در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

 دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دامغان

دانشکده مهندسی برق

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق قدرت -گرایش الکترونیک قدرت

عنوان

طراحی و شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری

استاد راهنما

دکتر عبدالحسین طحانی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد
تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….. 1
1-2- مفهوم حالت شارژ ……………………………………………………………………………………………………… 3
1-3- برسی روشهای تخمین حالت شارژ باتری………………………………………………………………………. 4
1-3-1- اندازه‌گیری حالت شارژ از طریق ویژگیهای فیزیکی الکترولیت………………………………… 4
1-3-2- ولتاژ مدار باز…………………………………………………………………………………………………… 5
1-3-3- شمارش آمپر ساعت………………………………………………………………………………………… 6
1-3-4- تخمین با بهره گیری از منطق فازی…………………………………………………………………………… 7
1-3-5- شبکه های عصبی مصنوعی………………………………………………………………………………… 8
1-3-6- تخمین با بهره گیری از فیلتر کالمن …………………………………………………………………………. 9
1-4 -کنترل حالت شارژ………………………………………………………………………………………………….. 9
فصل دوم: منابع تولید پراکنده……………………………………………………………………………….. 11
2-1- بحران انرژی در جهان……………………. ……………………………………………………………………….. 11
2-2- منابع تولید پراکنده…………………… ………………………………………………………………………………. 12
2-3- فناوریهای تولید پراکنده………………….. ………………………………………………………………………… 13
2-4- انرژی باد و نیروگاه بادی- سلول های خورشیدی و مطالعه سیستم های فتوولتائیک(PV) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14
2-4-1- انرژی باد و نیروگاه بادی………. ………………………………………………………………………. 14
2-4-2- تار یخچه بهره گیری از انرژی باد….. ……………………………………………………………………… 15
2-4-3- مزایای نیروگاههای بادی………….. ……………………………………………………………………. 16
2-5- توربین بادی…………………… ……………………………………………………………………………………… 19
2-5-1- کاربرد توربینهای بادی………………. ………………………………………………………………….. 19
الف- کاربردهای غیرنیروگاهی …………………….. ……………………………………………………………… 19
ب – کاربردهای نیروگاهی…………………. ………………………………………………………………………… 19
2-5-2- انواع توربینهای بادی………………………………………………………………………………………. 20
2-5-2-1- تقسیم بندی از حیث اندازه…………………………………………………………………………… 20

  1. توربین های کوچک (small)………………….. ……………………………………………………………. 20
  2. توربین های متوسط (medium)……….. ………………………………………………………………….. 20
  3. توربین های بزرگ (large) ……. ………………………………………………………………………………20

