دانلود پروژه:تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                 صفحه

چکیده         …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

فصل اول (مقدمه )

• اهمیت موضوع …………………………………………………………………………………………………………….. 5

• مرور مقالات و کارهای صورت گرفته ………………………………………………………………………………..9

• نتيجه­گيري از مقالات مطالعه شده …………………………………………………………………………………….11

فصل دوم (قابلیت اطمینان سیستم قدرت)

2-1-        مفهوم قابليت اطمينان سيستم قدرت …………………………………………………………………………………14

• مدل قابلیت اطمینان ……………………………………………………………………………………………………….16

• ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل منابع تولید تجدیدپذیر …………………………………………………19

2-3-1- تکنیک محاسبه شاخص­های قابلیت اطمینان در سطح اول ………………………………………………….19

فصل سوم (مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی)

• انواع تکنولوژی­های تولید برق در نیروگاه­های بادی ……………………………………………………………23

3-1-1- نوع اول- نوع سرعت ثابت ……………………………………………………………………………………………24

3-1-2-نوع دوم- توربین با سرعت متغیر محدود مجهز به جعبه دنده چند مرحله­ای …………………………25

3-1-3- نوع سوم- نوع سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………………………………………25

3-1-4- نوع چهارم- تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم و مجهز به مبدل قدرت کامل ……………….26

3-1-5- نوع پنجم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29

3-1-6- نوع ششم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………………………………30

3-1-7- نوع هفتم- تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک …………………………………………………………………………………………………..31

3-2- چگونگی تولید برق توسط نیروگاه­های بادی …………………………………………………………………………32

3-2-1- مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی بر اساس تکنولوژی ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده …………………………………………………………………………………………………………………………………………………33

3-2-1-1- معرفی اجزای تشکیل دهنده واحد بادی و به دست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحد بر اساس خرابی اجزا ………………………………………………………………………………………………………………………………34

3-2-1-2- تأثیر عدم قطعیت سرعت باد بر مدل قابلیت اطمینان واحد بادی ……………………………………41

3-2-1-3-مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43

فصل چهارم (تکنیک­های مختلف خوشه­بندی)

4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………………46

4-2- انواع روش­های خوشه­بندی ………………………………………………………………………………………………47

4-3- خوشه­بندی فازی …………………………………………………………………………………………………………….48

4-4- معیارهای کارایی ……………………………………………………………………………………………………………..55

4-4-1- تابع ارزیابی ضریب افراز ………………………………………………………………………………………………56

4-4-2- تابع ارزیابی آنتروپی افراز ……………………………………………………………………………………………..56

4-4-3- تابع Fukuyama and Sugeno  ………………………………………………………………………………57

4-4-4- تابع Xie and Beni …………………………………………………………………………………………………57

4-4-5 تابع N.Zahid ……………………………………………………………………………………………………………..58

4-4-6- تابع M.Ramze Rezaee ………………………………………………………………………………………….60

فصل پنجم (مقایسه روش­های مختلف خوشه­بندی بر اساس ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل مزارع بادی)

5-1- خوشه­بندی میانگین فازی …………………………………………………………………………………………………..64

5-1-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………65

5-1-2-  مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS ……………………………………………………………………..66

5-2- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن نقطه میانی به عنوان مرکز خوشه    …………………………………………………………………………………………………………………………………………………66

5-3- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن مرکز خوشه بر اساس وزن دهی داده­های موجود در خوشه    ……………………………………………………………………………………………………………..70

 5-4- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت و تعیین محدوده خوشه­ها و مراکز آن­ها بر اساس بهینه­سازی تابع هدف مبتنی بر فاصله بین داده­ها    ………………………………………………………………………………………………..73

5-5- خوشه­بندی میانگین فازی …………………………………………………………………………………………………..76

5-5-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………76

5-5-2- نتایج شبیه­سازی بر اساس مدل مناسب قابلیت اطمینان مزرعه بادی ……………………………….78

5-5-2-1-  مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS………………………………………………………………….78

5-5-2-2-  مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ……………………………………………………………….80

فصل ششم (نتیجه­گیری و پیشنهاد برای انجام کارهای آتی)

• نتیجه­گیری …………………………………………………………………………………………………………………..83

• پیشنهاد برای انجام کارهای آتی ……………………………………………………………………………………..83

فهرست جدول ها                                                                                                   صفحه

جدول 1-1- تعدادی از مزارع بادی با ظرفیت زیاد …………………………………………………………………………6

جدول 1-2 :  ظرفیت تولید برق در 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………..7

جدول 3-1- قسمت­های تشکیل دهنده جعبه دنده و نرخ خرابی آن­ها در سال­های 1997 تا 2005 ………36

جدول 3-2- اطلاعات مربوط به نرخ خرابی و زمان متوسط تعمیر المان­های تشکیل دهنده واحد بادی………………………………………………………………………………………………………………………………………….38

