توربین، ولتاژ، h، PAGEREF، راکتیو، کنترل‌کننده

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 “بالانويس 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.
بخش‌هاي 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: مروري بر تحقيقات 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 شبک

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

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