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 که شرایط تحصیل و زندگی را بر من آسان نمود.
تقدیم به مادر و پدر عزیزم که موفقیت هایم را مدیون حمایت و همدلی شان می باشم.
با تشکر از زحمات استاد عزیز جناب آقای دکتر شیخ الاسلامی و سرکار خانم دکتر رویا احمدی که در تدوین و ارائه این پایان نامه نهایت لطف و همراهی بی شائبه خود را به اینجانب داشتند.
چکیده:خورشید یک منبع عظیم انرژی محسوب می شود و با توجه به کاهش هزینه های ساخت سلول های خورشیدی در طول زمان، استفاده از سیستم های فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. مزیت نیروگاه های خورشیدی بر آن است که به یک بار هزینه راه اندازی و نصب نیاز داشته و انرژی رایگان، با هزینه اندک تعمیرات و نگه داری به شبکه تا مدت طولانی تحویل می دهد. مشکل عمده نیروگاه های توان بالای متصل به شبکه قدرت، وابستگی توان تولیدی شبکه به شرایط آب و هوایی می باشد که رفع این مشکل با کنترل فرکانس شبکه با روش های هوشمند و استفاده از تجهیزات با سرعت بالا و همچنین استفاده از نیروگاه ذخیره انرژی به صورت کاملا بهینه انجام پذیر می باشد .در اینجا سعی بر طراحی یک سیستم کنترلی هوشمند برای کنترل فرکانس یک شبکه الکتریکی قدرت، تشکیل یافته از تولید هیبرید خورشید، گاز و ذخیره ساز باتری، می باشد. این سیستم کنترلی هوشمند به صورت خودکار ضرایب کنترلی را برای نیروگاه گازی و باتری محاسبه می نماید. در این روش برای تعیین مقادیر ضرایب کنترل کننده فازی از روش الگوریتم پرندگان استفاده شده که موجب بهینه سازی هر چه بهتر معیار خطا برای به دست آوردن ضرایب کنترل کننده فازی شده است. مدل سیستم کنترل فازی در متلب دارای انعطاف در شبیه سازی محیط سیمولینک نمی باشد و در حین انجام سیولینک شبکه نمی تواند، مقادیر رنج های ورودی و خروجی فازی را تغییر دهد. در این پایان نامه تمام کد های فازی و توابع عضویت در محیط متلب نوشته شده است و با توابع دیگر به سیستم شبکه قدرت سیمولینک اتصال پیدا کرده و نتایج را در حافظه می تواند ذخیره داشته باشد. تمام اجزا نیروگاه خورشیدی به طور کامل شبیه سازی شده از مدل کردن یک سلول تا پنل خورشیدی و اتصال چندین هزار پنل به یکدیگر تست شده و مدار ردیاب حداکثر توان نیروگاه خورشیدی شبیه سازی شده و تعیین مقدار سلف و خازن آن با شبیه سازی تعیین گشته شده است و تعداد سوییچینگ مبدل بوست سیستم با الگوریتم ردیابی و مشاهده استفاده شده است. به منظور بررسی، ابتدا شبکه قدرت به صورت بلوک کنترلی لاپلاس مدل شده و بار را تغییر می دهیم. همان طور که نتایج را مشاهده می کنیم در صورت استفاده کنترل فازی بهبود یافته با الگوریتم پرندگان زمان نشست نسبت به کنترلر معمول و نسبت به کنترلر انتگرالگیر ساده بهبود یافته است. پیک حداکثر خطای فرکانس در صورت استفاده کنترل فازی بهبود یافته با الگوریتم پرندگان نسبت به کنترلر معمول و نسبت به کنترلر انتگرالگیر ساده نیز بهبود یافته است. سپس اجزاء دینامیکی به طور کامل مدل شده در شبیه سازی، کارایی استراتژی پیشنهادی را مشاهده کرده و با روش های دیگر مقایسه می نماییم. نتایج حاصل از شبیه سازی بیانگر رفتار دقیق شبکه قدرت می باشد در نتیجه امکان ناپایداری در سیستم وجود داشته با این حال الگوریتم هوشمند جواب های مقدار کنترل قازی را محاسبه کرده و نتایج نشان دهنده کارایی بالای روش پیشنهادی می باشند.

