دانلود پروژه:تعیین مدل دینامیکی و طراحی کنترل کننده PI برای توربین بادی با سرعت متغیر

فهرست مطالب

فصل 1-      كلياتي درباره باد وتوربين بادي.. 4

                1-1-تاريخچه…………………………… 5

         1-1-2منشاء باد………………………. 6

         1-1-3-توزيع جهاني باد. 7

           1-1-4-اندازه گيري پتانسيل انرژي باد. 8

                1-2-روند تحولات تكنولوژي انرژي باد در سالهاي اخير. 10

                1-3-مزاياي بهره برداري از انرژي باد. 11

                1-4-اجزاء مختلف يك توربين بادي.. 12

                     1-4-1-توپی مرکزی.   13

                     1-4-2-پره ………………    13

                     1-4-3-حلقه های لغزان. 14

                     1-4-4-نگهدارنده گشتاور. 15

                     1-4-5-گیر بکس…………………. 15

                     1-4-6-سیستم ترمز………………………… 15

                     1-4-7-کوپلینگ قابل انعطاف… 16

                     1-4-8-ژنراتور………………………… 16

                     1-4-9-فنداسیون ماشین.. 16

                     1-4-10=سیستم انحراف………………. 17

                     1-4-11-برج …………..………..……………………………………………………………………………17

                     1-4-12-سیستم کنترلی توربین.. 18

فصل 2-      بررسي مولدهاي قابل استفاده در نيروگاه بادي.. 21

                2-1-بررسي روشهاي مختلف توليد قدرت… 22

                2-2-روشهاي توليد قدرت سنكرون.. 28

                     2-2-1-مقايسه سيستم‌هاي مختلف در توليد قدرت سنكرون.. 28

                     2-2-2-ژنراتور سنكرون.. 31

                     2-3-ماشينهاي القايي.. 39

                2-4-روش‌هاي توليد قدرت آسنكرون.. 47

                2-5-تجهيزات مورد استفاده در سيستم آسنكرون.. 50

                2-6-ژنراتورهاي مغناطيسي دائم.. 57

                     2-7-ژنراتورهاي ac. 62

                     2-8-ژنراتور القايي خود تحريك….. 64

فصل 3-      انتخاب مولد بهينه. 80

                3-1-مقايسه كاربرد ژنراتورههاي القايي و سنكرون در نيروگاه‌هاي بادي.. 83

                     3-2-مقايسه بعضي مشخصات ژنراتور سنكرون و آسنكرون.. 84

                3-3-برآورد هزينه مولد آسنكرون در مقايسه با مولد سنكرون.. 87

                3-4-مروري بر مطالعات مربوط به كاربرد ژنرتورهاي القايي و سنكرون.. 90

                3-5-نتيجه‌گيري كلي با ارائه يك جدول.. 93

فصل 4-      روش‌هاي كنترل دور توربين بادي.. 95

                4-1-سيستمهاي كنترل دور. 96

   4-1-1كنترل دور توربين با پره گام ثابت… 97

4-1-2-كنترل دور فلاپي………………….. 101

                     4-1-3-به كارگيري مسطح كننده ) (Flatners. 101

              4-1-4-كنترل دور با تغيير زاويه گام تيغه‌ها (Pitch Control). 104

                     4-1-5-كنترل ژاكوب… 104

4-1-6-كنترل دور روسي………………………… 105

4-1-7-به كارگيري گاورنر………………….. 105

4-1-8-كنترل گام با به كارگيري Servo Motor. 108

4-1-9-كنترل الكترونيكي………………… …………………………………………………………………..110

 فصل 5- تعيين مدل ديناميكي و طراحي كنترل كننده PI براي توربين بادي با سرعت…………………..112

5-1-نمای کلی سیستم تولید…………………………………………………………………………………………………114

5-2-معادلات و مدل توربین بادی…………………………………………………………………………………………..115

5-3-طرح کلی سیستم کنترل…………………………………………………………………………………………………..118

5-4-نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………………………………………. …….119

5-5-توان اکتیو و راکتیو قبل و بعد از اعمال کنترل کننده PI…………………………………………………………..122