جدول 4-1- معیارهای تشابه بر اساس توابع فاصله مختلف………………………………………………………………54

جدول5-1 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………..66

جدول 5-2 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….66

جدول 5-3 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..67

جدول 5-4 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….67

جدول 5-5 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..68

جدول 5-6 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………….68

جدول 5-7 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69

جدول 5-8 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69

جدول 5-9 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………70

جدول 5-10 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….70

جدول 5-11 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………71

جدول 5-12 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………71

جدول 5-13 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………72

جدول 5-14 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….72

جدول 5-15 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73

جدول 5-16 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73

جدول 5-17 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….74

جدول 5-18 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف………………………………………………….74

جدول 5-19- نتایج اعمال الگوریتم خوشه­بندی به واحد بادی 3 مگاواتی………………………………………….75

جدول 5-20- مدل قابلیت اطمینان واحد 3 مگاواتی………………………………………………………………………..76

جدول 5-21- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی…………………………………………………………….76

جدول 5-22- شاخص مقدار متوسط بار قطع شده بر حسب ساعت در سال ……………………………………..78

جدول 5-23- شاخص مقدار متوسط انرژی تأمین نشده…………………………………………………………………..78

جدول 5-24- تأثیر افزایش سرعت باد بر شاخص­های قابلیت اطمینان……………………………………………….79

جدول 5-25- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ………………………………………………………………80

فهرست شکل ها                                                                                                     صفحه

شکل 1-1- افزایش ظرفیت توربین­های بادی نصب شده در جهان …………………………………………………… 5

شکل 1-2 : 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………………………………………… 7

شکل 2-1-  سطوح سلسله مراتبي به منظور مطالعه قابليت اطمينان سيستم قدرت …………………………… 15

شکل 2-2- مدل سلامت سيستم قدرت ……………………………………………………………………………………… 16

شکل 2-3- مدل مارکوف دوحالته …………………………………………………………………………………………….. 17

شکل 2-4 حالت­های زمانی مختلف برای یک واحد تولید انرژی الکتریکی ………………………………………18

شکل 2-5- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت در سطح اول ………………………………………………………19

شکل 2-6- نحوه محاسبه شاخص میزان متوسط بار قطع شده …………………………………………………………20

شکل 2-7- نحوه محاسبه میزان انرژی تغذیه نشده ………………………………………………………………………..21

شکل 3-1- اجزای نیروگاه بادی سرعت ثابت ………………………………………………………………………………..24

شکل 3-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم سرعت متغیر محدود ……………………………………………………….25

شکل 3-3- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………….26

شکل 3-4-  اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی ……………………………………………………………………………………………………………………..27

شکل 3-5- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با مغناطیس دائم ………………………………………………………………………………………………………………………….28

شکل3-6- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………….29

شکل3-7- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ……………………………………………………………………..30

شکل 3-8- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل، مجهز به ژنراتور القایی قفس سنجابی ………………………………………………………………………..31

شکل3-9- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک……………………………………………………………………………………..31

شکل 3-10- منحنی توان توربین بادی  ……………………………………………………………………………………….32

شکل 3-11- اجزای تشکیل دهنده توربین بادی V90…………………………………………………………………..33

شکل 3-12- اجزای تشکیل دهنده واحدهای بادی مبتنی بر تکنولوژی ژنراتورهای دو سو تغذیه شده ….34

شکل 3-13- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی بر اساس خرابی اجزای تشکیل دهنده……………………………38

شکل 3-14- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی با در نظر گرفتن نرخ خرابی اجزا…………………………………..39

شکل 3-15- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی شامل N توربین مشابه………………………………………………..39

شکل 3-16- الگوی وزش باد در سال 2008 در منطقه منجیل در ارتفاع 40 متری به صورت ساعت به ساعت ……………………………………………………………………………………………………………………………………….40

شکل 3-17- منحنی توان توربین V90………………………………………………………………………………………….41

شکل 3-18- مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43

شکل 4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………..45

شکل 4-2: مجموعه داده پروانه­ای………………………………………………………………………………………………….49

شکل 4-3: خوشه بندی فازی داده ………………………………………………………………………………………………..50

شکل 4-4 : توزیع یک بعدی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..50

شکل 4-5-: خوشه­بندی کلاسیک نمونه­های ورودی………………………………………………………………………..51

شکل 4-6: خوشه­بندی فازی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..51

شکل 5-1- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت شامل مزارع بادی در سطح اول………………………………63

شکل 5-2- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت سرعت باد……………………………………………………………………………………………………………………………………………..64

شکل 5-3- هیستوگرام سرعت وزش باد………………………………………………………………………………………..65

شکل 5-4- نمودار مقدار تابع هدف بر حسب تعداد خوشه­ها…………………………………………………………..75

شکل 5-5- نمودار انرژی تأمین نشده بر حسب پیک بار………………………………………………………………….79

شکل A-1 : شماتیک شبکه تست RBTS……………………………………………………………………………………84

شکل B-1 : شماتیک تک خطی سیستم تست IEEERTS…………………………………………………………….86