TOC o “1-3” h z u فصل اول PAGEREF _Toc368362211 h 1مقدمه و کلیات تحقیق PAGEREF _Toc368362212 h 11-1 مقدمه PAGEREF _Toc368362213 h 21-1-1 مشخصات نیروگاه خورشیدی: PAGEREF _Toc368362214 h 21-1-2 مزایای استفاده از نیروگاه خورشیدی: PAGEREF _Toc368362215 h 31-1-2-1 مطالعات در ایران: PAGEREF _Toc368362216 h 31-1-2-2 تولید برق بدون نیاز به انرژی های دیگر: 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 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه: PAGEREF _Toc368362223 h 41-1-4 کنترل فرکانس شبکه: PAGEREF _Toc368362224 h 51-1-5 اهداف کنترل فرکانس شبکه قدرت: PAGEREF _Toc368362225 h 51-1-6 شبیه سازی شبکه قدرت برای کنترل فرکانس شبکه متصل به نیروگاه خوشیدی: PAGEREF _Toc368362226 h 61-1-7 لزوم استفاده نیروگاه ذخیره انرژی در شبکه: PAGEREF _Toc368362227 h 71-1-8 روش کنترلی هوشمند استفاده شده و معیار اندازه گیری انحراف فرکانس: PAGEREF _Toc368362228 h 71-1-9 مزیت روش پیشنهادی PAGEREF _Toc368362229 h 71-1-10آنچه پیشرو داریم: 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 های کنترل هوشمند PAGEREF _Toc368362237 h 122-2-1الگوریتم ژنتیک PAGEREF _Toc368362238 h 122-2-2 الگوریتم جستجوی گرانشی 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 سازماندهی 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 ذخیره انرژی : PAGEREF _Toc368362247 h 322-6 مدل اینورتر برای تولید DC/AC PAGEREF _Toc368362248 h 34فصل سوم PAGEREF _Toc368362249 h 35روش تحقیق PAGEREF _Toc368362250 h 353-1 مقدمه: PAGEREF _Toc368362251 h 363-2مدل فازی: PAGEREF _Toc368362252 h 363-2-1:قسمت های مختلف یک سیستم فازی PAGEREF _Toc368362253 h 363-2-2مدل کنترلر ترکیب فازی با PI: PAGEREF _Toc368362254 h 393-3 الگوریتم بهینه سازی گروه پرندگان: PAGEREF _Toc368362255 h 403-4 کاربردی ازPSO در ریاضیات: PAGEREF _Toc368362256 h 413-5 تشریح عملکرد پیدا کردن ضرایب کنترلر فازی و کنترلر PI و بهبود کارایی: PAGEREF _Toc368362257 h 43فصل چهارم PAGEREF _Toc368362258 h 48محاسبات و PAGEREF _Toc368362259 h 48یافته های تحقیق PAGEREF _Toc368362260 h 484-1مقدمه PAGEREF _Toc368362261 h 494-2-1 مدل شبیه سازی شده به صورت بلوک کنترلی با توابع لاپلاس: PAGEREF _Toc368362262 h 494-2-2 مدل شبیه سازی شده کامل شبکه قدرت: PAGEREF _Toc368362263 h 504-3 پنل خورشیدی: PAGEREF _Toc368362264 h 514-4 مشخصه های پانل فتوولتائیک: PAGEREF _Toc368362265 h 514-5 مدل و مشخصات سیستم فتوولتاییک: PAGEREF _Toc368362266 h 524-6مدل ردیابی حداکثر توان PAGEREF _Toc368362267 h 544-7 مدار داخلی مبدل بوست شبیه سازی شده در متلب : PAGEREF _Toc368362268 h 584-8 الگوریتمMPPT: PAGEREF _Toc368362269 h 594-8-1روش کنترل P&O: PAGEREF _Toc368362270 h 594-8-2 روش هدایت افزایشی: PAGEREF _Toc368362271 h 594-8-3دنبال کننده حداکثر توان(MPPT): PAGEREF _Toc368362272 h 604-8-4 الگوریتمMPPT شبیه سازی شده در متلب : PAGEREF _Toc368362273 h 614-9 مدل اینورتر: PAGEREF _Toc368362274 h 624-10 مدل اینورتر شبیه سازی شده در متلب : PAGEREF _Toc368362275 h 634-11 مدل واحد: PAGEREF _Toc368362276 h 654-12مدل کردن نیروگاه گازی: PAGEREF _Toc368362277 h 654-13 مدل بار: PAGEREF _Toc368362278 h 664-14 مدل موتور محرک: PAGEREF _Toc368362279 h 664-15مدل گاورنر: PAGEREF _Toc368362280 h 664-16مدل خط ارتباطی: PAGEREF _Toc368362281 h 684-17مدل ذخیره ساز انرژی : 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 فازی را در شرایط گوناگون بررسی 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 نتایج با حضور نیروگاه خورشید و باتری : PAGEREF _Toc368362288 h 75فصل پنجم PAGEREF _Toc368362289 h 80نتیجه گیری و پیشنهادات PAGEREF _Toc368362290 h 805-1 نتیجه گیری : PAGEREF _Toc368362291 h 815-2 پیشنهادات: PAGEREF _Toc368362292 h 82
فهرست اشکال، نمودارها و جداول
شکل 2-1 ساختارTDF-IMC………………………………………………………………………………………………..12
شکل 2-2 مدل کردن برای الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………14
شکل 2-3 کنترلر سیستم قدرت تک منطقه ای…………………………………………………………………………… 15
شکل 2-4 عملکرد بهینه سازی pso…………………………………………………………………………………………16
شکل 2-5 یک لایه شبکه عصبی……………………………………………………………………………………………….18
شکل2-6 نمای پایه یک شبکه فازی…………………………………………………………………………………………..19
شکل 2-7 سیستم تولید قدرت منطق فازی پایه مرکزی……………………………………………………………….21 شکل2-8 توابع عضویت کنترل فازی…………………………………………………………………………………………22
شکل2-9 مدل فازی برای مرجع………………………………………………………………………………………………23
شکل2-10معماری کنترل فازی خود سازماندهی شده ……………………………………………………………….24
شکل 2-11 مسیر برای آموزش در طرح الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………25
شکل 2-12 نمودار کلی یک سیستم قدرت دو منطقه……………………………………………………………………27
شکل2- 13ساختار پایه ای از یک سیستم کنترل فازی………………………………………………………………….28
شکل2-14 توابع فازی برای کارکرد مدل MPPT……………………………………………………………………..28
شکل 2-15 اتصال دو سیستم دارای MPPT مجزا به یکدیگر……………………………………………………30
شکل2-16 شماتیک ساختار سیستم قدرت………………………………………………………………………………..31
شکل 2-17 مدل یک BES در شبکه قدرت…………………………………………………………………………….32
شکل 2-18 اجزاء مدل یک BES به صورت بلوک دیاگرامی………………………………………………………33
شکل 2-19 مدار بایاس از اینورتر منبع ولتاژی……………………………………………………………………………34
شکل 2-20 سوییچ زنی PWM برای یک فاز برای جریان………………………………………………………….34
شکل3-1 توابع عضویت سیستم فازی نمونه………………………………………………………………………………37
شکل 3-2 مدل PI-FUZZY………………………………………………………………………………………………..39 شکل 3-3 مقادیر تصادفی برای ردیابی تابع هدف در الگوریتمPSO……………………………………………41 شکل 3-4 عملکرد بهینه سازی pso ………………………………………………………………………………………42
شکل 3-5 توابع عضویت فازی برای یک متغییر ورودی……………………………………………………………….43
شکل 3-6 نمودار فرکانس با نواحی تشخیص برای کنترل کننده فازی…………………………………………..44
شکل 3-7 مقدار دهی به ضرایب فازی ساز………………………………………………………………………………..45
شکل 3-8 الگوریتم پیشنهادی برای محاسبه ضرایب……………………………………………………………………47
شکل 4-1 سیستم بلوکی مدل لاپلاس

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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