طراحی و شبیه ­سازی کنترل‌کننده‌های هوشمند بهینه برای کنترل بار فرکانس توربین‌های بادی

فصل1: مقدمه

2

۱-۱ طرح مسئله

2

۲-۱ اهداف تحقیق

۳

۳-۱ معرفی فصل های مورد بررسی در این تحقیق

۴

فصل2: انرژی باد و انواع توربین های بادی

۵

۱-۲ انرژی باد

۶

۱-۱-۲ منشا باد

۶

۲-۱-۲ پیشینه استفاده از باد

۷

۳-۱-۲ مزایایانرژیبادی

۸

۴-۱-۲ ناکارآمدیهایانرژیبادی

۹

۵-۱-۲ وضعیتاستفادهازانرژیباددرسطحجهان

۱۰

۲-۲ فناوری توربین های بادی

۱۱

۱-۲-۲ توربینهایبادیبامحورچرخش افقی

۱۲

۲-۲-۲ توربینهایبادیبامحورچرخش عمودی

۱۲

۳-۲-۲ اجزای اصلی توربین بادی

۱۴

۴-۲-۲ چگونگی تولید توان در سیستم های بادی

۱۵

۱-۴-۲-۲ منحنی پیش بینی توان توربین باد

۱۵

۳-۲ تقسیم بندی سیستم های تبدیل کننده انرژیباد (WECS)بر اساس نحوه عملکرد

۲۰

۱-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد(WECS) سرعتثابت

۲۰

۲-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد(WECS) سرعتمتغیر

۲۲

۳-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیبادبر مبنایژنراتورالقاییباتغذیهدوگانه (DFIG)

۲۴

۴-۳-۲ سیستم های تبدیل کننده انرژیباد مجهز بهتوربین های سرعتمتغیربامبدل فرکانسیباظرفیتکامل

۲۶

فصل۳: تاریخچه کنترل فرکانس سیستم های قدرت در حضور واحدهای بادی، معرفی مدل ریاضی و الگوریتم ازدحام ذرات

۲۷

۱-۳ مرورری بر کارهای انجام شده

۲۹

۲-۳ کنترل DFIG

۳۳

۳-۳ مدل دینامیکی سیستم تنظیم فرکانس توربین بادی با ژنراتورالقایی تغذیهدوگانه

۳۶

۴-۳ مدل دینامیکی ساختار تنظیم فرکانس سیستم تک ناحیه ای در حضور توربین بادی با ژنراتورالقایی تغذیهدوگانه (DFIG)

۴۰

۵-۳ الگوریتم حرکت گروهی پرندگان یا ازدحام ذرات PSO

۴۴

۶-۳ نتیجه گیری

۴۷

فصل۴: طراحی کنترل کننده PI بهینه سازی شده توسط الگوریتم ازدحام ذرات

۴۸

۱-۴ بهینه سازی طراحی کنترل‌کننده PI با استفاده از روش بهینه سازی هوشمند ازدحام ذرات (PSO)

۴۹

۱-۱-۴ نتایج شبیه سازی کنترل کننده PI بهینه سازی شده با الگوریتم PSO

۵۳

۴-۲ نتیجه گیری

۵۹

فصل پنجم: طراحی کنترل کننده فازی

۶۱

۱-۵ منطق فازی

۶۲

۱-۱-۵ تعریف مجموعه فازی

۶۲

۲-۱-۵ مزایای استفاده از منطق فازی

۶۳

۵-۲ طراحی کنترل کننده فازی

۶۴

۱-۲-۵ ساختاریككنترلكنندهفازی

۶۴

۱-۱-۲-۵ فازی کننده

۶۵

۲-۱-۲-۵ پایگاهقواعد

۶۶

۳-۱-۲-۵ موتور استنتاج

۶۶

۴-۱-۲-۵ غیر فازی ساز

۶۷

۳-۵ طراحی کنترل‌کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSO

۶۸

5-3-1 نتایج شبیه سازی

۷۲

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

78

۱-۶ نتیجه گیری

۷۹

۲-۶ پیشنهادات

۸۱

منابع و مراجع

جدول ۱-۲: انواع توربین های عرضه شده در بازار

۱۱

جدول ۴-۱: اطلاعات شبیه سازی

۵۱

جدول ۲-۴: پارامترهای انتخابی الگوریتم PSO

۵۳

جدول ۳-۴: اطلاعات شبیه سازی

۵۳

جدول ۱-۵: پارامترهای انتخابی الگوریتم PSO

۷۳

جدول ۲-۵:پارامترهای بهینه شده کتترل کننده فازی با الگوریتم PSO

۷۳

شکل ۱-۲ : تولید باد

۶

شکل ۲-۲: وسیله ای بر اساس طرح ایرانیان به منظور استفاده از انرژی باد [۱۰‍]

