دانشگاه آزاد اسلامی

واحد بندرعباس

پایان‌نامه کار‌شناسی ارشد   رشته مهندسی برق”M.SC. “

گرایش : قدرت

عنوان:

تاثیر شارژ خودروهای الکتریکی ترکیبی بر ترانسفورماتورهای توزیع

استاد راهنما:

دکتر سید محمد موسوی آگاه

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

استفاده از خودروهای الکتریکی  نظیر خودروهای الکتریکی ترکیبی در صنعت حمل و نقل روز بروز بیشتر می‌شود. باطری این خودروها می‌توانند از طریق سوکت برق خانگی یا از طریق پارکینگ‌های عمومی شارژ گردد. بار اضافی ناشی از شارژ باطری خودروها می‌تواند موجب بروز پیامد‌های زیانبار روی شبکه توزیع گردد که از جمله این پیامدها  کاهش عمر تجهیزات شبکه قدرت می‌باشد. در این پایان‌نامه با بکارگیری مدل حرارتی ترانسفورماتور و محاسبه دمای نقطه داغ ترانسفورماتور، اثرات ناشی از حضور تعداد مختلف خودروی الکتریکی و بازه‌های زمانی شارژ آنها بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهای توزیع مورد بررسی و ارزیابی قرار می‌گیرد. روش مورد نظر روی یک ترانسفورماتور توزیع نمونه که تامین کننده توان الکتریکی مصارف خانگی است پیاده‌سازی می‌گردد. نتایج بدست آمده از نمودارها بصورت کمی نشان می‌دهد که دوره شارژ شبانه کمترین اثر را بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور دارد. این در حالی است که شارژ خودروها در بازه زمانی عصر و ابتدای شب که همزمان با پیک مصرف خانگی است، بیشترین اثر رابر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور خواهد داشت .

 در ادامه محاسبات نشان خواهد داد که حضور30% خودروی‌ الکتریکی در بازه زمانی شارژ عصر، در مقایسه با شرایط عدم حضور خودرو، موجب900% افزایش در نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور می‌گردد.

فصل اول: کلیات تحقیق

مقدمه:

توسعه سریع فنّاوری در بخش حمل ‌و نقل به همراه نگرانی‌های زیست محیطی افزایش قیمت نفت سبب شده تا تلاش‌هایی در جهت رفع وابستگی به سوخت‌های فسیلی در بسیاری از کشورهای دنیا انجام شود. یکی از تلاش‌های انجام شده در این زمینه، سرمایه‌گذاری جهت طراحی و ساخت خودروهای الکتریکی است. بر این اساس بسیاری از شرکت‌های معتبر سازنده خودرو  اقدام به تولید تجاری خودروهای الکتریکی نموده‌اند.

ساخت تجاری خودروهای الکتریکی به دو صورت خودروهای کاملاً مبتنی بر باطری و خودروهای ترکیبی بنزینی- الکتریکی انجام می‌شود. خودروهای کاملاً مبتنی بر باطری، نیروی محرکه خود را از باطری‌های قابل شارژ نصب شده بر روی خودرو تأمین می‌کنند. جهت عملکرد روزانه این خودروها ،باطری موجود در خودروها می‌بایست در ایستگاه‌هایی در سطح شهر شارژ شوند. استفاده از این خودروها به دلیل زمان طولانی انتظار جهت شارژ باطری در ایستگاه‌های شارژ و همچنین عملکرد پائین‌تر از لحاظ سرعت و شتاب نسبت به خودروهای بنزینی با استقبال مواجه نگردید. گرچه با تمرکز بسیاری از شرکت‌های معتبر سازنده خودرو بر بهبود کیفیت خودروهای کاملاً مبتنی بر باطری و استفاده از شارژ سریع برای شارژ آن‌ها انتظار می‌رود در آینده نزدیک این خودروها نیز بازار خود را در کاربردهای خاص پیدا کنند. در مقابل در طی چند سال گذشته تولید خودروهای ترکیبی بنزینی –الکتریکی در دستور کار شرکت‌های سازنده خودرو بوده و عرضه این محصولات به بازار در حال افزایش است. با توجه به کاهش قیمت تکنولوژی بکار رفته در این خودروها انتظار می‌رود استقبال مشتریان از این خودرو در آینده نزدیک افزایش چشمگیری پیدا کند. در خودروهای ترکیبی بنزینی- الکتریکی، نیروی محرکه خودرو از ترکیب کارکرد توام موتور احتراقی بنزینی و موتور الکتریکی تولید می‌گردد. در این ترکیب از طرفی میزان مصرف سوخت در این خودروها نسبت به خودروهای بنزینی کاهش پیدا می‌کند و از طرف دیگر، عملکرد آن‌ها نسبت به خودروهای الکتریکی کاملاً مبتنی بر باطری بهبود می‌یابد.

نکته قابل توجه در افزایش بکار گیری خودروهای ترکیبی، این است که فناوری مورد استفاده در باطری این خودروها، امکان شارژ آن‌ها را از هر منبع خارجی فراهم می‌آورد. این منبع قدرت خارجی می‌تواند شبکه قدرت باشد و شارژ خودروهای مذکور می‌تواند در هر مکان ممکن مانند خانه‌های مسکونی که دسترسی به شبکه قدرت به‌راحتی امکان پذیر است، انجام شود.

امکان شارژ آسان این خودروها سبب می‌شود که صاحبان آن در طی سفرهای روزانه داخل شهری خود، از خودرو استفاده کرده و هنگام بازگشت به منزل، بااتصال خودرو به سوکت برق خانگی، خودرو خود را برای سفر روز آینده آماده نمایند. درطی دوره اتصال این خودروها به سوکت برق،  انرژی مورد نیاز برای شارژ مجدد باطری خودروهای ترکیبی، از شبکه قدرت تأمین می‌گردد. در این زمینه توجه به این نکته ضروری است که استفاده از این خودروها که جهت صرفه جویی در مصرف سوخت توسعه پیدا کرده است می‌تواند سبب ایجاد اثرات نامطلوبی بر روی شبکه قدرت گردد. زیرا انرژی مورد نیاز برای شارژ این خودروها را می‌توان مانند انرژی لازم  جهت تغذیه یک مجموعه بار اضافی برای شبکه قدرت مدل‌سازی نمود که در هر زمان ممکن می‌تواند به شبکه متصل شوند. این در حالی است که طراحی و ساخت بسیاری از شبکه‌های قدرت مورد بهره‌برداری، بدون در نظر گرفتن امکان اتصال این تجهیزات به شبکه انجام شده است. از آنجا که شارژ بدون آگاهی این تجهیزات از طریق شبکه‌های قدرت می‌تواند منجر به مشکلات عدیده‌ای در عملکرد عادی شبکه‌ها گردد، محققین بسیاری به مطالعه اثرات فنی اتصال خودروهای الکتریکی قابل شارژ بر عملکرد شبکه‌های قدرت پرداخته‌اند.

با توجه به اینکه درک اثرات شارژ خودروهای الکتریکی بر شبکه قدرت و اقدام جهت حذف یا کاهش این آثار مستلزم برنامه ریزی شبکه قدرت و اجرای راهکارهای بلند مدت پیشگیرانه است، لازم است شناخت کافی در این زمینه پیش از استفاده گسترده از آن‌ها به دست آید. به همین دلیل در بسیاری از مراجع]1[–]5[، محققین به مطالعه اثرات گوناگون ناشی از اتصال این خودروها در زمینه‌های تغیر پروفیل بار مصرف کنندگان، افزایش تلفات و افت ولتاژ شبکه قدرت پرداخته‌اند. اما به اثرات شارژ خوروهای الکتریکی بر عمر تجهیزات الکتریکی شبکه قدرت توجه خاصی نشده است. این در حالی است که با اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه قدرت، میزان توان عبوری از تجهیزات شبکه افزایش می‌یابد و این مطلب می‌تواند منجر به کاهش عمر آن‌ها گردد. با توجه به اتصال خودروهای الکتریکی به سوکت های خانگی، انتظار می‌رود شبکه‌های توزیع نسبت به بخش‌های تولید و انتقال تأثیر بیشتری را از شارژ خودروهای مذکور بپذیرند. همچنین از مهم‌ترین تجهیزات شبکه توزیع که دارای هزینه‌های بالایی بوده و به ‌وفور در شبکه‌های توزیع یافت می‌شوند، ترانسفورماتورهای توزیع هستند. به همین دلیل، این پایان نامه بر مطالعه عمر ترانسفورماتورهای توزیع در حضور خودروهای الکتریکی متمرکز می‌شود.

در این راستا همانگونه که در مراجع]8 [- ]6 [نشان می‌دهد ترانسفورماتورهای توزیع عمدتاً تحت تأثیر استرس‌های حرارتی دچار پیری یا از دست رفتن عمر می‌شوند. در این تحقیق تحلیل عمر ترانسفورماتورهای توزیع تحت تأثیر استرس‌های حرارتی، بر اساس دمای نقطه داغ انجام می‌شود. روش‌های متعددی در مراجع ]9 [و]10 [جهت محاسبه این کمیت ارائه شده است. روش ارائه شده در مرجع]9 [از مقبولیت عام برخوردار بوده و در بسیاری از مراجع دقت آن مورد تائید قرار گرفته است. لذا در این پایان نامه از این روش جهت تحلیل عمر ترانسفورماتورهای توزیع استفاده می‌شود. بر اساس این روش تغییرات دمای هوا و بار عبوری از ترانسفورماتور پارامترهای تعین کننده در روند پیری ترانسفورماتورها هستند. به عبارت دیگر هرگونه افزایش دمای محیط و افزایش بار ترانسفورماتور موجب سریع‌تر شدن روند پیری ترانسفورماتور می‌گردد. از طرفی، اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه توزیع سبب بالا رفتن بار ترانسفورماتور در بازه‌های خاصی از شبانه روز می‌گردد. لذا می‌توان انتظار داشت که روند پیری ترانسفورماتورهای توزیع، در حضور خودروهای الکتریکی افزایش یابد. اما در مراجع موجود شناخت کافی و مدل ریاضی جهت تعین اندازه عددی تأثیر شارژ خودروهای الکتریکی خصوصاً ضریب نفوذ و بازه‌های زمانی شارژ آن‌ها بر روند پیری ترانسفورماتورهای توزیع وجود ندارد.

در این پایان نامه روشی ارائه می‌شود که توسط آن می‌توان اثرات شارژ خودروهای الکتریکی ترکیبی را بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهای توزیع از دیدگاه عددی مورد بررسی قرار داد. بر این اساس ابتدا مدل تصادفی جامعی از الگوی مصرف انرژی الکتریکی توسط این خودروها در زمان اتصال به شبکه توزیع ارائه می‌شود. مدل به دست آمده به همراه الگوی بار مصرف کنندگان شبکه توزیع و الگوی تغییرات دمای هوا در روزهای نوعی سال مورد استفاده قرار می‌گیرد تا تحلیل عمر ترانسفورماتورهای توزیع در حضور خودروهای الکتریکی انجام شود.

در ادامه با مدل‌سازی سناریوهای مختلف شارژ، اثرات زمان اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه بر نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهای توزیع تحلیل می‌شود. نتایج حاصل می‌تواند درک درستی از میزان پیری ترانسفورماتورهای توزیع ناشی از شارژ خودروهای الکتریکی برای متصدیان شبکه ارائه نماید، تا از این طریق برنامه ریزی تقویت ساختار و گسترش شبکه با در نظر گرفتن شارژ خودروهای الکتریکی انجام گردد.

