وبلاگ

1- 2 طرح مساله…………………………………………………………………………………………………………………………………. 3

1-3 پیشینه تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………………..7

1-3- 1 روش های مبتنی بر PID تطبیقی……………………………………………………………………………………….. 10

1-3-2 روش های تطبیقی غیرخطی…………………………………………………………………………………………………… 12

1-3- 3روش های تطبیقی هوشمند……………………………………………………………………………………………………..13

1-3-4 روش های تطبیقی کلاسیک……………………………………………………………………………………………………. 16

فصل دوم: ساختار توربین باد………………………………………………………………………………………………………. 19

2-1 مقدمه ای بر انرژی باد………………………………………………………………………………………………………………. 20

2-2 اجزای توربین باد……………………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-3 مبدل AC به DC……………………………………………………………………………………………………………………. 25

2-4 تکنولوژی ساخت………………………………………………………………………………………………………………………… 26

2-5 عملکرد کلی توربین باد ………………………………………………………………………………………………………………30

فصل سوم: مدلسازی، روابط ریاضی و معرفی سیستم……………………………………………………………….33

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 34

3-2 مدل آیرودینامیک پره ………………………………………………………………………………………………………………..34

3-3 ردیابی حداکثر توان……………………………………………………………………………………………………………………..37

3-4 نواحی کاری توربین و اهداف کنترلی آن …………………………………………………………………………………..39

3-5 مدل ریاضی ژنراتور……………………………………………………………………………………………………………….. 40

3-6 کنترل توان در ژنراتورهای مغناطیس دایم ………………………………………………………………………….. 42

3-7 زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………………………………. 44

3-8 مکانیزم عملگر زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………. 46

3-9 زاویه پره در راه اندازی…………………………………………………………………………………………………………….49

3-10 معرفی سیستم موجود…………………………………………………………………………………………………………..50

فصل چهارم:طراحی کنترل کننده پیشنهادی………………………………………………………………………. 55

4-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………56

4-2 شناسایی سیستم بصورت پیوسته…………………………………………………………………………………………….56

4-2-1 تحریک پایا توسط سیگنال ورودی……………………………………………………………………………………. 66

4-2-2 شناسایی در حلقه بسته……………………………………………………………………………………………………… 68

4-3 طراحی و پیاده سازی کنترل کننده به صورت پیوسته……………………………………………………………70

4-3-1 نتایج شبیه سازی به صورت پیوسته …………………………………………………………………………………..75

4-4 طراحی شناساگر و کنترلگر به صورت گسسته……………………………………………………………………….79

4-4-1 نتایج شبیه سازی به صورت گسسته……………………………………………………………………………………81

 

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 87

5-1 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………88

5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………… 90

منابع و مراجع …………………………………………………………………………………………………………………………………93

 

فهرست اشکال:

شکل1-1 نواحی کاری توربین باد…………………………………………….………………..4

شکل 1- 2 کنترل زاویه بر اساس فیدبک سرعت باد…………………………………………….7

شکل 1- 3 زاویه گام بر حسب سرعت باد ………………………………………………………………………..8

شکل 1- 4 کنترل زاویه بر اساس فیدبک سرعت ژنراتور………………..……………………….. 8

شکل 1- 5 کنترل زاویه بر اساس فیدبک توان ژنراتور……………………….…………………. 9

شکل 2- 1 نمودار رشد تولید برق توسط توربین باد تا سال 2009 …………………………….…22

شکل 2- 2 توربین بادی محور افقی و محور عمودی….………………………………………..23

شکل 2- 3 ساختار شماتیک یک توربین باد………………………….………….……………..25

شکل 2- 4 مدار معادل مبدل…………………………………………………………………………………………………………………26

شکل 2- 5 نقطه کار ژنراتور دور ثابت(1) و دور متغیر(2) ……………………………………………………………………27

شکل 2- 6 ارتباط یک توربین بادی دور متغیر از طریق مبدلها با شبکه …………………………………………….29