5-6-تحلیل نتایج به دست آمده………………………………………………………………………………………………….123

5-7-ضمیمه…………………………………………………………………………………………………………………….123

فصل 6: طراحی کنترل کننده فازی برای توربین بادی با سرعت متغیر………………………………………..124

6-1-معرفی توربین بادی سرعت متغیر………………………………………………………………………………………………..125

6-2-مدل سازی توربین بادی و پریونیت کردن معادلات توان………………………………………………………….127

6-3-عدم قطعیت در منحنی های توان……………………………………………………………………………………..127

6-4-ایجاد توابع عضویت ورودی ها و خروجی و شبیه سازی در محیط MATLAB……………………………..128

6-5-ایجاد قوانین در پایگاه داده……………………………………………………………………………………………….130

6-6-مدل سیمولینک (شبیه ساز) کنترل کننده فازی………………………………………………………………..131

6-7-تحلیل نتایج به دست آمده……………………………………………………………………………………………………132

فصل7-مقایسه میان نتایج به دست آمده از طراحی و اعمال کنترل کننده PI در مقابل متد Fuzzy.133

7-1-بررسی نتایج به دست آمده از طراحی و اعمال کنترل کننده PI………………………………………………134

7-2-بررسی نتایج به دست آمده از طراحی و اعمال کنترل کننده Fuzzy……………………………………….137

7-3-نقاط ضعف و قدرت کنترل کننده های PI و Fuzzy………………………………………………………………138

نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………..139

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………139

فهرست شکل ها

شکل 1-1 اجزاء مختلف یک توربین بادی با سرعت متغیر………………………………………..20

شکل 2-1 مقایسه سیستم تبدیل با استفاده از ژنراتورهای سنکرون و آسنکرون……………..23

شكل 2ـ2 مدار معادل يك فاز از يك ژنراتور سه فاز سنكرون……………………………………32

شكل 2ـ3 منبع و بار سه فاز متعادل با اتصال مثلث…………………………………………………..33

شكل 2ـ4  دياگرام فازوري يك فاز از ژنراتور سه فاز سنكرون (a) فوق تحريك…………34

شكل 2ـ5 جريان قدرت ژنراتور ac………………………………………………………………………35

شكل 2ـ6  دياگرام سيم‌بندي براي يك موتور القايي سه فاز………………………………………40

شكل 2ـ7 مدار معادل يك فاز از يك موتور القايي سه فاز…………………………………………40

شكل 2ـ8 تغييرات گشتاور محور نسبت به سرعت براي يك ماشين القايي سه فاز………43

شكل 2ـ9 مدار معادل يك فاز از يك ژنراتور القايي……………………………………………….44

شكل 2ـ10 بلوك دياگرام كلي سيستم‌هاي آسنكرون………………………………………………..48

شكل 2ـ11 مدار شارژ باتري با ژنراتور dc………………………………………………………….. 53

شكل 2ـ12 منحني مغناطيسي ژنراتور dc……………………………………………………………… 55

شكل 2ـ13 ژنراتور مغناطيسي دائم متصل به بار مقاومتي……………………………………………58

شكل 2ـ14  ژنراتور القايي خود تحريك………………………………………………………………….64

شكل 2-15 منحني مغناطيسي بي‌باري دو ژنراتور القايي…………………………………………….69

شكل 2-16 اندوكتانس مغناطيسي پريونيت به صورت تابعي از ولتاژ بار……………………..72

شكل 2-17 تغييرات ولتاژ خروجي نسبت به قدرت مكانيكي ورودي در مقادير مختلفي از مقاومت بار و خازن براي ژنراتور القايي خود تحريك به قدرت hp40 ………………………72

شكل 2-18 تغييرات سرعت گردشي نسبت به قدرت ورودي براي بارهاي مقاومتي و خازني مختلف در ژنراتور القايي خود تحريك hp40 ………………………………………………………….75

شكل 2-19 تغييرات شرعت گردشي نسبت به قدرت ورودي براي سه بار مقاومتي در ژنراتورالقايي خودتحريك hp40 …………………………………………………………………………….76

