کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله¬ی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT

دانشگاه صنعتی شیراز
دانشکده مهندسی برق و الکترونیک گروه قدرت
پایان‌نامه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی برق گرایش قدرت
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیلهی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT

نگارش:
سیاوش بهشت‌آیین
استاد راهنما:
دکتر محسن گیتی زاده
شهریورماه 1392

بسمه تعالی
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیلهی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT
پایان‌نامه ارائه‌شده به عنوان بخشی از فعالیت‌های تحصیلی
نگارش:
سیاوش بهشت‌آیین
برای اخذ درجه کارشناسی ارشد
گروه قدرت دانشکده مهندسی برق والکترونیک
دانشگاه صنعتی شیراز
ارزیابی پایان‌نامه توسط هیات داوران با درجه: خوب
دکتر محسن گیتی‌زاده‌ استادیار در رشته مهندسی برق- قدرت (استاد راهنما )
دکتر مجید نیری پور دانشیار در رشته مهندسی برق- قدرت (داور)
دکتر محمد مردانه استادیار در رشته مهندسی برق- قدرت (داور)
_____________________________________________________
مدیر امور آموزشی و تحصیلات تکمیلی دانشگاه:
حق چاپ محفوظ و مخصوص به دانشگاه صنعتی شیراز است.
تأییدیه‌ی صحت و اصالت نتایج
باسمه تعالی
اینجانب سیاوش بهشت‌آیین دانشجوی رشته برق قدرت گرایش سیستمهای انرژی مقطع تحصیلی فوق‌لیسانس به شماره دانشجویی 90114028
تأیید می‌نماید کلیه نتایج این پایان‌نامه/رساله، بدون هیچ‌گونه دخل و تصرف ، حاصل مستقیم پژوهش صورت گرفته توسط اینجانب است. در مورد اقتباس مستقیم و غیرمستقیم از سایر آثار علمی، اعم از کتاب، مقاله، پایان‌نامه با رعایت امانت و اخلاق علمی، مشخصات کامل منبع مذکور درج شده است.
در صورت اثبات خلاف مندرجات فوق، به تشخیص مقامات ذی‌صلاح دانشگاه صنعتی شیراز، مطابق قوانین و مقررات مربوط و آئین نامه‌های آموزشی، پژوهشی و انضباطی و … عمل خواهد شد و اینجانب حق هرگونه اعتراض و تجدیدنظر را، نسبت به رأی صادره، از خود ساقط می‌کند. همچنین، هرگونه مسئولیت ناشی از تخلف نسبت به صحت و اصالت نتایج مندرج در پایان‌نامه/رساله در برابر اشخاص ذی‌نفع (اعم از حقیقی و حقوقی) و مراجع ذی‌صلاح (اعم از اداری و قضایی) متوجه اینجانب خواهد بود و دانشگاه صنعتی شیراز هیچ‌گونه مسئولیتی در این زمینه نخواهند داشت.
تبصره 1- کلیه حقوق مادی این اثر متعلق به دانشگاه صنعتی شیراز است.
تبصره 2- اینجانب تعهد می‌نماید بدون اخذ مجوز از دانشگاه صنعتی شیراز دستاوردهای این پایان‌نامه/ رساله را منتشر نکند و یا در اختیار دیگران قرار ندهد.
نام و نام خانوادگی دانشجو: سیاوش بهشت‌آیین
تاریخ و امضاء
مجوز بهره‌برداری از پایان‌نامه
کلیه حقوق مادی و معنوی مترتب بر نتایج پایان‌نامه متعلق به دانشگاه و انتشار نتایج نیز تابع مقرارت دانشگاهی است و با موافقت استاد راهنما به شرح زیر، بلامانع است:
بهره‌برداری از این پایان‌نامه/ رساله برای همگان بلامانع است.
بهره‌برداری از این پایان‌نامه/ رساله با اخذ مجوز از استاد راهنما، بلامانع است.
بهره‌برداری از این پایان‌نامه/ رساله تا تاریخ ……………………………… ممنوع است.
نام استاد یا اساتید راهنما: دکتر محسن گیتی زاده
تاریخ:
امضا:

تقدیم به
پدر و مادر مهربانم
و
برادران عزیزم
که هیچ کدام از موفقیت‌های زندگی‌ام بدون حمایت، تشویق و عشق بی‌پایان‌شان ممکن نبود.

تشکر و قدردانی:
اکنون که این رساله به پایان رسیده است بر خود فرض می‌دانم که از استاد ارجمندم جناب دکترگیتی‌زاده که با زحمات بیدریغ و راهنماییهای ارزشمندشان راه را برای اجرا و اتمام این پایاننامه فراهم نمودند، کمال تقدیر و تشکر را داشته باشم.
چکیده
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیلهی 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 کنترلکننده 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 آن‌ها را تعیین می‌کند.
نتایج شبیه‌سازی کنترل STATCOM به وسیله‌ی ساختار فوق نشان می‌دهد که علاوه بر بهبود ولتاژ در زمان خطا در لحظهی راه‌اندازی توربین بادی نیز زمان نشست کم می‌شود. همچنین با توجه به کد شبکهی Nordic بهبود ولتاژ به وسیله STATCOM مانع از انفصال توربین بادی از شبکه می‌شود.
واژه‌های کلیدی:کنترل‌کننده پیش بین توان مستقیم، کنترل فازی، حلقه بسته فاز ، قابلیت عبور از ولتاژ کم،STATCOM ، بهینه سازی
فهرست مطالب
TOC \o “1-3” \h \z \u1. فصل اول: مقدمه PAGEREF _Toc374604953 \h 11-1- ضرورت احتیاج به تحقیق PAGEREF _Toc374604954 \h 21-2- هدف تحقیق و اهمیت آن PAGEREF _Toc374604955 \h 31-3- بخش‌های پایان‌نامه PAGEREF _Toc374604956 \h 32. فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام‌شده PAGEREF _Toc374604957 \h 52-1- مقدمه PAGEREF _Toc374604958 \h 62-2- مروری بر ادبیات موضوع PAGEREF _Toc374604959 \h 63. فصل سوم: توربین بادی و کدهای شبکه PAGEREF _Toc374604960 \h 93-1- مقدمه PAGEREF _Toc374604961 \h 103-2- توربین بادی PAGEREF _Toc374604962 \h 103-2-1- توربین‌های بادی سرعت ثابت PAGEREF _Toc374604963 \h 123-2-2- توربین بادی سرعت متغیر محدودشده PAGEREF _Toc374604964 \h 133-2-3- توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویه PAGEREF _Toc374604965 \h 143-2-4- توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح PAGEREF _Toc374604966 \h 143-3- جریان خطای توربین بادی PAGEREF _Toc374604967 \h 153-3-1- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابت PAGEREF _Toc374604968 \h 153-3-2- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشده PAGEREF _Toc374604969 \h 163-3-3- جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه PAGEREF _Toc374604970 \h 163-3-4- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح PAGEREF _Toc374604971 \h 173-4- کد شبکه PAGEREF _Toc374604972 \h 183-4-1- معیار توان اکتیو و راکتیو PAGEREF _Toc374604973 \h 193-4-2- معیار فرکانس PAGEREF _Toc374604974 \h 213-4-3- معیار ولتاژ PAGEREF _Toc374604975 \h 223-5- راه‌حل‌های عبور از ولتاژ کم PAGEREF _Toc374604976 \h 244. فصل چهارم: کنترل پیش بین توان مستقیم STATCOM PAGEREF _Toc374604977 \h 264-1- مقدمه PAGEREF _Toc374604978 \h 274-2- حلقه بسته فاز PAGEREF _Toc374604979 \h 284-2-1- روش قاب مرجع سنکرون تحت شرایط عدم تعادل PAGEREF _Toc374604980 \h 294-2-2- بررسی روش قاب مرجع در شرایط عدم تعادل PAGEREF _Toc374604981 \h 304-2-3- قاب مرجع دوتایی مجزا سنکرون PAGEREF _Toc374604982 \h 334-2-4- روش قاب مرجع دوتایی سنکرون بهینه شده PAGEREF _Toc374604983 \h 384-3- منطق فازی PAGEREF _Toc374604984 \h 424-3-1- مفاهیم و اصطلاحات PAGEREF _Toc374604985 \h 424-3-2- توابع عضویت PAGEREF _Toc374604986 \h 434-3-3- متغیر زبانی PAGEREF _Toc374604987 \h 454-3-4- سیستم استنتاجی PAGEREF _Toc374604988 \h 464-3-5- غیر فازی ساز PAGEREF _Toc374604989 \h 474-3-6- تنظیم کردن پارامترهای کنترل فازی PAGEREF _Toc374604990 \h 494-4- بهینه‌سازی فازی تطبیقی گروه تجمع ذرات PAGEREF _Toc374604991 \h 504-4-1- مقدمه PAGEREF _Toc374604992 \h 504-4-2- الگوریتم بهینه‌سازی گروه ذرات PAGEREF _Toc374604993 \h 504-4-3- الگوریتم بهینه‌سازی فازی تطبیقی تجمع ذرات PAGEREF _Toc374604994 \h 524-5- معرفی STATCOM PAGEREF _Toc374604995 \h 554-5-1- مشخصه ولتاژ-جریان PAGEREF _Toc374604996 \h 564-5-2- مدل حالت دائم STATCOM PAGEREF _Toc374604997 \h 574-6- منابع ذخیره انرژی PAGEREF _Toc374604998 \h 604-6-1- باتری PAGEREF _Toc374604999 \h 614-6-2- چرخ طیار PAGEREF _Toc374605000 \h 614-6-3- ابررسانا PAGEREF _Toc374605001 \h 624-7- کنترل پیش بین PAGEREF _Toc374605002 \h 624-7-2- کنترل پیش بین در مبدل قدرت و درایو PAGEREF _Toc374605003 \h 644-7-3- چرا کنترل پیش بین برای الکترونیک قدرت مناسب است؟ PAGEREF _Toc374605004 \h 664-7-4- کنترل پیش بین برای مبدل سه فاز PAGEREF _Toc374605005 \h 684-7-5- رفتار دینامیکی مبدل DC-ACبه شبکه PAGEREF _Toc374605006 \h 694-7-6- کنترل پیش بین مبدل DC-AC بر اساس روش 3+3 PAGEREF _Toc374605007 \h 745. فصل پنجم: نتایج شبیه‌سازی PAGEREF _Toc374605008 \h 785-1- مقدمه PAGEREF _Toc374605009 \h 795-2- شبکه مورد مطالعه PAGEREF _Toc374605010 \h 795-3- شناسایی اندازه و زاویه ولتاژ در شرایط خطا به وسیله‌ی ODDSRF-PLL PAGEREF _Toc374605011 \h 805-4- ایجاد مرجع توان راکتیو توسط کنترل فازی PAGEREF _Toc374605012 \h 815-5- بهبود ولتاژ باس توربین بادی توسط P-DPC نوع 3+3 PAGEREF _Toc374605013 \h 846. فصل ششم: جمع‌بندی و پیشنهادها PAGEREF _Toc374605014 \h 886-1- مقدمه PAGEREF _Toc374605015 \h 896-2- راهکارهای پیشنهادی ادامه‌ی کار بهتر PAGEREF _Toc374605016 \h 897. مراجع PAGEREF _Toc374605017 \h 91
فهرست شکل‌ها
TOC \h \z \t “زیرنویس شکل” \cشکل 3-1 شماتیک توربین بادی سرعت ثابت PAGEREF _Toc375229484 \h 12شکل 3-2 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده PAGEREF _Toc375229485 \h 13شکل 3-3 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIG PAGEREF _Toc375229486 \h 14شکل 3-4 شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح PAGEREF _Toc375229487 \h 15شکل 3-5 ضریب توان برای توان‌های بالاتر از 100 مگاوات در کد شبکه آلمان PAGEREF _Toc375229488 \h 20شکل 3-6 شرایط کاری توربین بادی با توجه به اندازه فرکانس در کدهای مختلف شبکه PAGEREF _Toc375229489 \h 22شکل 3-7 مقایسه معیار ولتاژ برای توربین بادی در سه کد آلمان ،دانمارک و سوئد PAGEREF _Toc375229490 \h 23شکل 4-1 شماتیک SRF PAGEREF _Toc375229491 \h 29شکل 4-2 توالی مثبت و منفی ولتاژ در حالت عدم تعادل ولتاژ PAGEREF _Toc375229492 \h 34شکل 4-3 سلول جداکننده PAGEREF _Toc375229493 \h 37شکل 4-4 شماتیک کلی DDSRF PAGEREF _Toc375229494 \h 37شکل 4-5 شماتیک ODDSRF-PLL PAGEREF _Toc375229495 \h 38شکل 4-6 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای پرش فاز40 درجه. PAGEREF _Toc375229496 \h 39شکل 4-7 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت اول. PAGEREF _Toc375229497 \h 39شکل 4-8 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای دو فاز به زمین. PAGEREF _Toc375229498 \h 40شکل 4-9 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت دوم. PAGEREF _Toc375229499 \h 40شکل 4-10 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای سه فاز به زمین. PAGEREF _Toc375229500 \h 41شکل 4-11 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت سوم. PAGEREF _Toc375229501 \h 41شکل 4-12 دسته بندی توابع عضویت PAGEREF _Toc375229502 \h 43شکل 4-13 اجزای سیستم فازی PAGEREF _Toc375229503 \h 46شکل 4-14 کلاسه بندی غیر فازی ساز PAGEREF _Toc375229504 \h 47شکل 4-15 اساس کار الگوریتم PSO PAGEREF _Toc375229505 \h 51شکل 4-16 توابع عضویت برای NBF ، NBU ، ، و PAGEREF _Toc375229506 \h 53شکل 4-17 فلوچارت AFPSO PAGEREF _Toc375229507 \h 54شکل 4-18 مشخصه ولتاژ-جریان STATCOM PAGEREF _Toc375229508 \h 56شکل 4-19 شماتیک STATCOM به همراه قابلیت در تولید یا تزریق توان اکتیو راکتیو PAGEREF _Toc375229509 \h 57شکل 4-20 شماتیک STATCOM به همراه بردارهای ولتاژ خروجی STATCOM و شبکه PAGEREF _Toc375229510 \h 58شکل 4-21 انواع کنترل‌کننده‌ها برای مبدل PAGEREF _Toc375229511 \h 65شکل 4-22 قابلیت‌های کنترل پیش بین PAGEREF _Toc375229512 \h 67شکل 4-23 انواع مختلف کنترل پیش بین PAGEREF _Toc375229513 \h 69شکل 4-24 شماتیک مبدل DC-AC PAGEREF _Toc375229514 \h 70شکل 4-25 شمای ساده‌شده‌ی مبدل DC-AC PAGEREF _Toc375229515 \h 70شکل 4-26 بردارهای 8 گانه مدولاسیون SVM PAGEREF _Toc375229516 \h 73شکل 4-27 تغییرات توان اکتیو راکتیو به وسیله‌ی اعمال بردارهای 8 گانه ولتاژ PAGEREF _Toc375229517 \h 76شکل 4-28 نحوه‌ی اعمال بردارهای سه گانه انتخاب‌شده برای کنترل P-DPC PAGEREF _Toc375229518 \h 77شکل 5-1 شماتیک شبکه شبیه‌سازی شده PAGEREF _Toc375229519 \h 79شکل 5-2 کمینه شدن تابع هزینه ITAE PAGEREF _Toc375229520 \h 81شکل 5-3 اندازه ولتاژ مؤلفه‌های d و q پس از بهینه‌سازی ODDSRF PAGEREF _Toc375229521 \h 81شکل 5-4 نحوه‌ی اتصال ODDSRF-PLL ،FLC و P-DPC به یکدیگر PAGEREF _Toc375229522 \h 83شکل 5-5 الف) توان راکتیو تولیدشده با توجه به خطا و تغییرات خطای ولتاژ ب)میزان توان راکتیو مرجع بدست آمده PAGEREF _Toc375229523 \h 83شکل 5-6 پروفیل ولتاژ باس توربین بادی قبل و پس از اعمال STATCOM PAGEREF _Toc375229524 \h 85شکل 5-7 مدت زمان تحمل ولتاژ های توربین بادی بر حسب ولتاژ بر اساس Nordic grid code PAGEREF _Toc375229525 \h 86شکل 5-8 الگوریتم کلی برای بهینه کردن عملکرد کنترل پیش بین PAGEREF _Toc375229526 \h 87
فهرست جدول‌ها
TOC \h \z \t “بالانویس جدول” \cجدول 3-1 مقایسه مزایا و معایب توربین بادی سرعت ثابت و متغیر PAGEREF _Toc367687434 \h 11جدول 3-2 مقایسه ضریب توان توربین بادی در کدهای شبکه PAGEREF _Toc367687435 \h 19جدول 5-1 قواعد فازی برای ضریب یادگیری PAGEREF _Toc367687436 \h 53جدول 5-2 قواعد فازی برای ضریب یادگیری PAGEREF _Toc367687437 \h 53جدول 5-3 قواعد فازی برای PAGEREF _Toc367687438 \h 54جدول 6-1 نمونه‌هایی از کاربردهای کنترل پیش بین PAGEREF _Toc367687439 \h 63جدول 6-2 اندازه بردارهای ولتاژ 8 گانه بر روی محورهای قاب ساکن PAGEREF _Toc367687440 \h 73جدول 6-3 بردارهای انتخاب‌شده برای اعمال آن به کنترل پیش بین توان مستقیم PAGEREF _Toc367687441 \h 76جدول 7-1 پارامترهای ثابت شبکه PAGEREF _Toc367687442 \h 80جدول 7-2 قواعد فازی برای تولید توان راکتیو مرجع به وسیله‌ی خطا و تغییرات خطای ولتاژ PAGEREF _Toc367687443 \h 83جدول 7-3 مقایسه‌ی ولتاژ باس توربین بادی قبل و بعد اعمال STATCOM PAGEREF _Toc367687444 \h 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
FACTSFlexible AC Transmission Sys–s
FLC Fuzzy Logic Controller
FOMFirst Of Maximum
FRT Fault Ride Through
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
ISC Instantaneous Symmetrical Components
GTO Gate Turn-Off
LOMLast Of Maximum
LVRT Low Voltage Ride Through
ODDSRF Optimized Double Decouple Synchronous Reference Frame
PDPC Predictive Direct Power Control
PLL Phase Locked Loop
PSOParticle Swarm Optimizatiom
RSC Rotor Side Converter
SOA Center Of Average
SRF Synchronous Reference Fram
STATCOM Static Synchronous Compensator
SVCStatic Var Compensator
SVM Space Vector Modulation
TSR Tip Speed Ratio
UFUnchanged Fitness
VOC Voltage Oriented Control
VSC Voltage Source Converter
VSWT Variable speed wind turbine
WRIG Wounded Rotor Induction Generator
فصل اول: مقدمهضرورت احتیاج به تحقیقدر 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) 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.
هدف تحقیق و اهمیت آنبا 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) به منظور تنظیم پارامتر های کنترل فازی به منظور بهبود عملکرد کنترل‌کننده پیش بین.
بخش‌های پایان‌نامهپایاننامه 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 آن‌ها توسط کدهای شبکه بیان خواهد شد. فصل چهارم به بیان ساختاری کنترل پیشنهادی می پردازد که شامل ODDSRF-PLL ، کنترل‌کننده فازی (FLC) بهینه شده با الگوریتم AFPSO و و روش کنترل پیش بین توان مستقیم (PDPC) می باشد . در فصل پنجم نتایج شبیهسازی و تحلیل نتایج ارائه میگردد و در انتها در فصل ششم، نتیجهگیری از تحقیق و پیشنهاد‌ها برای پژوهشهای آینده بیان میگردد.
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام‌شدهمقدمهاین بخش به مروری کلی بر مقالات مربوط به روش‌های بهبود قابلیت عبور از ولتاژ کم (LVRT) 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.
مروری بر ادبیات موضوعدر 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 شبکهای 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) 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) 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 سری و موازی تقسیم می‌شود. یکی از دستگاه‌هایی که براساس مبدل کنترل ولتاژ(VSC) عمل می‌کند و به واسطهی ترانس کوپل به صورت سری روی خط قرار می‌گیرد، باز یابنده دینامیکی ولتاژ((DVR نام دارد. در مرجع ]6[ از DVR به عنوان ابزاری برای بهبود قابلیت LVRT)) 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) استفاده‌شده است. متداول‌ترین ادوات موازی FACTS برای بهبود قابلیت LVRT ، جبران‌کننده استاتیک توان راکتیو ((SVC و جبرانکننده استاتیک سنکرون (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 استفاده 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) 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 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.
فصل سوم: توربین بادی و کدهای شبکهمقدمهاخیراً توربینهای بادی موظف شده اند در شرایط خطا در شبکه متصل بمانند. این قابلیت را قابلیت عبور از خطا (FRT) می نامند. در نظر گرفتن قابلیت FRT، باعث تکامل در ساخت توربین بادی شده است [20]. متصل باقی ماندن توربین بادی به شبکه در حین خطا، باعث تزریق جریان اتصال کوتاه به شبکه می‌شود که این پدیده باعث تعیین اندازه اجزای شبکه قدرت و یا تنظیمات رله حفاظتی می‌شود. این فصل به انواع ساختارهای توربین بادی که نصب‌شده در سیستم قدرت ، می‌پردازد. در انتها نیازمندی‌ها و الزامات بر روی FRT بیان خواهد شد.
توربین بادیاز یک نگاه توربین بادی به دو نوع سرعت ثابت و سرعت متغیر تقسیم می‌شود. در نوع سرعت ثابت، پره‌ها با سرعت ثابت می‌چرخند که این سرعت به نسبت تبدیل دنده، فرکانس شبکه ، سرعت باد و تعداد قطب‌های ژنراتور بستگی دارد. همچنین حداکثر بازده تنها در سرعت خاص محقق می‌شود ،بنابراین در سرعت‌های دیگر بازده کاهش پیدا می‌کند. علاوه بر این برای حفاظت توربین بادی از بادهای تند از کنترل ارودینامیکی پره‌ها استفاده می‌شود. در این نوع توربین بادی توان منتقل‌شده نوسانات زیادی را در خود دارد، این مسئله می‌تواند باعث نوسانات در شبکه شود. برای برطرف کردن این مشکل، از طراحی‌های مکانیکی برای کنترل تنش مکانیکی استفاده کرده‌اند .