۷

شکل ۳-۲: ساختمانتوربینبادیمحورافقی [۱۱‍‍]

۱۳

شکل ۴-۲: توربینبادینوعداریوس (محورعمودی) [۱۱]

۱۳

شکل ۵-۲: نمایی از یک سیستم تبدیل انرژی بادی در توربین بادی با محور افقی [۱‍]

۱۴

شکل ۶-۲: دیاگرام سیستم بادی [۲]

۱۵

شکل ۷-۲: منحنی توان-سرعت باد یک توربین بادی زاویه گام قابل تنظیم ۱۵۰۰ کیلوواتی با سرعت قطع خروجی ۲۵ متربرثانیه [۲‍]

۱۶

شکل ۸-۲ : نمودار تغییرات بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام متغیر [۱]

۱۸

شکل ۹-۲: نمودار تغییرات بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام متغیر [۱]

۱۹

شکل ۱۰-۲: نمودار تغییرات و بر حسب تغییرات زاویه گام و نسبت سرعت نوک برای توربین بادی زاویه گام ثابت ‌[۱]

۲۰

شکل ۱۱-۲: توربینبادیسرعتثابت

۲۱

شکل ۱۲-۲: آرایشی از توربینبادیباسرعتمتغیرمحدودبامقاومتمتغیررتور

۲۳

شکل ۱۳-۲: ساختمانتوربینبادینوع DFIG

۲۵

شکل ۱-۳: نمایی از عملکرد سیستم تبدیل انرژی باد

۳۴

شکل ۲-۳: ساختار کنترل کننده توربین بادی DFIG [۳۰]

۳۵

شکل ۳-۳: مدل دینامیکی سیستم قدرت تک ناحیه ای در حضور واحدهای تولید غیر سنتی (بادی)[۳۰]

۳۶

شکل ۴-۳: مدل دینامیکی توربین بادی دارای ژنراتور DFIG به منظور تنظیم فرکانس[۳۰]

۳۷

شکل ۵-۳: بلوک دیاگرام سیستم تنظیم فرکانس سیستم قدرت تک ناحیه ای در حضور توربین بادی DFIG [۳۰]

۴۱

شکل ۶-۳: شماتیک برداری روابط الگوریتم PSO

۴۵

شکل ۷-۳: فلوچارت الگوریتم PSO

۴۶

شکل ۱-۴: سیستم حلقه بسته

۵۰

شکل ۲-۴: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI کلاسیک به ازای تغییر بار ، و

۵۱

شکل ۳-۴: سیستم حلقه بسته با اضافه کردن انتگرال مربع خطا

۵۲

شکل ۴-۴: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI بهینه به ازای تغییر بار ، و

۵۴

شکل ۵-۴: مقایسه نمودار تغییرات سرعت توربین بادی- زمان برای کنترل‌کننده PI بهینه و کلاسیک به ازای تغییر بار

۵۵

شکل 6-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده PIکلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۵۶

شکل7-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهPIبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۵۶

شکل 8-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده PI کلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۵۷

شکل 9-۴: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهPI بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۵۷

شکل ۱0-۴: تغییرات توان تولید شده توسط واحدهای بادی با در نظر گرفتن کنترل کننده PI کلاسیک برای کنترل سرعت توربین بادی

۵۸

شکل ۱1-۴: تغییرات توان تولید شده توسط واحدهای بادی با در نظر گرفتن کنترل کننده PI بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی

۵۹

شکل ۱-۵: نماییازیككنترلكنندهفازی

۶۵

شکل ۲-۵: مثال هایی از توابع عضویت: (a) تابع z ، (b) گوسین، (c) تابع s، (d-f) حالتهایمختلفمثلثی، (g-i) حالتهایمختلفذوزنقهای، (j) گوسینتخت،(k) مستطیلی، (l) تكمقداری

۶۵

شکل ۳-۵: تابع عضویت خطا

۶۹

شکل ۴-۵: تابع عضویت مشتق خطا

۶۹

شکل ۵-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی برای کنترل کننده PI بهینه به ازای تغییر بار

۷۲

شکل ۶-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش

۷۴

شکل ۷-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش

۷۴

شکل ۸-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش

۷۵

شکل ۹-۵: نمودار تغییرات سرعت توربین بادی با کنترل کننده فازی بهینه شده با الگوریتم PSOبه ازای ورودی اغتشاش

۷۵

شکل ۱۰-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازی بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۷۶

شکل ۱۱-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کنندهفازی بهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۷۶

شکل ۱۲-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازیبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۷۷

شکل ۱۳-۵: نمودار فرکانس با در نظر گرفتن کنترل کننده فازیبهینه برای کنترل سرعت توربین بادی به ازای تغییر بار

۷۷