2-5-3- بادها و توربینهای بادی………. …………………………………………………………………………. 21
2-5-4 – انرژی دریافتی از توربین…………… …………………………………………………………………… 23
2-2-5- توان پتانسیل توربین………………… …………………………………………………………………….. 23
2-5-6- ضریب یکپارچگی……………………….. ………………………………………………………………. 25
2-5-7- برآورد پتانسیل باد……………………… …………………………………………………………………. 26
2-5-8 – ارزیابی آماری داده های باد.. …………………………………………………………………………… 27
2-5-9- محاسبه انرژی سالانه خروجی یک توربین بادی…………………………………………………. 29
2-6- ژنراتور سنکرون  (Synchronous Generator)………………………………………………… 32
2-6-1 رتور در ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………………. 33
2-6-2 ساختمان و اساس کار………………………………………………………………………………………… 34
2-7- ژنراتورهای القایی یا آسنکرون……………………………………………………………………………. 35
2-7-1 مشخصه‌های الکتریکی……………………………………………………………………………………….. 36
2-7-2 مزایای ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. 37
2-7-3 معایب ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. 38
2-7-4 جریان هجومی در بهره‌برداری موازی…………………………………………………………………… 39
2-7-4 اتصال کوتاه سه‌فاز ناگهانی…………………………………………………………………………………. 40
2-7-5 اتصال کوتاه تک‌فاز……………………………………………………………………………………………. 40
2-7-6 پدیده خود تحریکی…………………………………………………………………………………………… 40
2-7-7 سیستم بهره‌برداری و کنترل………………………………………………………………………………… 41
2-7-8 راه‌اندازی………………………………………………………………………………………………………….. 41
2-7-9 بهره‌برداری موازی……………………………………………………………………………………………… 42
2-7-10 بارگذاری……………………………………………………………………………………………………….. 42
2-7-11 توقف آهسته…………………………………………………………………………………………………… 42
2-7-12 از کار افتادن (SHUT DOWN) ………………………………………………………………….. 42
2-7-13 توان اکتیو……………………………………………………………………………………………………….. 43
2-7-14 نیاز به بانک خازنی………………………………………………………………………………………….. 44
2-7-15 اتصال به شبکه و یا منفرد…………………………………………………………………………………. 44
2-8- سلول های خورشیدی و مطالعه سیستم های فتوولتائیک(PV)…. ……………………………. 46
2-9- سلول خورشیدی……………………… …………………………………………………………………………….. 48
2-9-1- انواع سلول­های خورشیدی………………. ……………………………………………………………. 48
2-9-2- ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی……………………………………………………………… 49
2-10- پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………………… 54
2-11- چگونگی ساخت پنل خورشیدی211 واتی………………………………………………………………………. 55
2-12- روش­های تولید انرژی خورشیدی …………….. …………………………………………………………… 56
2-13- سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic)………………………………………………………………………. 57
2-13-1- مزایای نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی………… ………………………………………….. 65
2-13-2- معایب نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی…… ……………………………………………….. 65
فصل سوم: باتری شارژرها…………………….. …………………………………………………………………. 66
3-1- مبانی سیستم باتری……………. ……………………………………………………………………………………. 66
3-1-1- سیستم های باتری………………… ………………………………………………………………………. 66
3-1-2- سلول سرب- اسیدی………. ……………………………………………………………………………. 66
3-1-3- مشخصه ی تخلیه………………. ………………………………………………………………………… 67
3-1-4- ملزومات شارژر………………. …………………………………………………………………………… 68
3-2- باتری شارژرها…………. ……………………………………………………………………………………………… 69
3-2-1- حالت زیرشارژ…………………….. ……………………………………………………………………….. 71
3-2-2- حالت فوق شارژ………. …………………………………………………………………………………… 72
3-2-3- شارژ سریع…………. ……………………………………………………………………………………….. 72
3-3- ایمنی……………………………… ……………………………………………………………………………………… 73
3-3-1- روش زمین کردن باتریهای 110 ولتی…………. ……………………………………………………. 73
3-3-2- زمین کردن سیستم باتری 48ولت………………. ……………………………………………………. 74
3-3-3- سیستم نشان دهنده آلارم باتری…… …………………………………………………………………… 74
3-4- سلولهای ترکیب مجدد……………………… ……………………………………………………………………… 75
3-5- راه اندازی باتریها ……………………. ……………………………………………………………………………… 77
3-5-1- راه اندازی باتریهای پلانته (سرب- اسیدی)….. …………………………………………………… 77
3-5-1-1- آزمایشهای باتری شارژر…………….. ……………………………………………………………… 77
3-5-1-2- آزمایش های تخلیه (دشارژ) باتری.. ……………………………………………………………… 79
3-5-1-3- رله اتصال زمین…………… ……………………………………………………………………………. 79
3-5-2- راه اندازی باتریهای آب بندی شده……….. ………………………………………………………….. 80
3-6- تأثیر شارژرها در پست­های برق…………………………………………………………………………………. 80
3-7- اصول کار شارژر………….. …………………………………………………………………………………………. 82
3-7-1- حالت شارژ نگهداری ……… …………………………………………………………………………….. 85
3-7-2- حالت شارژ سریع……………. ……………………………………………………………………………. 85
3-7-3- حالت شارژ اولیه…………………………………………………………………………………………….. 86
فصل چهارم: مدل­سازی دینامیکی سلول خورشیدی و توربین بادی…………………… 88
4-1 – سلول فتوولتاییک …….. ……………………………………………………………………………………………. 88
4-2 – مدل توربین بادی …….. ……………………………………………………………………………………………. 93
4-3 مدل باد و مدل شبکه مصرفی…………………………………………………………………………….. 101
فصل پنجم: نتایج شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری ……………………………………………………………………………………………………………………………. 108
نتیجه گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………………………….. 129
مراجع …………………………………………………………………………………………………………………….133
چکیده:
در این پایان نامه، در فایل شبیه سازی از مدل­های واقعی سیستم فتوولتاییک، توربین بادی و ژنراتور سنکرون که از طریق یک خط انتقال 63 کیلو ولت و یک ترانسفورماتور کاهنده 20/63 کیلو ولت و یک بریکیر سه فاز به بار متصل شده بهره گیری گردید. و به مقصود ذخیره بخشی از انرژی الکتریکی تولید شده در سیستم فتوولتاییک از یک باتری شارژر نیز بهره گیری گردید. این باتری شارژر در شرایطی که تولید توان الکتریکی از طریق سایر منابع تولید توان الکتریکی با کاهش مواجه گردد می تواند با تزریق توان ذخیره شده به شبکه انرژی الکتریکی مورد نیاز بار سیستم را تامین نماید. سلول فتوولتاییک بهره گیری شده سیستمی غیرخطی می­باشد که بصورت یک منبع جریان موازی با دیود مدل می­گردد. با در نظر داشتن پایین بودن ولتاژ خروجی سیستم فتوولتاییک، جهت کاربرد در سیستم توزیع الکتریکی لازم می باشد از یک مبدل boost (افزاینده ولتاژ) در خروجی این سیستم بهره گیری گردد تا ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب برسد. الگوریتم بهره گیری شده در سیستم سلول خورشیدی الگوریتم P&Oمی باشد.
در این پروژه سرعت ثابت توربین بادی بر روی ژنراتور القایی مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. سرعت توربین بادی پس از عبور از یک بهره تناسبی وارد تابع محاسبه کننده سرعت توربین بادی می گردد. این تابع یک تابع غیر خطی می باشد که سیگنال خروجی این تابع، به عنوان توان خروجی توربین بادی در نظر گرفته می گردد. در ضمن توان مکانیکی ورودی توربین بادی پس از مقایسه با مقدار مرجع سیگنال کنترل تیغه پره توربین را تولید می کند که وارد کنترل کننده PI می گردد. سیگنال خروجی کنترل کننده وارد بلوک محاسبه گر ضریب قدرت شده و پس از ضرب شدن در سیگنال توان مکانیکی، سیگنال توان خروجی توربین بادی را تولید می کند که به همراه توان خروجی سیستم فتوولتاییک جهت تامین بار سیستم توزیع تولید می گردد.
کلمات کلیدی: سیستم فتوولتاییک، باتری شارژر، توربین بادی، کنترل کننده
فصل اول
 مقدمه