شکل 3- 1 یک نمونه منحنی ضریب توان Cp برحسب λ و β………………………………………. 35

شکل 3- 2 نمایش دیگری از منحنی ضریب توان برای یک نمونه توربین……………………………………………..36

شکل 3- 3 منحنی توان بر حسب سرعت باد در دو حالت ایده آل و عملی……………………………………………37

شکل 3- 4 مشخصه توان مکانیکی توربین به صورت تابعی از سرعت دوران پره ها……………………………….38

شکل 3- 5 نواحی کاری توربین بادی…………………………………………………………………………………………………….. 39

شکل 3- 6 ساختار کنترل FOC ……………………………………………………………………………………………………………..43

شکل 3- 7 حلقه های کنترلی محور d و q……………………………………………………………………………………………. 44

شکل 3- 8 تغییرات زاویه پره…………………………………………………………………………………………………………………. 45

شکل 3- 9 مکانیزم تنظیم پره ها با عملگر هیدورلیکی…………………………………………………………………………47

شکل 3- 10 مکانیزم تنظیم زاویه پره ها با عملگر الکتریکی…………………………………………………………………47

شکل 3- 11 مدل دیاگرام بلوکی عملگر زاویه گام هیدرولیکی …………………………………………………………….48

شکل 3- 12 مدل کلی دیاگرام بلوکی عملگر پره از نوع الکتریکی ……………………………………………………….48

شکل 3- 13 مجموعه توربین بادی، ژنراتور و مبدل مرتبط با شبکه……………………………………………………..50

شکل 3- 14 منحنی توان توربین بر حسب VDC مختلف و منحنی MPPT ……………………………………..51

شکل 4- 1 انجام آزمون ورودی خروجی برای به دست آوردن ساختارهای شناسایی…………………………..59

شکل 4- 2 تابع تبدیلهای تخمین زده شده برای سیستم……………………………………………………………………. 60

شکل 4- 3 استفاده از فیلتر پایدار برای رگرسورها در حالت شناسایی پیوسته……………………………………. 63

شکل 4- 4 سیگنالهای سرعت توربین، زاویه پره و سرعت باد…………………………………………………………….. 67

شکل 4- 5 پارامترهای شناسایی شده به ترتیب a ، b ، k1 و k2 …………………………………………………………………………………… 69

شکل 4- 6 شماتیک دیاگرام رگولاتور خود تنظیم………………………………………………………………………………….74

شکل 4- 7 نتایج شبیه سازی افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s …………………………………………………76

شکل 4- 8 نتایج شبیه سازی کاهش سرعت باد از 20m/s تا 10m/s………………………………………………….. 77

شکل 4- 9 عملکرد کنترل کننده در زمان تغییر مد ناحیه کاری توربین باد…………………………………… 78

شکل 4- 10 پارامترهای شناسایی شده a2، a1، a0 و b2، b1 ، b0در حالت گسسته……………………………. 81

شکل 4- 11 سیگنال خطای شناسایی(error) و تخمین خروجی ………………………………………….82

شکل 4- 12 نتایج پیاده سازی گسسته با افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s ……………………………..83

شکل 4- 13 نتایج پیاده سازی گسسته با افزایش سرعت باد از 10m/s تا 20m/s …………………………… 84

 

فهرست جداول:

جدول 3-1 متغیرهای مدل ژنراتور…………………………………………………………………………………………………………. 40

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول:

مقدمه ای بر انرژی های نو،

طرح مساله و

پیشینه تحقیق

 

 

 

 

 

1-1 مقدمه

با توجه به پیشرفتهای سریع تکنولوژی در دهه های اخیر ، مهمترین چالش روبروی جوامع و دولتهای مختلف تامین انرژی است. قبل از بحران انرژی پیش آمده در دهه 70 میلادی شاید انرژی های نو و تجدید پذیر فقط به عنوان پژوهش به آن نگریسته می شد اما پس از این واقعه، تمام کشورهای پیشرفته به فکر تامین جایگزین جدی یا تامین بخشی از انرژی خود توسط انرژیهای نو و تجدید پذیر افتادند.