در ادامه این فصل، ابتدا کلیات تحقیق شامل طرح موضوع، بیان مسئله و ضرورت بررسی موضوع، سؤالات، اهداف و فرضیات تحقیق معرفی می‌شود. سپس در فصل دوم برخی از تحقیقات انجام شده قبلی در خصوص تأثیر شارژ خودروهای الکتریکی بر تلفات توان، تغیر ولتاژ، تأثیر افزایش ضریب نفوذ بر هزینه‌های سرمایه گذاری و تلفات شبکه، تأثیر نحوه اعمال جریان شارژ و .. مورد بررسی قرار می‌گیرد. در فصل سوم نحوه بدست آوردن اطلاعات مورد نیاز برای انجام پایان نامه و چگونگی دسته بندی اطلاعات بار و دما جهت استفاده در مدل به ‌منظور محاسبه دمای نقطه داغ تشریح شده و در ادامه اجزای مدل نرخ از دست رفتن عمر ترانسفورماتور معرفی می‌گردد. در فصل چهارم ضمن ارائه الگوریتم کلی شبیه سازی انجام گرفته، نتایج حاصل از بکارگیری مدل برای محاسبه نرخ از دست رفتن عمر یک عدد ترانسفورماتور نمونه با مشخصات موجود، بررسی و تفسیر می‌گردد. در نهایت در فصل پنجم نتایج حاصل از شبیه‌سازی با سوالات و اهداف تحقیق مقایسه و جمع‌بندی نهایی انجام می‌گیرد.

1-1- ضرورت بررسی اثر شارژ خودروهای الکتریکی بر پیری ترانسفورماتورهای توزیع

با توجه به روند پیشرفت فناوری­ خودروهای الکتریکی قابل شارژ، انتظار می­رود به‌ زودی تعداد زیادی از خودروهای الکتریکی جهت شارژ به شبکه قدرت متصل شوند. انرژی مورد نیاز برای شارژ این خودروها به‌ صورت انرژی لازم جهت تغذیه یک مجموعه بار اضافه برای شبکه قدرت قابل مدل‌سازی است. درک اثرات فنی بار اضافی تحمیل شده از طرف این خودروها بر عملکرد شبکه قدرت، اهمیت بسیاری برای متصدیان شبکه دارد. زیرا به کمک این مطالعات، متصدیان شبکه­های قدرت قادر خواهند بود برنامه­ریزی تقویت و توسعه آینده شبکه را به‌ گونه‌ای انجام دهند که اولاً شبکه توانایی تغذیه خودروهای الکتریکی را داشته باشد و ثانیاً عملکرد شبکه هنگام اتصال این خودروها به ‌صورت بهینه یا نزدیک به بهینه انجام شود.

یکی از مهم‌ترین اثرات فنی شارژ خودروهای الکتریکی از طریق شبکه قدرت، تغییر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهای توزیع در حضور این خودروها است، که در مراجع توجه کمتری به آن شده است. این در حالی است که با اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه قدرت، میزان توان عبوری از ترانسفورماتورهای توزیع افزایش می­یابد و این مطلب می­تواند منجر به کاهش طول عمر آن‌ها گردد. هدف از این پایان نامه، ارائه روشی جهت تعیین تأثیر شارژ خودروهای الکتریکی، ضریب نفوذ و بازه­های اتصال آن‌ها بر روند از دست رفتن عمر ترانسفورماتورهای توزیع می­باشد. ضرورت انجام این تحقیق آن است که تنها با تعیین اثرات اتصال خودروهای الکتریکی قابل شارژ به شبکه بر عملکرد تجهیزات قدرت، می­توان برنامه­ریزی تقویت ساختار شبکه موجود و گسترش آینده شبکه را انجام داد. با توجه به اینکه درک مجموعه اثرات ناشی از شارژ خودروهای الکتریکی بر شبکه قدرت و اقدام جهت حذف یا کاهش این آثار مستلزم برنامه­ریزی شبکه قدرت و اجرای راهکارهای بلندمدت پیشگیرانه است، لازم است شناخت کافی نسبت به جنبه­های مختلف شارژ خودروهای ترکیبی قابل اتصال به شبکه، پیش از استفاده گسترده از آن‌ها به دست آید تا با افزایش تعداد این خودروها، مشکلات پیش روی اتصال آن‌ها به شبکه قدرت، به‌ گونه‌ای پیشگیرانه از بین رفته باشد.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 760