شكل 2-20 مينيمم بارهاي مقاومتي و خازني براي يك ژنراتور القايي…………………………..78

شکل4-1 بكارگيري دنباله لولايي………………………………………………………………………………98

شکل4-2  سه تکنیک برای کنترل دور…………………………………………………………………….100

شکل4-3 تکنیکهای مختلف کنترل دور……………………………………………………………………103

شکل 4-4 کنترل دور توسط تکنیک Pitch Angle……………………………………………….. 106

شکل4-5 تنظیم کننده های سرعت ژاکوب، روسی و استفاده از گاورنر………………………107

شکل4-6 کنترل کننده های الکترونیکی………………………………………………………………….111

شكل 5-1  توان ژنراتور بر حسب سرعت ژنراتور و باد…………………………………………..113

شكل5-2 مدل توربين بادي با استفاده از ژنراتور آسنكرون……………………………………….114

شكل 5-3 ضريب كارايي يك توربين 1.65 MW ………………………………………………..116

شكل5-4-الف مدل ديناميكي توربين بادي…………………………………………………………….117

شكل5-4ب مدل ديناميكي سيستم در   MATLAB SIMULINK……………………. 117

شكل 5-5  طرح كلي مزرعه بادي…………………………………………………………………………118

شكل 5-6- مدل شبيه سازي شده مزرعه توربين بادي در فضاي MATLAB SIMULINK………………………………………………………………………………………….. 119

شکل5-7-الف سرعت باد ثابت است……………………………………………………………………120

شکل5-7-ب سرعت باد به صورت اكيداً صعودي در حال افزايش است……………………120

شکل5-7-ج سرعت باد به صورت اتفاقي كم و زياد مي شود………………………………….120

شكل5-8  سه فاز خروجي حاصل از 3 توربين بادي سرعت متغير……………………………121

شکل 5-9- الف توان اکتیو و راکتیو قبل از اعمال کنترل کننده…………………………………122

شکل5-9- ب توان اکتیو و راکتیو بعد از اعمال کنترل کننده…………………………………..122

شکل 6-1  ساختار توربین بادی با زاویه پیچ متغیر……………………………………………….126

شکل6-2 مودار تغییرات توان توربین بر حسب سرعت روتور………………………………..128

شکل 6-3 تابع عضویت مربوط به انحراف از توان نامی………………………………………..129

شکل 6-4 تابع عضویت مربوط به تغییرات سرعت باد………………………………………….129

شکل6-5 تابع عضویت مربوط به تغییر توان خروجی در واحد زمان………………………129

شکل6-6- تابع عضویت مربوط به زاویه پیچ توربین بادی…………………………………….130

شکل6-7 مدل سیمیولینک (شبیه ساز) کنترل کننده فازی………………………………………131

شکل6-8 تغییرات توان خروجی توربین بادی به ازای تغییر در سرعت……………………..131

شکل7-1 سه فاز خروجی توربین بادی………………………………………………………………135

شکل7-2  توان اکتیو و راکتیو توربین قبل از اعمال کنترل کننده PI………………………. 135

شکل7-3 توان اکتیو و راکتیو توربین پس از اعمال کنترل کننده PI……………………….. 136

شکل7-4 رفتار حالت گذرای توربین پس از اعمال کنترل کننده PI ………………………136

شکل7-5 تغییرات توان خروجی توربین بادی به ازای تغییر در سرعت …………………..137

فهرست جداول

جدول 2ـ1  سيستم‌هاي مبدل قدرت سنكرون……………………………………………………….28

جدول 2ـ2 تجهيزات مورد استفاده در سيستم آسنكرون………………………………………….51

جدول 3-1 قيمت تجهيزات به عنوان درصدي از كل قيمت نيروگاه……………………………89

جدول 3-2 مقایسه ژنراتورهای سنکرون و القایی………………………………………………….89

جدول3-3 مقایسه ژنراتورهای جریان مستقیم، سنکرون و آسنکرون…………………………93

جدول6-1 متغیرهای زبانی استفاده شده در پایگاه قواعد……………………………………….130