از طرفی دیگر توربین بادی سرعت متغیر، بیش‌ترین بازده را برای جذب حداکثر توان در محدوده وسیعی از سرعت باد را دارد. توربین بادی سرعت چرخش خود را با توجه به تغییر در سرعت باد تنظیم می‌کند تا بیش‌ترین انرژی را باد را از باد جذب کند. برای داشتن سرعت متغیر در روتور،
مقایسه مزایا و معایب توربین بادی سرعت ثابت و متغیرنوع منافع
معایب
سرعت متغیر بازده بالا
کاهش تنش مکانیکی افزایش هزینه
سیستم کنترلی پیچیده
سرعت ثابت سادگی و قابلیت اطمینان بالا
هزینه کم ساخت و نگهداری تنش مکانیکی بالا
نوسانات زیاد در توان تولیدی
توربین به وسیله دو مبدل به شبکه متصل می‌شود. بدین ترتیب مبدل وظیفه کنترل سرعت ژنراتوری را دارد که به صورت مکانیکی به پره وصل است جدول (3-1) مزیتها و معایب هر یک از توربینهای بادی سرعت ثابت و توربین بادی سرعت متغیر را بیان کرده است.
توربین بادی سرعت متغیر قابلیت‌هایی مانند: خروجی بهتر، قابلیت بهبود کیفیت توان و کاهش تنش مکانیکی را داراست]21[. همچنین معایب آن افزایش هزینه بالای ساخت است. ولی به هر حال هزینه اضافی با بیشتر شدن انرژی تولیدی جبران می‌شود. علاوه بر آن بهره‌برداری نرم به وسیله مبدل تنش مکانیکی را کم می‌کند. این دلایل باعث می‌شود کارخانه‌های تولید توربین بادی، تمایل بیشتری برای تولید توربین بادی سرعت متغیر با هزینه تولیدی کمتر دارند.
توربین بادی تجاری با توجه به سرعت ثابت و متغیر بودن و نوع مبدل بکار رفته در آن‌ها (مبدل نیمه سطح، مبدل تمام سطح) به چهار دسته کلی تقسیم می‌شوند.
توربین‌های بادی سرعت ثابتبا توجه به شکل (3-1) ،توربین‌های بادی سرعت ثابت که مجهز به ژنراتور القایی با قفسه سنجابی(SCIG) که به وسیله ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ به شبکه متصل می‌شوند. در این نوع توربین بادی شافت ژنراتور بوسیله توربین بادی حرکت می کند و استاتور نیز به شبکه وصل است. به دلیل شیب تند مشخصه لغزش-گشتاور ژنراتور القایی با قفسه سنجابی، سرعت به طور تقریبی ثابت وابسته به فرکانس است.
توربین سرعت ثابت برای جلوگیری از جریان لحظه‌ای زیاد از شروع‌کننده نرم استفاده می‌کند. اگر بدون شروع‌کننده نرم به شبکه متصل شود، توربین بادی سرعت ثابت توانایی جذب نوسانات توان را در انرژی جنبشی روتور ندارد. نتیجه آن به صورت نوسانات در گشتاور و توان تولیدی ظهور پیدا می‌کند. نوسانات گشتاور نیز باعث ایجاد تنش روی درایو توربین می‌شود و در نتیجه شاهد نوسانات ولتاژ شبکه خواهیم بود.
برای جلوگیری از جذب توان راکتیو توسط توربین بادی خازن‌های بین توربین بادی و ترانسفورماتور نصب می‌شود. همچنین در حین افت ولتاژ شدید توربین بادی توان راکتیو بسیار زیادی را از شبکه طلب می‌کند. این مسئله باعث افزایش سرعت ژنراتور و قطع آن از شبکه می‌شود.

شماتیک توربین بادی سرعت ثابتتوربین بادی سرعت متغیر محدودشدهدر این نوع توربین بادی از ژنراتور القایی با روتور سیم‌پیچی شده (WRIG) استفاده‌شده است. همچنین مقاومت خارجی متغییری به وسیله مبدل به روتور ژنراتور متصل شده است. به وسیله‌ی کنترل مبدل مقدار مقاومت اعمالی مشخص می‌شود. شماتیک این از توربین بادی در شکل (3-2) آمده است.
با افزایش مقاومت روتور حداکثر گشتاور مشخصه گشتاور-لغزش به سمت لغزش بیشتر و سرعت بیشتر تمایل پیدا می‌کند. در نتیجه با فرض مقدار توان ثابت سرعت افزایش خواهد یافت. در این نوع توربین بادی حداکثر سرعت می‌تواند به اندازه 10 درصد از بیش‌ترین محدوده لغزش بیشتر باشد. البته این مقدار به وسیله توان گرمایی تلف‌شده در مقاومت خارجی، محدود می‌شود.
از معایب آن می توان به محدودیت در سرعت، عدم توانایی در کنترل توان راکتیو طرف شبکه و بازده کم به دلیل مقاومت خارجی است . همچنین برتری آن نسبت به نوع سرعت متغیر در قیمت کمتر و سادگی آن است ]22[.

شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده
شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIGتوربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویهدر این نوع توربین بادی از DFIG استفاده ‌شده است . استاتور (stator) آن به صورت مستقیم به شبکه متصل شده است. روتور نیز به وسیله مبدل پشت به پشت به شبکه وصل شده است. برای اتصال توربین و مبدل پشت به پشت از ترانسفورماتور سه سیم‌پیچه استفاده‌شده است. شمای کلی این نوع از توربین بادی در شکل 3-3 آمده است.
توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطحدر این نوع از توربین بادی اتصال به شبکه توسط مبدل پشت به پشت تمام سطح صورت می‌پذیرد. ژنراتور هم می‌تواند القایی و هم سنکرون باشد.

شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطحدر این نوع توربین بادی RSC وظیفه کنترل سرعت ژنراتور را بر عهده دارد تا حداکثر توان از باد اخذ شود. از طرفی مبدل طرف شبکه (GSC) وظیفه کنترل ولتاژ را بر عهده دارد. به طور کلی این نوع قابلیت بیشتری را در تولید توان حداکثر از باد ایجاد می‌کند. علاوه بر آن قابلیت بهبود بیشتر ولتاژ در شرایط خطا را دارد. شمای کلی این نوع توربین بادی در شکل 3-4 آمده است.
جریان خطای توربین بادیدر حین خطا توربین‌های بادی جریان خطای مختلفی را به شبکه تزریق می‌کنند،که بر حسب نوع توربین بادی متفاوت است.
مروری مختصر بر انواع جریان اتصال کوتاه بر حسب نوع توربین بادی در قسمت‌های بعد آمده است [21].
جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابترفتار مدار اتصال کوتاه توربین بادی سرعت ثابت با ژنراتور القایی قفسه سنجابی، براساس دینامیک ژنراتور تعیین می‌شود. در صورت بروز خطای متقارن جریان اتصال کوتاه از دو قسمت متناوب و ثابت تشکیل می‌شود. این دو مقدار با توجه به ثابت زمانی گذرای استاتور و روتور مستهلک می‌شود. معمولاً جریان اتصال کوتاه به وسیله‌ی راکتانس گذرا محدود می‌شود و مقدار بیشینه آن معمولاً 5 تا 9 برابر جریان نامی ژنراتور است[21].
جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشدهرفتار مدار اتصال کوتاه این توربین مشابه نوع قبلی است با این تفاوت که مقاومت خارجی متصل به روتور باعث میرا شدن سریع تر جریان اتصال کوتاه می‌شود.
جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیهدر لحظه‌ای که اتصال کوتاه در شبکه اتفاق می‌افتد. جریان زیادی در استاتور و روتور القا می‌شود. به صورت نظری، RSC می‌تواند با اندازه بزرگ‌تر ساخته شود که این راهکار باعث افزایش هزینه می‌شود و مقرون به صرفه نیست. از دیگر راهکارها حفاظت RSC در مقابل جریان اتصال کوتاه به وسیله مقاومت خارجی به نام مقاومت اهرم است.
از روش‌های مدرن استفاده از چاپرdc است ،که در شکل (3-3) نمایش داده شده است. با این روش در لحظه خطا کلیدهای RSC قطع می‌شود و جریان از طریق کلید دیودهای غیر موازی روانه خازن میانی می‌شود. وظیفه چاپرdc در این لحظه تنظیم ولتاژ dc است.
رفتار اتصال کوتاه ژنراتور دو سویه با حفاظت crowbar ،بستگی به این دارد که crowbar در لحظه خطا فعال هست یا غیرفعال.
وقتی crowbar فعال است ژنراتور کنترلی بر جریان ندارد. در این حال می‌توان DFIG را به صورت ژنراتور القایی در نظر گرفت. با این تفاوت که مقاومت روتور می‌تواند تا 20 برابر مقامت حالت پیشین می‌شود.
مقامت بسیار زیاد crowbar، باعث میرا می‌شود جریان متناوب در DFIGسریع‌تر از جریان در SCIG میرا شود. زمانی که RSC دوباره وصل می‌شود، وظیفه‌ی کنترل جریان استاتور را بر عهده می‌گیرد. در این صورت DFIG به صورت منبع جریان ثابت در نظر گرفته می‌شود.
آنالیز جریان اتصال کوتاه DFIG با چاپرdc توجه کمی شده است. اما برای تحلیل خطای متقارن ، خازن میانی و چاپر به عنوان مقاومت معادل در نظر گرفته میشود. همچنین این مقاومت معادل وابسته به بارگذاری اولیه ژنراتور و مقدار افت ولتاژ بستگی دارد.
در شرایط خطای نامتقارن RSC و چاپرdc در لحظه خطا فعال است. زیرا در حین خطا نامتقارن توالی منفی در ولتاژ ایجاد می‌شود که این مؤلفه میرا نمی‌شود ، در این شرایط ولتاژ به وجود آمده بالاتر مقداری است که RSC آن را کنترل کند. در نتیجه چاپرdc فعال می‌شود و برای تحلیل حالت گذرا هر دو را باید باهم در نظر گرفت.
جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطحتوربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح در حین خطا، با توجه به قابلیت کنترلی GSC، جریان تزریقی به شبکه محدود خواهد شد و یا حداکثر کمی بالاتر از مقدار نامی خواهد بود. البته در حین افت ولتاژ شدید کلیدها قطع خواهد بود.
کد شبکهدر سال‌های اخیر انرژی تولیدشده از باد، به صورت فزاینده‌ای در حال افزایش است. بنابراین توربین‌های بادی امروزی، نقش بسیار مهمی در انرژی تولیدشده دارند. در همین راستا مزرعه‌های بادی توربین‌های بیشتری را در بر می‌گیرد. علاوه بر آن هر توربین بادی هم در اندازه و هم از لحاظ ساختاری و فناوری پیشرفت شگرفی برای گرفتن انرژی حداکثر از باد داشته است. افزایش ظرفیت و تعداد توربین بادی به معنای افزایش نفوذ نیروگاه‌های بادی در شبکه است.
نیروگاه‌های سنتی مانند: نیروگاه آبی ،گازی و بخار معمولاً از ژنراتور سنکرون تشکیل‌شده‌اند. با توجه به مشخصات ژنراتور سنکرون و کنترل‌پذیری محرک اولیه آن، کنترل ولتاژ و فرکانس هم در حالت گذرا و هم در حالت مانا امکان‌پذیر است. با توجه به نقش نیروگاه‌های سنتی ، افزایش نفوذ نیروگاه‌های بادی در شبکه به معنای جایگزینی نیروگاه بادی به جای نیروگاه‌هایی که به صورت سنتی وظیفه‌ی کنترل و پایدار کردن شبکه را داشته‌اند، است.
بنابراین بهره‌برداران شبکه تصمیم گرفتند تغییراتی در الزامات اتصال نیروگاه‌هایی مانند نیروگاه بادی بدهند. در گذشته با توجه به اینکه توربین‌های بادی نبوده یا سطح نفوذ نیروگاه بادی نسبت به نیروگاه‌های سنتی کم بوده، اتصال و انفصال آن‌ها به شبکه تأثیر چندانی بر پایداری شبکه نداشت و نیروگاه بادی می‌توانست در شرایط غیرعادی از شبکه جدا شود. پس از دهه‌ی 80 ، با توجه به بالا رفتن ظرفیت توربین بادی و نیز جایگزینی آن‌ها با نیروگاه‌های سنتی قوانین اتصال و انفصال به شبکه تغییر پیدا کرده است. در طول دههی 90 هماهنگی بین قوانین اتصال بین کشورهای مختلف مانند: دانمارک و آلمان به وجود آمد.
مقررات شبکه، به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود]1[. بعضی قسمت‌های مربوط به پایداری به صورت زیر خلاصه می‌شود.
معیار توان اکتیو و راکتیواز دید بهره‌بردار شبکه قدرت، کنترل توان اکتیو تولیدی به دو دلیل مهم است. 1- برای جلوگیری از انحراف فرکانس در شرایط نرمال 2- حفظ پایداری گذرای ولتاژ در طول شرایط خطا
توان اکتیو بالاخص برای پایداری ولتاژ و پایداری گذرا در حین خطا، مفید است. اگر در شرایط خطا توان تولیدی توربین بادی کم شود، از افزایش سرعت توربین در شرایط خطا جلوگیری به عمل می‌آید.از نگاه دیگر وقتی توربین بادی توان اکتیو خود را در حین خطا کم می‌کند، ظرفیت تولید توان راکتیو بیشتری را ایجاد می‌کند که این باعث جلوگیری از افزایش افت ولتاژ می‌شود.
تأمین و جذب توان راکتیو برای کنترل ولتاژ امری ضروری است. در نظر نگرفتن جذب و تولید توان راکتیو به معنای فراموش کردن اثر توربین بادی در کنترل ولتاژ است. اما کنترل ضریب توان نقش بسزایی را در تعیین توان تولیدی و یا جذبی دارد. همچنین توربین‌های بادی معمولاً حداکثر انرژی را از باد جذب می‌کنند. با توجه به اینکه اینرسی بالایی دارند به صورت ملایم قادر به کاهش توان اکتیو خود هستند. از طرفی دیگر توربین‌های بادی به منظور جذب حداکثر انرژی از باد بایستی قدرت کنترل توان اکتیو در مدت زمان کم را داشته باشند.با توجه به مطلب فوق ، توربین بادی می‌تواند توان راکتیو مناسبی را در حداقل زمان ممکن به شبکه بدهد. جدول (3-2) زیرمجموعه داده‌هایی است به منظور نشان دادن ضریب توان برای توربین بادی بر اساس کدهای مختلف شبکه است.
مقایسه ضریب توان توربین بادی در کدهای شبکه
کشور توان اکتیو راکتیو
اسکاتلند 0.85 پس فاز تا 0.95پیش فاز
دانمارک P%10+1 یا %10-1
ایرلند 0.85 پس فاز تا 0.93 پیش فاز برای %100 توان
0.4 پس فاز تا 0.7 پیش فاز برای %35 توان
آلمان 0.95 پس فاز تا 0.95 پیش فاز برای توان‌های زیر 100 مگاوات

ضریب توان برای توان‌های بالاتر از 100 مگاوات در کد شبکه آلمانبا توجه به اینکه توربین بادی با ظرفیت کم قدرت بالایی در تأمین توان راکتیو دارد ولی تعداد بالای این توربین‌های بادی هزینه‌ی قابل‌ملاحظه‌ای را بجا می‌گذارد.
در کد شبکه آلمان برای توانهای توربین بادی با ظرفیت بالاتر از 100 مگاوات، ضریب توان به ولتاژ وابسته است که این وابستگی در شکل (3-5) نشان داده شده است. در شکل (3-5) ولتاژ نامی برای توربین‌های بادی ساحلی 380، 220 و 110 کیلو است. حال آنکه ولتاژ نامی برای توربین‌های بادی دور از ساحلی 155 کیلوولت است.
معیار فرکانسبه طور سنتی نیروگاه‌های برق از ژنراتورهای بزرگ سنکرون استفاده می‌کنند. این ماشینهای سنکرون در مقابل تغییرات بار و تغییرات فرکانس با مسائل پایداری روبرو هستند. در حالت اضافه‌بار ماشین سنکرون با کاهش سرعت مواجه است. این کاهش سرعت باعث کاهش فرکانس می‌شود که نتیجه آن می‌تواند به ناپایداری منجر شود. نوسانات فرکانس می‌تواند از عامل‌هایی مانند: از دست رفتن خط انتقال ، نوسانات در بار و خارج‌شده نیروگاه است. تغییرات فرکانس تأثیر روی ماشین‌های مجاور دارد.
