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

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

نگارش:
سیاوش بهشت‌آیین
استاد راهنما:
دكتر 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.
تأييديه‌ي صحت و اصالت نتايج
باسمه تعالي
اينجانب سیاوش بهشت‌آیین دانشجوي رشته برق قدرت گرایش سیستمهای انرژی مقطع تحصيلي فوق‌لیسانس به شماره دانشجويي 90114028
تأييد می‌نماید كليه نتايج اين پایان‌نامه/رساله، بدون هیچ‌گونه دخل و تصرف ، حاصل مستقيم پژوهش صورت گرفته توسط اينجانب است. در مورد اقتباس مستقيم و غیرمستقیم از ساير آثار علمي، اعم از كتاب، مقاله، پایان‌نامه با رعايت امانت و اخلاق علمي، مشخصات كامل منبع مذكور درج شده است.
در صورت اثبات خلاف مندرجات فوق، به تشخيص مقامات ذی‌صلاح دانشگاه صنعتي شيراز، مطابق قوانين و مقررات مربوط و آئين نامه‌های آموزشي، پژوهشي و انضباطي و … عمل خواهد شد و اينجانب حق هرگونه اعتراض و تجديدنظر را، نسبت به رأي صادره، از خود ساقط می‌کند. همچنين، هرگونه مسئوليت ناشي از تخلف نسبت به صحت و اصالت نتايج مندرج در پایان‌نامه/رساله در برابر اشخاص ذی‌نفع (اعم از حقيقي و حقوقي) و مراجع ذی‌صلاح (اعم از اداري و قضايي) متوجه اينجانب خواهد بود و دانشگاه صنعتي شيراز هیچ‌گونه مسئوليتي در این زمينه نخواهند داشت.
تبصره 1- كليه حقوق مادي اين اثر متعلق به دانشگاه صنعتي شيراز است.
تبصره 2- اينجانب تعهد می‌نماید بدون اخذ مجوز از دانشگاه صنعتي شيراز دستاوردهاي اين پایان‌نامه/ رساله را منتشر نكند و يا در اختيار ديگران قرار ندهد.
نام و نام خانوادگي دانشجو: سیاوش بهشت‌آیین
تاريخ و امضاء
مجوز بهره‌برداري از پايان‌نامه
کلیه حقوق مادی و معنوي مترتب بر نتایج پایان‌نامه متعلق به دانشگاه و انتشار نتایج نیز تابع مقرارت دانشگاهی است و با موافقت استاد راهنما به شرح زير، بلامانع است:
بهره‌برداري از اين پايان‌نامه/ رساله براي همگان بلامانع است.
بهره‌برداري از اين پايان‌نامه/ رساله با اخذ مجوز از استاد راهنما، بلامانع است.
بهره‌برداري از اين پايان‌نامه/ رساله تا تاريخ ……………………………… ممنوع است.
نام استاد يا اساتيد راهنما: دکتر محسن گیتی زاده
تاريخ:
امضا:

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

تشكر و قدرداني:
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.
چکيده
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.
واژه‌هاي كليدي: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- بخش‌هاي پایان‌نامه PAGEREF _Toc374604956 h 32. فصل دوم: مروري بر تحقيقات 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: جمع‌بندي و پيشنهادها 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 “زيرنويس 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

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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