وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

 پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد

رشته: مهندسی برق قدرت

عنوان:

کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک سیستم ذخیره ساز باتری

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر عبدالرضا شیخ الاسلامی

استاد مشاور:

سرکارخانم دکتررویا احمدی

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:

رسیدگی به تقاضای روز افزون جهانی و تولید برق قابل اطمینان و پایدار، تبدیل به یک نگرانی اصلی در بخش تولید برق شده است.در حال حاضر، نیروگاه های سوخت فسیلی منبع اصلی و عمده سیستم تولید برق جهان می باشند. از سوی دیگر این نیروگاه ها دلیل اصلی برای آلودگی محیط زیست به شمار می روند.برای حل این مسئله می توان به نقش کلیدی منابع تجدید پذیر توجه کرد، به همین دلیل است  که بازار برق امروز به این دست انرژی های نو ،توجه ویژه دارد و در حال حاضر تمرکز اصلی مهندسین بر واحد تولید بادی و خورشیدی می باشد که منابع تزریق توان بدون آلاینده به شبکه هستند.

یکی از چالش های  پیشرو در بهره برداری از این منابع ،تغییرات سرعت باد و تغیر در تابش خورشیدمی باشد که پدیده های تصادفی محسوب گشته و موجب نوسان در توان تولیدی خروجی می شوند. این نوسانات توان می توانند باعث افزایش یا کاهش فرکانس خارج از محدوده مجاز  یک ریز شبکه شوند.

روش های متعددی به منظور کاهش نوسانات فرکانسی تا کنون ارائه گردیده است ، در این پایان نامه کنترل کننده ای بر اساس روش کنترلی تزریق توان طراحی شده است . کنترل کننده در صورت اعوجاجات فرکانسی ناشی از عدم تعادل توان تولیدی و مصرفی در سیستم قدرت مورد مطالعه، وارد عمل می شود . اصول کار کنترل کننده ی پیشنهادی، اندازه گیری فرکانس در تمام نواحی کنترلی، پردازش آنها و ایجاد یک خروجی کنترلی از جنس فرکانس، برای سیستم می باشد. این خروجی به سیگنال کنترلی از جنس توان تبدیل شده، تا ورودی مناسبی برای واحد های تولید باشد

اختلاف میان مجموع توان تولیدی حاصل از مشارکت واحدهای تولید حرارتی ، خورشیدی و بادی  با بار مصرفی سیستم  محاسبه می گردد ،اگر مقدار بدست آمده مقداری مثبت باشد، به باتری دستور شارژ داده می شود و به عنوان مصرف کننده عمل می کند .اگر با وجود شارژ باتری این اختلاف همچنان وجود داشته باشد کنترل کننده باید بتواند یک و یا واحد های تولید متداول بیشتری را غیر فعال نماید وتنها منابع تجدید پذیر وارد عمل گردند، اگر مقدار بدست آمده مقداری منفی باشد کنترل کننده به باتری دستور دشارژ میدهد، تا به تولید کمک کنند . مقدار توان  تعیین شده به عنوان سیگنال مرجع با توان اندازی گیری شده مقایسه می گردد و اختلاف این دو بعد از عبور کنترلر PI حداقل می گردد ، تا مقدار اندازه گیری شده را به مقدار مرجع برساند.زمانی که این اتفاق می افتد فرکانس نیز روی 50 هرتز تنظیم می شود. علت استفاده از این روش نیز، کم حجم بودن محاسبات و سازگاری با تغییرات دینامیکی سیستم است.

برای بررسی صحت عملکرد این کنترل کننده یک سیستم پنج شینه، حاوی منابع تجدیدپذیر بادی و خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته ، سعی شده سیستم مشابه شبکه های امروزی و حتی شبیه شبکه هایی که در آینده ی نزدیک استفاده خواهند شد، باشد. شبیه سازی آن بوسیله نرم افزار  انجام شده است.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

امروزه با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی الکتریکی، چالشهای جدیدی پیشروی صنعت برق قرار گرفته است؛ یکی از این چالشها رو به پایان بودن سوختهای فسیلی است. از سوی دیگر، قیمت بالا و روبه رشد سوختهای تجدید ناپذیر، مشکلات زیست محیطی و دیگر مشکلات عدیده ی مربوط به این نوع سوخت ها، تمایل برای تولید الکتریسیته از منابع انرژی نوین را افزایش داده است. امروزه استفاده از انرژی های تجدید پذیر[1] در شبکه به امری رایج بدل شده و البته چالشهایی را نیز به دنبال خود داشته است.

این منابع تولید انرژی، پدیده های تصادفی محسوب می شوند و  تغییرات سریع آب و هوایی و مشخص نبودن میزان تولید آنها سبب ایجاد نوسانات بالایی در توان تولیدی به شبکه ایجاد می کنند. نوسان توان نیز منجر به نوسان فرکانس می گردد .این امر در کیفیت توان و پایداری شبکه تنش هایی را ایجاد خواهد کرد. به همین دلیل روش های کنترل فرکانس و حفظ پایداری شبکه اهمیت خاصی پیدا کرده است. در ادامه این فصل به بررسی لزوم کنترل فرکانس و هدف اجرای این طرح می‌پردازیم و نوآوری این پایان‌نامه و ساختار آن را مطرح خواهیم کرد.

2-1- تاریخچه

   توسعه شگرف علم و فن‌آوری در جهان امروز ظاهراً آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است.  لیکن این توسعه یافتگی، مایه بروز مشکلات تازه‌ای نیز برای انسان‌ها شده است که از آن جمله می‌توان به آلودگی محیط زیست، تغییرات گسترده آب‌وهوایی در زمین و غیره اشاره نمود. به ویژه می‌دانیم که نفت و مشتقات آن از سرمایه‌های ارزشمند ملی و حیاتی کشور می‌باشند که مصرف غیربهینه از آنها گاهی زیان‌های جبران ناپذیری را ایجاد می‌کند. از این رو صاحبنظران و کارشناسان به دنبال منابعی هستند که به تدریج جایگزین سوخت‌های فسیلی شوند. سوخت‌های فسیلی آلودگی‌های زیست محیطی بیشماری را ایجاد می‌نمایند. چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریباً غیرممکن خواهد بود.  بهترین راه حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند متوقف کردن روند رو به رشد این گازهای مضر است. متخصصان بر این باورند که با استفاده از انرژی‌های پاک نظیر انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، هیدروژن و ….به جای انرژی‌های حاصل از سوخت‌های فسیلی، از آلودگی‌های زیست  محیطی و خطرات مرتبط بر آن جلوگیری خواهد شد. از سوی دیگر انرژی‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ سرانجام روزی به پایان خواهند رسید و با پایان گرفتن آنها تمدن بشری که بستگی مستقیم به انرژی دارد دچار چالش جدید و بزرگ خواهد شد. این امر سبب شده است که کشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمامتر استفاده از سایر انرژی‌های موجود در طبیعت و به خصوص انرژی‌های تجدید شونده را مورد توجه قرار دهند. استفاده از انرژی خورشید، باد ، امواج، زمین گرمایی، هیدروژن، زیست توده و … که به انرژی‌های تجدیدپذیر موسومند مستلزم مطالعات و تحقیقات فراوانی می‌باشد که قبل از استفاده باید انجام گیرند. مجموعه انرژی‌های تجدیدپذیر روز به روز سهم بیشتری را در سیستم تأمین انرژی جهان به عهده می‌گیرند. انرژی‌های تجدیدپذیر به ویژه برای کشورهای در حال توسعه از جاذبه بیشتری برخوردار است. لذا در برنامه‌ها و سیاست‌های بین المللی از جمله در برنامه‌های سازمان ملل متحد در راستای توسعه پایدار جهانی نقش ویژه‌ای به منابع تجدید پذیر انرژی محول شده است.

انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد که از گذشته‌های دور همواره مورد توجه انسان‌ها بوده است. اولین گام واقعی برای مهار انرژی باد به 200 سال پیش از میلاد باز می‌گردد، هنگامی که ایرانیان باستان از آسیاب‌های بادی قرن ها قبل از کشور‌های اروپایی استفاده می‌کردند. در قرن 18 با ظهور توربین‌های بادی اولیه در ایالت متحده آمریکا با ظرفیت12 کیلووات، این امکان برای تولید برق از این منبع پایدار فراهم شد. مانند منابع تجدیدپذیر دیگر، باد دارای دسترسی وسیع جهانی است، اما به طور قابل‌توجهی نسبت به سایر منابع تجدید‌پذیر با توجه به تجاری بودن آن پیشرفت داشته است، بعلاوه انرژی باد دارای کمترین میزان CO₂ در میان منابع تجدیدپذیر دیگر می باشد. متوسط نرخ رشد استفاده از باد در بین سال‌های 2005 و 2010 ، 27 % بوده است ،دلایل اصلی این رشد قابل توجه بهبود ظرفیت توربین‌های بادی (در برخی موارد تا 40%) و افزایش قابلیت اطمینان و اندازه توربین‌ها می‌باشد.

ظرفیت توربین ارتباط نزدیکی به منطقه روتور دارد، در حال حاضر بزرگترین توربین دارای ظرفیت 6-5 مگاوات با روتوری به قطر 126  متر می‌باشد. تا به امروز حداقل 83 کشور در حال اجرای استفاده از انرژی باد به طور تجاری می‌باشند.

پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030، 1900 گیگاوات ظرفیت جدید در سراسر جهان  نصب خواهد شد. مهم‌ترین علت رشد قابل توجه بازار انرژی باد، قیمت رقابتی آن در مقایسه با سایر منابع انرژی می‌باشد، حتی سوخت‌های فسیلی می‌باشد. قیمت تولید برق بادی به کاهش خود ادامه خواهد داد، در حالیکه هزینه‌ی برق سوخت فسیلی افزایش می‌یابد. همچنین کشور ایران سرشار از منابع تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر می‌باشد. موقعیت جغرافیایی کشور ایران موجب شده است که منبع بسیار بزرگی از انرژی‌های خورشیدی و بادی در آن موجود باشد، بنابراین کشور ایران نیز همواره برنامه‌های ملی ویژه‌ای در دست اقدام داشته و استفاده از انرژی‌های نو و تجدیدپذیر مورد تاکید بوده است.

3-1- هدف از انجام پژوهش

 با بررسی‌های انجام شده این نتیجه حاصل شده است که در بین انرژی‌های تجدیدپذیر انرژی باد و خورشید از پیشرفت بیشتری برخوردار بوده و اکثریت تولید توان در بین انرژی‌های تجدید‌پذیر توسط این دو منبع تامین می‌گردد.

حضور نیروگاه های وابسته به انرژی های نو، تنش ها و نوسانات شدیدی را در توان حقیقی [1] تزریقی به شبکه، و در نتیجه فرکانس و سایر پارامترهای الکتریکی شبکه به وجود می آورد. همچنین مشخص نبودن میزان تولید و تغییرات سریع این منابع یکی از موانع اساسی در اتصال انرژی نیروگاه‌های تجدیدپذیر به شبکه سراسری می‌باشد. از اینرو برای حصول اطمینان از تعادل میان تولید و عرضه برق مورد تقاضا، محدودیت هایی وجود دارد که سبب پیچیدگی و مشکلات استفاده از انرژی های تجدید پذیر می گردد.در این شرایط باید راهکاری برای کنترل سیستم قدرت اتخاذ شود تا این نوسانات دینامیکی مدیریت شده و دامنه آنها محدود گردد.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 962