کنترل شارژر دستگاهی می باشد که مابین پنل خورشیدی و باتری قرار می گیرد. وظیفه آن در سیستم های خورشیدی بسیار حیاتی و مهم می باشد زیرا طول عمر باتری سیستم که تقریبا 30 درصد از کل هزینه را به خود اختصاص می دهد، بطور مستقیم به آن وابسته می باشد. چنانچه باتری بیش از حد شارژ گردد و یا اینکه بیشتر از حد ممکن تخلیه گردد، آسیب جدی خواهد دید از این جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده می گردد که در صورت شارژ یا دشارژ بیش از حد، باتری را محافظت نماید. شارژ کنترلرها بر مبنای این‌که تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می شوند. استانداردهای بین‌المللی شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ۲۵% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند. این موضوع باعث می-گردد که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد. جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند. انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز، امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی را تحمیل نماید. کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید. جریان معکوس، مقدار جریانی می باشد که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.
همچنین امروزه نیاز به بهینه‌سازی مصرف انرژی بدون به‌وجود آوردن معضلات جدید برای مصرف کنندگان امریست ضروری، که در عین حال بایستی قابلیت اطمینان بالایی هم داشته باشد. پس امروزه بهره گیری از سیستم هیبرید گریزناپذیر می باشد، که منجر به بهره گیری از مصرف کننده های الکتریکی بیشتر و قوی‌تر می گردد و در نتیجه انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده افزایش می‌یابد.
ازاین روی، صنایع باتری‌سازی در صدد عرضه باتری‌های نو هستند، که همگام با تغییر تدریجی ساختار الکتریکی منابع تجدیدپذیر باشد. این درحالی می باشد که تأثیر باتری به عنوان یک وسیله محوری برای حفظ عملکرد مطلوب و افزایش قابلیت اطمینان منابع تجدیدپذیر و مصرف کنندگان، که قابل نظارت و مدیریت نیز باشد، ارتقا یافته می باشد[1].
از طرفی اغلب باتری‌ها نسبت به فراشارژ (overcharge) و فرودشارژ (over discharge) شدن حساسیت دارند و موجب تخریب باتری و صدمه وارد کردن به آن می گردد. علاوه بر آن در فرآیندهای شارژ سریع، مطلوب می باشد که باتری با بهره گیری از روشهای شارژ معمول که اکثراً با بهره گیری از جریانهای بالا انجام می‌گیرد، در کوتاهترین زمان ممکن به حالت شارژ کامل برسد در عین حال که از ورود به ناحیه فراشارژ، جلوگیری گردد[3,2].
پس عملکرد مطلوب باتری به تخمین حالت شارژ(‌‌SOC) و کنترل مناسب آن بستگی دارد. پس ضروری می باشد که با اندازه‌گیری و تخمین آن، شرایط را برای عملکرد مناسب باتری و نیز دستگاه‌های الکتریکی، از طریق مدیریت باتری در فراهم آورد. نظارت بر باتری سبب می‌‌‌گردد که بتوان از تمام توانایی باتری به بهترین شکل برای تأمین انرژی وسایلی که وابستگی بالایی به انرژی الکتریکی دارند بهره گیری نمود‌[3,1]. از آنجا که موضوع اصلی پایان‌نامه درمورد شارژ باتری و کنترل آن در سطح مشخصی می باشد، در ادامه به ارائه تعریفی از حالت شارژ می‌پردازیم.
1-2 مفهوم حالت شارژ
حال که ضرورت آگاهی از حالت شارژ (SOC[1]) باتری اظهار گردید بایستی تعریف دقیقی از آن اظهار نمود. در نظر نخست می‌توان گفت که حالت شارژ به‌گونه ساده، درصد بار الکتریکی ذخیره شده حقیقی به کل باری می باشد که می توان در باتری ذخیره نمود. فرض کنید یک باتری در اختیار داریم که از قبل دارای مقداری انرژی می باشد و اکنون آن را با جریان شارژ(وارد به باتری) ، شارژ می‌کنیم. در این صورت مقدار بار تحویل داده شده به باتری برابر می باشد با و از طرفی اگر باتری کاملاً خالی از انرژی باشد در نتیجه برابر کل باری می باشد که می توان در باتری ذخیره نمود. در روابط فوق، راندمان باتری را نشان می‌دهد که وابسته به جریان باتری می باشد، زیرا در هنگام شارژ مقداری از توان الکتریکی در باتری تلف می گردد. برای جریان شارژ و برای جریان دشارژ می باشد. با بهره گیری از تعریف بالا، حالت شارژ با ارتباط زیر تعریف می گردد:
(1-1 )                                                         