نیروگاه بادی باید نوسانات فرکانس را در شرایط بهره‌برداری عادی تحمل کند. شکل(3-6) نشان‌دهنده چگونگی عملکرد توربین بادی در شرایط مختلف فرکانسی در کدهای مختلف شبکه است.
چون در طول خطا نوسانات فرکانس به وجود می‌آید. مطلوب این است که در حین خطا توربین بادی در مقابل محدوده‌ی وسیع فرکانس مقاوم باشد، زیرا ممکن است در شرایط بعد از خطا شرایط بدتر شود و باعث انفصال توربین بادی از شبکه شود. به هر صورت تغییرات گسترده فرکانس تأثیر زیادی بر توربین بادی سرعت ثابت دارند. با توجه به اینکه سرعت چرخش توربین به نسبت سرعت نوک (TSR) بستگی دارد در نتیجه سرعت حرکت توربین به فرکانس بستگی دارد . اما در توربین‌های بادی دو سویه ژنراتور القایی سرعت حرکت مستقل از تغییرات فرکانس است.

شرایط کاری توربین بادی با توجه به اندازه فرکانس در کدهای مختلف شبکه [1]معیار ولتاژنوسانات ولتاژ در سیستم قدرت تحت تأثیر عواملی مانند: تغییرات بار و خطا صورت می‌پذیرد برای جلوگیری از خروج بعضی از واحدهای تولید برق، باند تغییرات ولتاژ برای بهره‌برداری تنظیم شده است. حداقل ولتاژ تعیین‌شده به دو عامل بستگی دارد. اول، مقدار نوسانات ولتاژی که توربین بادی تحمل می‌کند تا از شبکه جدا نشود. دوم ، زمان و چگونگی انفصال توربین بادی از شبکه است.
شکل (3-7) نشاندهنده مقایسهای از معیار ولتاژ در سه کد شبکه است. اگر اندازه ولتاژ در باس توربین بادی زیر خط رسم شده باشد، آنگاه بهره‌بردار توربین بادی حق دارد، توربین بادی را از شبکه جدا کند.
در هنگام خطا به دلیل تغییرات ولتاژ جریان زیادی در مبدل‌های توربین بادی القا میشود ، که جریان زیاد موجب آسیب رساندن به مبدل‌ها می شود. بنابراین مبدل‌ها باید قادر به تحمل اضافه جریانی بیشتر از مقدار نامی خود باشند.

مقایسه معیار ولتاژ برای توربین بادی در سه کد آلمان ،دانمارک و سوئد [1]راه‌حل‌های عبور از ولتاژ کم
به طور کلی راه‌حل‌های پیشنهادی بر اساس نوع توربین بادی ارائه می‌شود. با توجه به اینکه در این پایان‌نامه از توربین بادی با سرعت متغیر استفاده‌شده است، در نتیجه در این قسمت به راه‌حل‌های بهبود ولتاژ برای توربین بادی با سرعت متغیر بسنده خواهد شد.
در توربین بادی با سرعت متغیر، به دلیل اتصال مستقیم استاتور با شبکه هر گونه اغتشاش بزرگ در شبکه به صورت جریان گذرا شدید در توربین بادی دیده می‌شود. این جریان گذرا در استاتور، جریان ولتاژ بزرگی را در سیم‌پیچ روتور القا می‌کند. افزایش سرعت در روتور توربین باعث انتقال انرژی به خازن واسط و بالا رفتن ولتاژ آن می‌شود.
برای حفاظت از این اضافه ولتاژ و جریان ، این نوع از توربین‌های بادی حتماً باید به دستگاه‌های گوناگونی از قبیل اهرم مجهز شوند. اهرم وظیفه دارد، پس از تشخیص خطا قسمت مبدل طرف روتور را غیرفعال کند، در این صورت توربین بادی با سرعت متغیر به صورت یک ژنراتور القایی عمل می‌کند.
با توجه به اینکه اهرم هم در لحظه خطا و هم در لحظه بر طرف شدن خطا فعال می‌شود، اهرم به دو کلاس مجزا تقسیم می‌شود.
اهرم پسیو : در این نوع از اهرم از کلیدهای تایریستوری به همراه دیود موازی-معکوس برای اتصال کوتاه کردن روتور استفاده‌شده است. عیب این نوع اهرم عدم کنترل لازم برای غیرفعال کردن آن است.
اهرم اکتیو : در این نوع از اهرم از کلیدهای IGBT به همراه دیود آنتی پارالل برای اتصال کوتاه کردن روتور استفاده می‌شود. مزیت این نوع اهرم در از بین بردن جریان گذرا در کمتر از 100 میلی‌ثانیه است. همچنین مشکل اهرم پسیو را برای غیرفعال شدن برطرف کرده است.
به دلیل محدودیت در تأمین توان راکتیو با توجه به افزایش ظرفیت توربین بادی در سال‌های اخیر یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی استفاده از دستگاه‌های مجزای تأمین‌کننده توان راکتیو است. این نوع دستگاه‌ها شامل SVC و STATCOMمی‌شود. در این میان STATCOM به دلیل تولید توان راکتیو مستقل از اندازه ولتاژ گزینه مناسب تری نسبت به SVC است [8].
فصل چهارم: کنترل پیش بین توان مستقیم STATCOMمقدمهدر دهه‌های اخیر به منظور کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی، به منابع تولید پاک از جمله توربین بادی توجه بیشتری شده است. در چندین سال اخیر در اروپا و آمریکا مقدار تولیدی توان از توربین بادی، به صورت چشمگیری افزایش یافته


کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله¬ی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT پایان نامه ها
قیمت: 11200 تومان

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 *