دانشکده مهندسی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق
گرایش قدرت
عنوان
جبران سازی فلیکر ولتاژ در خروجی توربین های بادی بر پایه ژنراتور القایی توسط استات کام جهت بهبود توان
دی ماه 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده و استاد راهنما در سایت درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه 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
عنوان                                                                                            صفحه
چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………….1                                                                                              
فصل اول:آشنایی با پدیده های کیفیت توان
1-1:مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………2
1-2:عوامل تاثیر گذار بر افزایش اهمیت موضوع کیفیت برق……………………………………………………2
1-3 :کیفیت توان چیست؟…………………………………………………………………………………………………..3
1-4 :طبقه بندی پدیده های کیفیت توان………………………………………………………………………………..4
    1-4-1 :حالتهای گذرا…………………………………………………………………………………………………….4
            1-4-1-1 :حالتهای گذرای ضربه ای………………………………………………………………………4
            1-4-1-2 :حالتهای گذرای نوسانی…………………………………………………………………………4
     1-4-2 :تغییرات بلند مدت ولتاژ…………………………………………………………………………………….5
            1-4-2-1 :افزایش ولتاژ………………………………………………………………………………………..5
            1-4-2-2 :کاهش  ولتاژ………………………………………………………………………………………..5
            1-4-2-3:قطعی های دائم……………………………………………………………………………………..6
     1-4-3 :تغییرات کوتاه مدت ولتاژ…………………………………………………………………………………..6
            1-4-3-1 :قطعی های کوتاه مدت…………………………………………………………………………..6
            1-4-3-2 :فرو رفتگی ولتاژ……………………………………………………………………………………6
            1-4-3-3 :برآمدگی ولتاژ………………………………………………………………………………………7
     1-4-4 :اعوجاج شکل موج……………………………………………………………………………………………8
            1-4-4-1 :جابجاییDC…………………………………………………………………………………………8
            1-4-4-2 :هامونیک ها………………………………………………………………………………………….8
           1-4-4-3 :هامونیک های میانی………………………………………………………………………………..9
    1-4-5 :برش ولتاژ…………………………………………………………………………………………………………9
    1-4-6 :نوسانات ولتاژ………………………………………………………………………………………………….10
    1-4-7 :فلیکر ولتاژ………………………………………………………………………………………………………11
           1-4-7-1 :عوامل ایجاد فلیکر……………………………………………………………………………….12
           1-4-7-2 :اثرات فلیکر………………………………………………………………………………………..13
           1-4-7-3 :روشهای کاهش فلیکر…………………………………………………………………………..14
1-5 جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..15
فصل دوم:آشنایی با ادوات FACTS
2-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….16
2-2:معرفی جبرانساز Var استاتیک SVC……………………………………………………………………………16
    2-2-1:کاربردهای SVC ……………………………………………………………………………………………..17
    2-2-2:رایج­ترین انواع SVC…………………………………………………………………………………………17
2-3:معرفی و شبیه سازی جبرانساز استاتیک STATCOM……………………………………………………18
    2-3-1:کاربردهای STATCOM……………………………………………………………………………………19
    2-3-2:شبیه سازی STATCOM…………………………………………………………………………………..19
    2-3-3:مقایسه STATCOM و SVC…………………………………………………………………………….22
2-4:معرفی خازن سری کنترل تریستوری TCSC………………………………………………………………….24
   2-4-1:اهداف جبرانسازی خطوط انتقال توسط خازن­های سری………………………………………….24
   2-4-2میراکردن رزونانس زیر سنکرون (SSR) ………………………………………………………………..24
2-5:معرفی ترانسفورماتور شیفت دهنده فاز PST…………………………………………………………………25
    2-5-1:کاربردهای PST………………………………………………………………………………………………..26
    2-5-2:کاربردهای دینامیکی و گذرا……………………………………………………………………………….26
2-6:معرفی جبرانسازی سری سنکرون استاتیک SSSC…………………………………………………………26
    2-6-1:کاربرد های SSSC……………………………………………………………………………………………27
2-7: معرفی کنترل­کننده یکپارچه توان UPFC……………………………………………………………………..27
2-8:معرفی کنترل­کننده توان بین خطوط(IPFC) ………………………………………………………………….28
فصل سوم:آشنایی با سیستمهای بادی تولید انرژی الکتریکی
3-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….30
3-2:تاریخچه توربین های بادی………………………………………………………………………………………….30
    3-2-1:تولید انرژی مکانیکی…………………………………………………………………………………………31
    3-2-2:تولید انرژی الکتریکی………………………………………………………………………………………..31
3-3:مشخصه های انرژی بادی……………………………………………………………………………………………33
3-4:فن آوری توربین های بادی…………………………………………………………………………………………38
3-5:عملکرد  توربین های بادی از نظر سرعت……………………………………………………………………..38
   3-5-1:توربین های بادی سرعت ثابت…………………………………………………………………………….39
   3-5-2:توربین های بادی سرعت متغییر……………………………………………………………………………40
          3-5-2-1:توربین های بادی با تغییرات سرعت محدود………………………………………………41
          3-5-2-2:توربین های بادی سرعت متغییر با ژنراتور القایی تغذیه دوبل (DFIG)…………42
         3-5-2-3:توربین های بادی سرعت متغییر با مبدل فرکانسی با توان کامل……………………..43
3-6:کنترل آیرودینامیکی توربین های بادی…………………………………………………………………………..45
    3-6-1:کنترل ایستا (Stall Control) ……………………………………………………………………………..45
    3-6-2:کنترل زاویه پره (Pitch Control) ………………………………………………………………………45
    3-6-3:کنترل ایستای اکتیو (Active Stall Control) ……………………………………………………….46
3-7:ژنراتور های توربین های بادی…………………………………………………………………………………….46
    3-7-1:ژنراتور القایی……………………………………………………………………………………………………47
           3-7-1-1:ژنراتور القایی قفس سنجابی…………………………………………………………………..47
           3-7-1-2:ژنراتور القایی روتور سیم پیچی شده……………………………………………………….48
     3-7-2:ژنراتور سنکرون ……………………………………………………………………………………………..49
            3-7-2-1:ژنراتورهای سنکرون روتور سیم پیچی شده(WRSG)………………………………50
            3-7-2-2:ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم(PMSG)………………………………………….50
     3-7-3:ژنراتور DC…………………………………………………………………………………………………….51
     3-7-4:ژنراتورهای ولتاژ بالا………………………………………………………………………………………..52
3-8:کاربرد الکتروینک قدرت در توربین های بادی………………………………………………………………52
    3-8-1:راه انداز نرم(Soft Starter) ……………………………………………………………………………….52
    3-8-2:بانک خازنی……………………………………………………………………………………………………..53
    3-8-3:یکسوساز و اینورتر……………………………………………………………………………………………53
    3-8-4:مبدل فرکانس……………………………………………………………………………………………………54
3-9:جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..55
فصل چهارم:انتشار فلیکر و طراحی فلیکرمتر
4-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….56
4-2تخمین نوسانات ولتاژ………………………………………………………………………………………………….57
4-3:اندازه گیری شدت فلیکر کوتاه مدت و بلند مدت………………………………………………………….58
4-4:آزمایش عملکرد فلیکرمتر……………………………………………………………………………………………62
4-5:ارزیابی فلیکر در شبکه متصل به بارهای مختلف……………………………………………………………63
4-6:حدود مجاز فلیکر ولتاژ در سطوح مختلف ولتاژ…………………………………………………………….64
4-7:مدت زمان لازم برای اندازه گیری فلیکر………………………………………………………………………..64
4-8:فواصل زمانی اندازه گیری فلیکر برای شرکت های برق………………………………………………….65
4-9:حدود مجاز تزریق فلیکر توسط مشترکین……………………………………………………………………..65
4-10:مشخصه یک نوسان ولتاژ نمونه…………………………………………………………………………………66
4-11:ارزیابی فلیکر توربین های بادی متصل به شبکه در استانداردIEC 61400-21………………….67
     4-11-1:بهره برداری پیوسته………………………………………………………………………………………..68
     4-11-2:عملیات کلید زنی…………………………………………………………………………………………..69
فصل پنجم:شبیه سازی و تحلیل نتایج
5-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….71
5-2:توصیف مدل……………………………………………………………………………………………………………..71
5-3:مدل سازی در سیمولینک…………………………………………………………………………………………….73
5-4:تحلیل نمودارها………………………………………………………………………………………………………….77
    5-4-1:تغییرات توان اکتیو و راکتیو قبل و بعد از اتصال STATCOM……………………………….77
    5-4-2:زوایای پره ها قبل و بعد از اتصال STATCOM…………………………………………………..78
    5-4-3:اندازه گیری مقادیر فلیکرمتر قبل و بعد از اتصال STATCOM………………………………79
5-5:جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..82
نتیجه گیری
نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………83
منابع
منابع………………………………………………………………………………………………………………………………..84
پیوست ها
پیوست ها………………………………………………………………………………………………………………………..86
بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر جهت تولید انرژی الکتریکی، به گونه فزاینده ای افزایش یافته می باشد با گسترش بهره گیری از سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (FACTS)، جهت جبران کیفیت های توان و ولتاژ، محدوده بهره گیری از این انرژی ها را افزایش داده می باشد بهره گیری از انواع توربین های بادی جهت تولید انرژی برق، در سال های اخیر رایج شده می باشد و بسیاری از کشور ها از آن بهره گیری می کنند در این پروژه، کاربرد جبران ساز سنکرون استاتیکی (STATCOM) در بهره برداری پیوسته ی یک مزرعه ی بادی ارزیابی شده می باشد و تأثیر حضور STATCOM مطالعه و مدل سازی شده می باشد نتایج شبیه سازی نشان می دهد که توان شبکه با حضور STATCOM بهبود می یابد و توربین های بادی سرعت ثابت به خاطر خصلت نوسانی توان تولیدی خود به گونه قابل ملاحظه ای کیفیت ولتاژ شبکه الکتریکی متصل به آنها را تحت تاثیر قرار می دهند.نوسانات سریع ولتاژ تولید شده توسط این توربین ها باعث بروز فلیکر ولتاژ در شبکه می گردد. با در نظر داشتن شبیه سازی انجام شده می توان اثر پارامترهای مختلف شبکه الکتریکی بر روی اندازه فلیکر ولتاژ انتشار یافته ناشی از توربین های بادی را مطالعه نمود.برای ارزیابی اندازه انتشار فلیکر ولتاژ، برنامه فلیکرمتر بر اساس استاندارد IEC 61400-4-15 نوشته شده می باشد.مطالعه و شبیه سازی در محیط MATLAB/SIMULINK  و با در نظر گرفتن سه توربین 3 مگاو ات بر پایه ی ژنراتور القایی در یک مزرعه بادی انجام شده می باشد.                            
1-1:مقدمه
بحث کیفیت توان که تا امروزه یکی از بحث های مهم در سیستمهای قدرت می باشد از گذشته مطرح بوده می باشد و شرکت های برق در سرتاسر جهان از چندین دهه قبل بر روی این موضوع کار کرده اند.
در سال 1970 کیفیت برق به عنوان یکی از اهداف مهم در طراحی سیستم های قدرت صنعتی مطرح گردید،علاوه بر ایمنی،سرویس دهی با قابلیت اطمینان بالا و کم شدن هزینه های اولیه و جاری نیز از مباحثی بود که به همراه آن مهندسین برق را درگیر ساخت. تقریبا در همین زمان موضوع “کیفیت ولتاژ” در کشورهای اسکاندیناوی و در شوروی سابق مطرح گردید که هدف اصلی آنها کنترل تغییرات کم دامنه ولتاژ بود.
1-2:عوامل تاثیر گذار بر افزایش اهمیت موضوع کیفیت برق
امروزه عوامل متعددی موجب گردیده اند که بحث کیفیت توان و عرضه برق با کیفیت مناسب به مصرف کنندگان از موضوعات مهم بشمار می آید که در زیر به تعدادی از آنها تصریح می گردد:

  • تجهیزات و دستگاهها نسبت به اغتشاشات ولتاژ از حساسیت بیشتری بر خوردار شده اند.تجهیزات قدرت به 10 تا 20 سال گذشته بسیار حساس تر شده اند.آقای توماس کِی در سال 1978 معضلات اغتشاشات ولتاژ روی عملکرد تجهیزات الکترونیک را مورد بحث قرار دارد. علاوه بر حساس شدن تجهیزات،شرکتها نیز بعت اتلاف وقت و کاهش درآمد در آثر معضلات مربوط به پدیده های کیفیت توان به این مساله حساسیت بیشتری نشان می دهند. در یک شبکه ایده آل انرژی الکتریکی ،برقراری برق بصورت پیوسته یک حق اساسی برای مشترکین مورد نظر می باشد ،در نتیجه هر گونه قطعی برق با اعتراضی بیش از گذشته مواجه خواهد بود،حتی اگر باعث هیچگونه خرابی یا خسارت فیزیکی نگردد.[5]
  • تجهیزات و دستگاههای مختلف به تنهایی باعث بروز اغتشاشات ولتاژ می شوند.ادوات الکترونیک قدرت مدرن نه تنها به اغتشاشات ولتاز حساس هستند بلکه خود باعث بروز اغتشاش ولتاژ می گردند.افزایش بهره گیری از مبدلها (از تجهیزات الکترونیکی مصرف کننده ها و کامپیوتر ها تا تجهیزات کنترل سرعت در موتورها)منجر به افزایش اغتشاشات در ولتاژ گردیده می باشد.مساله اصلی در اینجا غیرسینوسی بودن جریان یکسو کننده ها و اینورترها می باشد. جریان ورودی این دستگاهها علاوه بر دارا بودن فرکانس اصلی شبکه حاوی هارمونیک نیز می باشند. که به علت افزایش بهره گیری از آنها مشکل مهمی برای شبکه بحساب می آیند.
  • افزایش نیاز برای استاندارد کردن و معیار های عملکرد:در قدیم مصرف کننده انرژی الکتریکی از دید بسیاری از شرکت های برق صرفا یکبار ساده به شمار می آمد، قطعی برق و اغتشاشات ولتاژ یک امر طبیعی محسوب می گردید و شرکت مذکور نیز طبق خواسته خود اقدام می نمود و هر مشترکی که نیاز به کیفیت و قابلیت اطمینان بالاتری داشت بایستی هزینه اضافی پرداخت کند،اما امروزه شرکت های تامین کننده برق به مصرف کننده به عنوان یک “مشتری”نگاه می کنند.الکتریسیته بصورت یک محصول با مشخصات خاص خود شناخته شده که می تواند اندازه گیری گردد،پیش بینی گردد،تضمین گردد،ارتقاء یابد و … که این موضوع بعلت گرایش به سمت خصوصی سازی و تغییر ساختار شبکه برق می باشد.رقابت آزاد در بازار های برق موضوع راحتی پیچیده تراز این هم می کند. در قدیم مصرف کننده قراردادی با موسسه برق محلی منعقد می ساخت و آن موسسه هم انرژی الکتریکی را با کیفیت و قابلیت خاص خود در اختیار مصرف کننده قرار می داد،اما امروزه در سیستمهای تجدید ساختار شده و با گسترش بازار برق مشترکین می توانند انرژی الکتریکی را از هر موسسه ای که متمایل باشند خریداری کنند،پس موسسه ای در این راستا موفق می باشد که بتواند برق را با کیفیت و قابلیت اطمینان بهتری به مشترکین تحویل بدهد. پس بحث کیفیت توان و کاهش اثرات سوء ناشی از آن اهمیت خود را نشان می دهد.
  • کیفیت توان قابل اندازه گیری می باشد:با دسترس بودن وسایل الکترونیکی برای اندازه گیری و نمایش شکل موجها،کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته می باشد.در قدیم اندازه گیری شاخصهای کیفیت توان مشکل بود و محدود به اندازه گیری مقدار موثر ولتاژ،فرکانس و قطعی های بلند مدت بود.اما امروزه با پیشرفت تکنولوزی و در اختیار بودن تجهیزات مانیتورینگ کیفیت توان،همچنین ارائه شاخصها و روشهای مناسب، ارزیابی و اندازه گیری پدیده های مختلف کیفیت توان براحتی قابل انجام می باشد.
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه: طراحی و شبیه سازی کنترل کننده پیش بین مبتنی برمدل فازی -عصبی سیستم های غیرخطی چند متغیره با استفاده ازبهینه سازی گرادیان کاهشی

1-3 :کیفیت توان چیست؟
از دیدگاههای مختلف تعاریف متفاوتی برای کیفیت توان اظهار شده می باشد. به عنوان نمونه یک شرکت برق کیفیت توان را بیشتر از جنبه قابلیت اطمینان مطرح می کند و یا از دید یک تولید کننده،کیفیت توان مشخصات برق عرضه شده برای کارکرد مناسب دستگاههای تولیدی می باشد.
دیکشنری انجمن بین المللی مهندسین برق در استاندارد IEEE std 1100 کیفیت توان را چنین تعریف می کند:”کیفیت توان برق دار کردن تجهیزات حساس برای عملکرد مناسب آن تجهیزات می باشد”تعریف جامع تر که در مرجع[5]اظهار شده معضلات توان را چنین مطرح می ‌کند:”هر مشکلی در برق عرضه شده که به صورت انحراف جریان،ولتاژ یا فرکانس بروز می کند و منجر به خرابی یا عملکرد نامناسب تجهیزات مشترکین می گردد”.
1-4 :طبقه بندی پدیده های کیفیت توان
علیرغم وجود توافقهائی در تعاریفی که برای پدیده های کیفیت توان انجام شده می باشد،دو مورد استاندارد مرجع که بطور گسترده ای مورد بهره گیری هستند سری IEEE1159 و IEC-61000 می باشند که پدیده های معروف معرفی شده توسط این استانداردها در ادامه تشریح می گردد[6و5و4]:
1-4-1 :حالتهای گذرا:
اصطلاح گذرا بطور معمول در مورد تغییرات ناگهانی در یک شکل موج سینوسی بکار می رود.کلمه ضربه برای تشزیح امواج گذرایی که توسط صاعقه به وجودمی آید مورد بهره گیری قرار می گیرد. استاندارد IEC61000-2-5-1990 امواج گذرا را بسته به منابعی که باعث وقوع این اختلالات میگردند به دو زیر گروه تقسیم می ‌کند:
1-4-1-1 :حالتهای گذرای ضربه ای:
حالتهای گذرای ضربه ای به تغییر ناگهانی در شرایط پایدار جریان،ولتاژ یا هر دو و با فرکانسی متفاوت با فرکانس شبکه و پلاریته یک جهتی اطلاق می گردد.حالتهای گذرای ضربه ای بطور معمول با دو مشخصه”Decay Time” و “Rise Time” و همچنین محتویات طیفی آنها شناخته می شوند.شکل (1-1)موج ضربه بر روی موج سینوسی را نشان می دهد.حالتهای گذرای ضربه ای علاوه بر اثرات نامطلوبی که بر روی عایقها دارند باعث تحریک فرکانس طبیعی شبکه و بروز حالتهای گذرای نوسانی نیز می گردند.
تعداد صفحه :114
قیمت :17500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت  serderehi@gmail.com

دسته‌ها: مهندسی برق