که در آن حالت شارژ اولیه باتری، بار الکتریکی در لحظه و کل بار الکتریکی می باشد که می‌توان در باتری ذخیره نمود. اما نکته قابل توجه، در دسترس نبودن حالت شارژ اولیه باتری در اغلب کاربردهایی می باشد که به‌گونه پیوسته از آن بهره می‌گیرند. خاطر نشان می گردد که ارتباط(1-1) یکی از روشهای مستقیم اندازه‌گیری حالت شارژ باتری در آزمایشگاه می باشد که در ادامه مطالعه روشهای تخمین حالت شارژ به‌گونه اجمالی معرفی خواهد گردید. شکل1-1 تفسیر تصویری از حالت شارژ باتری را به‌عنوان یک تابع حالت یکنواخت، با چشم‌پوشی از اثر دما، دشارژ درونی و انتشار جریان الکتریکی، ارائه می‌دهد. همان‌گونه که در ادامه اظهار می گردد، روشهای بسیاری برای بدست آوردن حالت شارژ باتری، چه با بهره گیری از حسگرهای ویژه و چه با بهره گیری از الگوریتمهای کلاسیک و هوشمند، بکار رفته می باشد، که هرکدام دارای مزایا و معایبی می باشد که به آن تصریح خواهد گردید[1,2,3,4].
شکل1-1: تفسیر تصویری از ظرفیت و حالت شارژ باتری
1-3 مطالعه روشهای تخمین حالت شارژ باتری
مشخص کردن حالت شارژ باتری(SOC) بر اساس پیچیدگی یا سادگی نوع باتری و کاربردی که در آن بهره گیری می گردد، می‌تواند مسأله‌ای اساسی باشد. در زیر به مطالعه اجمالی روشهای بکار رفته برای تخمین حالت شارژ باتری‌ها می‌پردازیم.
1-3-1 اندازه‌گیری حالت شارژ از طریق ویژگیهای فیزیکی الکترولیت
در اغـلب باتری‌های دارای الکترولـیت مایع، مانند: انواع سربی اسیدی، الکترولیت در بیـشتر واکنشهای هنگام شارژ و دشارژ شرکت می کند. وابستگی خطی(بیشتر در مورد انواع سربی اسیدی) که بین تغییر چگالی اسید و حالت شارژ باتری هست، برای تعیین حالت شارژ باتری بکار می‌رود. این روش تنها برای باتریهای دارای الکترولیت مایع کاربرد دارد و برای اندازه‌گیری چگالی اسید، با بهره گیری از حسگرهای ویژه، قابل انجام می باشد.
معضلات ناشی از این روش اندازه‌گیری، مربوط به لایه لایه شدن اسید، کاهش آب اسید، و همچنین عمر و توانایی سنسور مورد بهره گیری می‌باشد. دو مشکل نخست با بهره گیری از هم زدن الکترولیت داخلی و نیز اضافه کردن آب مورد نیاز به‌صورت خودکار می‌تواند تا حدودی برطرف گردد. از طرف دیگر در نظر داشتن این نکته اهمیت دارد که اندازه‌گیری خواص فیزیکی اسید، درون سوراخ و منفذ الکترودها، که محل مصرف و تولید اسید می باشد قابل انجام نیست. پس در فرآیندهایی که جریان بالا هست، انتشار الکترولیت به‌صورت آرام به عنوان یک عامل تولید خطا در این روش اقدام می‌نماید[4].
1-3-2 ولتاژ مدار باز
مشابه آن چیز که که در مورد اندازه‌گیری چگالی اسید در بخش قبل گفته گردید، ولتاژ مدار باز باتری به‌صورت مستقیم با حالت شارژ آن بستگی دارد. در کاربردهایی که عموماً دوره‌های طولانی از استراحت، یعنی عدم شارژ و دشارژ باتری هست، روش ذکر گردیده پیشنهاد می گردد. در این‌صورت اندازه‌گیری ولتاژ مدار باز بیشتر برای تنظیم کردن روشهای دیگر تخمین حالت شارژ بکار می‌رود.
تفاوت بین ولتاژ مدار باز باتری هنگامی که به‌گونه کامل شارژ باشد، با هنگامی که فرا‌شارژ شده باشد، ناچیز می باشد و درنتیجه در هنگام فراشارژ، آزمون دچار خطا می گردد. همچنین باتری‌هایی وجود دارند که ساعتهای زیادی طول می‌کشد به حالت ماندگار خود برسند، تا برای انجام آزمون ولتاژ مدار باز آماده شوند. این ویژگی می‌تواند باعث مشکلاتی گردد. علاوه بر آن، در اغـلـب کاربردها مقـداری جـریان به‌گونه دائم بـرای دیگر وسایـل الکتریکی مـورد استفـاده لازم اسـت، که در این صورت آزمایش ولتاژ مدار باز برای تخمین حالت شارژ کارا نمی‌باشد.
وابستگی خطی حالت شارژ با ولتاژ مدار باز به‌صورت ارتباط زیر نشان داده می گردد:
(1-2)                                                                                      
که در آن نشان دهنده حالت شارژ باتری برحسب درصد می باشد، ولتاژ پایانه باتری هنگامی که می باشد و با بهره گیری از و اندازه گیری ولتاژ مدار باز در از معادله   (1-2) قابل محاسبه می باشد. از ارتباط(1-2) برای محاسبه حالت شارژ با بهره گیری از تخمین ولتاژ مدار باز باتری با مدل تونن یا نورتن، در روشهای کلاسیک تخمین مانند: فیلتر کالمن بهره گیری می گردد، که در قسمت بعد به این روش می‌پردازیم[4].
تعداد صفحه :153
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد رشته برق: بررسی چندین روش بازشناسی حالت گفتار

***

—-

پشتیبانی سایت :       (فقط پیامک)       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

دسته‌ها: مهندسی برق