انرژی های تجدید پذیر شامل بازه وسیعی از جمله استفاده از انرژی خورشید (سلولهای خورشیدی، پانلهای فتوولتاییک)، استفاده از انرژی امواج دریا، استفاده از انرژی باد (توربین های بادی، آسیاب های بادی)، استفاده از انرژیهای درونی زمین (مانند نیروگاه های زمین گرمایی) و … می شود. انرژی تجدید پذیر همان طور که از نامش پیداست مانند دیگر منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی نگرانی از بابت اتمام آن وجود ندارد یا بازه اتمام آن به قدری طولانی است که عملاً می توان آنرا قابل تجدید دانست. از طرف دیگر بر خلاف سوختهای فسیلی منبع انرژی معمولاً در دسترس و بدون هزینه اضافه است.

در میان این منابع انرژی، شاید یکی از پراهمیت ترین و مقرون به صرفه ترین ها، استفاده از انرژی باد باشد. با توجه به اینکه انرژی قابل استحصال با توان سوم سرعت باد نسبت دارد، بنابراین با نصب توربین باد در مناطق مناسب می توان از این منبع گسترده بهترین استفاده را نمود. در مقایسه با دیگر منابع تجدید پذیر ، انرژی باد می تواند حجم بیشتر و قابل قبول تری توان تامین کرده به نحوی که با بهره گرفتن از تعداد بیشتر این توربین ها یا اصطلاحاً مزارع باد بتوان به مقدار بیشتری از توان تولیدی رسید. در دهه های اخیر شرکتهای متعددی توربین باد به منظور تولید انرژی الکتریکی ساخته اند که تا امروز حداکثر توان نامی قابل استحصال آن به     8 MW رسیده است و با بهره گرفتن از مزارع بادی این نیروگاه ها می تواند در تامین برق شبکه نقش مهمتری ایفا کند. مزیت دیگر این روش برای تولید برق این است که در صورت بی برقی کل شبکه[1] با توجه به عدم نیازمندی این نوع نیروگاه به سوخت فسیلی و یا راه انداز اولیه مانند دیزلها، می تواند نقطه شروع مناسب برای راه اندازی مجدد شبکه باشد و زمان این بی برقی را کاهش دهد.

اخیراً نیز در کشور ایران کارهای پژوهشی در این زمینه انجام شده است و از طرفی استفاده از توربین بادی نیز کم کم در شبکه تولید برق در حال شروع شدن است. تا قبل از این تنها مزارع بادی موجود در کشور در بینالود نیشابور و منجیل بوده که همه آنها توربین های کمتر از 1MW و از نوع دور ثابت بوده است. اما اخیراً در تاکستان قزوین توربین های 2.5MW توسط شرکت مپنا نصب شده است که قرارداد انتقال تکنولوژی این توربین ها که ساخت شرکت Furlander آلمان است با شرکت مپنا منعقد شده و کار ساخت پره ها و دیگر ادوات آن نیز در این شرکت داخلی در حال انجام است. تمام اینها نشان از عزم جدی مدیریت انرژی کشور برای استفاده از توربین های بادی به منظور تامین بخشی از برق شبکه است.

1-2 طرح مساله

توربین های بادی را به طور کلی می توان به دو نوع دور ثابت و دور متغیر تقسیم کرد. در نوع دور ثابت ژنراتور مستقیماً به شبکه متصل می شود و دور ژنراتور – و طبیعتاً دور توربین- با فرکانس شبکه متناسب خواهد شد. در نوع دور متغیر خروجی ژنراتور ابتدا وارد یک طبقه مبدل به عنوان یکسوساز شده و بعد توسط یک رابط DC به طبقه مبدل بعدی که نقش مبدل DC به AC را بازی می کند وصل می شود. این نحوه ی اتصال این حسن را دارد که توربین می تواند در دوری غیر از فرکانس شبکه بچرخد که بیشتر توربین های امروزی از این نوع هستند.

1-2-1 نواحی کاری توربین باد دور متغیر

برای توربین های بادی دور متغیر عملاً نواحی کاری مختلف تعریف می شود که در شکل زیر نشان داده شده است: