را تغيير مي دهيم. همان طور كه نتایج را مشاهده می کنیم در صورت استفاده كنترل فازي بهبود يافته با الگوريتم پرندگان زمان نشست نسبت به كنترلر معمول و نسبت به كنترلر انتگرالگير ساده بهبود يافته است. پيك حداكثر خطاي فركانس در صورت استفاده كنترل فازي بهبود يافته با الگوريتم پرندگان نسبت به كنترلر معمول و نسبت به كنترلر انتگرالگير ساده نيز بهبود يافته است. سپس اجزاء دینامیکی به طور کامل مدل شده در شبيه سازي، کارایی استراتژی پیشنهادی را مشاهده کرده و با روش های دیگر مقایسه می نماییم. نتایج حاصل از شبیه سازی بیانگر رفتار دقيق شبكه قدرت مي باشد در نتيجه امكان ناپايداري در سيستم وجود داشته با اين حال الگوريتم هوشمند جواب هاي مقدار كنترل قازي را محاسبه كرده و نتايج نشان دهنده كارايي بالاي روش پيشنهادي مي باشند.

TOC o “1-3” h z u فصل اول PAGEREF _Toc368362211 h 1مقدمه و كليات تحقيق PAGEREF _Toc368362212 h 11-1 مقدمه PAGEREF _Toc368362213 h 21-1-1 مشخصات نيروگاه خورشيدي: PAGEREF _Toc368362214 h 21-1-2 مزاياي استفاده از نيروگاه خورشيدي: PAGEREF _Toc368362215 h 31-1-2-1 مطالعات در ايران: PAGEREF _Toc368362216 h 31-1-2-2 توليد برق بدون نياز به انرژي هاي ديگر: PAGEREF _Toc368362217 h 31-1-2-3 عدم احتیاج به آب زیاد : PAGEREF _Toc368362218 h 31-1-2-4 عدم آلودگی محیط زیست PAGEREF _Toc368362219 h 31-1-2-5 امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای: PAGEREF _Toc368362220 h 41-1-2-6 استهلاک کم و عمر زیاد: PAGEREF _Toc368362221 h 41-1-2-7 عدم احتیاج به متخصص PAGEREF _Toc368362222 h 41-1-3 مشكلات نيروگاه خورشيدي متصل به شبكه: PAGEREF _Toc368362223 h 41-1-4 كنترل فركانس شبكه: PAGEREF _Toc368362224 h 51-1-5 اهداف كنترل فركانس شبكه قدرت: PAGEREF _Toc368362225 h 51-1-6 شبيه سازي شبكه قدرت براي كنترل فركانس شبكه متصل به نيروگاه خوشيدي: PAGEREF _Toc368362226 h 61-1-7 لزوم استفاده نيروگاه ذخيره انرژي در شبكه: PAGEREF _Toc368362227 h 71-1-8 روش كنترلي هوشمند استفاده شده و معيار اندازه گيري انحراف فركانس: PAGEREF _Toc368362228 h 71-1-9 مزيت روش پيشنهادي PAGEREF _Toc368362229 h 71-1-10آنچه پيشرو داريم: PAGEREF _Toc368362230 h 8فصل دوم PAGEREF _Toc368362231 h 9ادبیات موضوع PAGEREF _Toc368362232 h 9مقدمه: PAGEREF _Toc368362233 h 102-1 کنترل فرکانس از دیدگاه کنترلی PAGEREF _Toc368362234 h 102-1-1 کنترل کننده PI PAGEREF _Toc368362235 h 102-1-2روش دو درجه ی آزادی در کنترل داخلی : PAGEREF _Toc368362236 h 112-2روش هاي كنترل هوشمند PAGEREF _Toc368362237 h 122-2-1الگوریتم ژنتیک PAGEREF _Toc368362238 h 122-2-2 الگوريتم جستجوي گرانشي PAGEREF _Toc368362239 h 142-2-3 بهینه سازی گروهی پرندگان : PAGEREF _Toc368362240 h 152-2-4 شبکه عصبی مصنوعی : PAGEREF _Toc368362241 h 162-2-5کنترل منطق فازی PAGEREF _Toc368362242 h 192-2-5-1خود سازماندهي کنترل فازی PAGEREF _Toc368362243 h 242-2-5-2الگوریتم ژنتیک در مدل فازی برای کنترل بار فرکانس PAGEREF _Toc368362244 h 242-3روش کنترل با منطق فازی: PAGEREF _Toc368362245 h 272-4سیستم کنترل فرکانس: PAGEREF _Toc368362246 h 312-5 مدل ذخيره انرژي : PAGEREF _Toc368362247 h 322-6 مدل اينورتر براي توليد DC/AC PAGEREF _Toc368362248 h 34فصل سوم PAGEREF _Toc368362249 h 35روش تحقيق PAGEREF _Toc368362250 h 353-1 مقدمه: PAGEREF _Toc368362251 h 363-2مدل فازي: PAGEREF _Toc368362252 h 363-2-1:قسمت هاي مختلف يك سيستم فازي PAGEREF _Toc368362253 h 363-2-2مدل كنترلر تركيب فازي با PI: PAGEREF _Toc368362254 h 393-3 الگوریتم بهینه سازي گروه پرندگان: PAGEREF _Toc368362255 h 403-4 کاربردی ازPSO در ریاضیات: PAGEREF _Toc368362256 h 413-5 تشريح عملكرد پيدا كردن ضرايب كنترلر فازي و كنترلر PI و بهبود كارايي: PAGEREF _Toc368362257 h 43فصل چهارم PAGEREF _Toc368362258 h 48محاسبات و PAGEREF _Toc368362259 h 48يافته هاي تحقيق PAGEREF _Toc368362260 h 484-1مقدمه PAGEREF _Toc368362261 h 494-2-1 مدل شبيه سازي شده به صورت بلوك كنترلي با توابع لاپلاس: PAGEREF _Toc368362262 h 494-2-2 مدل شبيه سازي شده كامل شبكه قدرت: PAGEREF _Toc368362263 h 504-3 پنل خورشیدی: PAGEREF _Toc368362264 h 514-4 مشخصه هاي پانل فتوولتائيك: PAGEREF _Toc368362265 h 514-5 مدل و مشخصات سيستم فتوولتاييك: PAGEREF _Toc368362266 h 524-6مدل ردیابی حداکثر توان PAGEREF _Toc368362267 h 544-7 مدار داخلي مبدل بوست شبيه سازي شده در متلب : PAGEREF _Toc368362268 h 584-8 الگوريتمMPPT: PAGEREF _Toc368362269 h 594-8-1روش کنترل P&O: PAGEREF _Toc368362270 h 594-8-2 روش هدايت افزايشي: PAGEREF _Toc368362271 h 594-8-3دنبال كننده حداكثر توان(MPPT): PAGEREF _Toc368362272 h 604-8-4 الگوريتمMPPT شبيه سازي شده در متلب : PAGEREF _Toc368362273 h 614-9 مدل اينورتر: PAGEREF _Toc368362274 h 624-10 مدل اينورتر شبيه سازي شده در متلب : PAGEREF _Toc368362275 h 634-11 مدل واحد: PAGEREF _Toc368362276 h 654-12مدل كردن نيروگاه گازي: PAGEREF _Toc368362277 h 654-13 مدل بار: PAGEREF _Toc368362278 h 664-14 مدل موتور محرك: PAGEREF _Toc368362279 h 664-15مدل گاورنر: PAGEREF _Toc368362280 h 664-16مدل خط ارتباطی: PAGEREF _Toc368362281 h 684-17مدل ذخيره ساز انرژي : PAGEREF _Toc368362282 h 684-18 مقایسه PI-FUZZYدر مدل بلوکی بدون باتری: PAGEREF _Toc368362283 h 694-19 مقایسه کنترلرها در حضور تمام تجهیزات در مدل بلوکی: PAGEREF _Toc368362284 h 70حال مدل فازي را در شرايط گوناگون بررسي می کنیم : PAGEREF _Toc368362285 h 714-20-1بدون حضور خورشید و باتری: PAGEREF _Toc368362286 h 714-20-2 با حضور باتری : PAGEREF _Toc368362287 h 724-20-3 نتايج با حضور نيروگاه خورشید و باتری : PAGEREF _Toc368362288 h 75فصل پنجم PAGEREF _Toc368362289 h 80نتيجه گيري و پيشنهادات PAGEREF _Toc368362290 h 805-1 نتيجه گيري : PAGEREF _Toc368362291 h 815-2 پیشنهادات: PAGEREF _Toc368362292 h 82
فهرست اشکال، نمودارها و جداول
شكل 2-1 ساختارTDF-IMC………………………………………………………………………………………………..12
شكل 2-2 مدل كردن براي الگوريتم ژنتيك…………………………………………………………………………………14
شكل 2-3 كنترلر سيستم قدرت تك منطقه اي…………………………………………………………………………… 15
شكل 2-4 عملكرد بهینه سازی pso…………………………………………………………………………………………16
شكل 2-5 يك لايه شبكه عصبي……………………………………………………………………………………………….18
شكل2-6 نماي پايه يك شبكه فازي…………………………………………………………………………………………..19
شكل 2-7 سیستم تولید قدرت منطق فازی پايه مرکزی……………………………………………………………….21 شكل2-8 توابع عضویت کنترل فازی…………………………………………………………………………………………22
شكل2-9 مدل فازي براي مرجع………………………………………………………………………………………………23
شكل2-10معماری کنترل فازی خود سازماندهی شده ……………………………………………………………….24
شكل 2-11 مسير براي آموزش در طرح الگوريتم ژنتيك………………………………………………………………25
شكل 2-12 نمودار کلی یک سیستم قدرت دو منطقه……………………………………………………………………27
شکل2- 13ساختار پایه ای از یک سیستم کنترل فازي………………………………………………………………….28
شكل2-14 توابع فازي براي كاركرد مدل MPPT……………………………………………………………………..28
شكل 2-15 اتصال دو سيستم داراي MPPT مجزا به يكديگر……………………………………………………30
شكل2-16 شماتیک ساختار سیستم قدرت………………………………………………………………………………..31
شكل 2-17 مدل يك BES در شبكه قدرت…………………………………………………………………………….32
شكل 2-18 اجزاء مدل يك BES به صورت بلوك دياگرامي………………………………………………………33
شكل 2-19 مدار باياس از اينورتر منبع ولتاژي……………………………………………………………………………34
شكل 2-20 سوييچ زني PWM براي يك فاز براي جريان………………………………………………………….34
شكل3-1 توابع عضويت سيستم فازي نمونه………………………………………………………………………………37
شكل 3-2 مدل PI-FUZZY………………………………………………………………………………………………..39 شكل 3-3 مقادير تصادفي براي رديابي تابع هدف در الگوريتمPSO……………………………………………41 شكل 3-4 عملكرد بهینه سازی pso ………………………………………………………………………………………42
شكل 3-5 توابع عضويت فازي براي يك متغيير ورودي……………………………………………………………….43
شكل 3-6 نمودار فركانس با نواحي تشخيص براي كنترل كننده فازي…………………………………………..44
شكل 3-7 مقدار دهي به ضرايب فازي ساز………………………………………………………………………………..45
شكل 3-8 الگوريتم پيشنهادي براي محاسبه ضرايب……………………………………………………………………47
شكل 4-1 سیستم بلوکی مدل لاپلاس

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *