عنوان : تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات یزد

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق (M. Sc.)

گرایش قدرت

عنوان :

تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

استاد راهنما :

دکتر علی اکبر دامکی علی آباد


برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
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:
چکیده         …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
فصل اول (مقدمه )

  • اهمیت موضوع …………………………………………………………………………………………………………….. 5
  • مرور مقالات و کارهای صورت گرفته ………………………………………………………………………………..9
  • نتیجه­گیری از مقالات مطالعه شده …………………………………………………………………………………….11

فصل دوم (قابلیت اطمینان سیستم قدرت)
2-1-        مفهوم قابلیت اطمینان سیستم قدرت …………………………………………………………………………………14

  • مدل قابلیت اطمینان ……………………………………………………………………………………………………….16
  • ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل منابع تولید تجدیدپذیر …………………………………………………19

2-3-1- تکنیک محاسبه شاخص­های قابلیت اطمینان در سطح اول ………………………………………………….19
فصل سوم (مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی)

  • انواع تکنولوژی­های تولید برق در نیروگاه­های بادی ……………………………………………………………23

3-1-1- نوع اول- نوع سرعت ثابت ……………………………………………………………………………………………24
3-1-2-نوع دوم- توربین با سرعت متغیر محدود مجهز به جعبه دنده چند مرحله­ای …………………………25
3-1-3- نوع سوم- نوع سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………………………………………25
3-1-4- نوع چهارم- تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم و مجهز به مبدل قدرت کامل ……………….26
3-1-5- نوع پنجم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-6- نوع ششم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………………………………30
3-1-7- نوع هفتم- تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک …………………………………………………………………………………………………..31
3-2- چگونگی تولید برق توسط نیروگاه­های بادی …………………………………………………………………………32
3-2-1- مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی بر اساس تکنولوژی ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده …………………………………………………………………………………………………………………………………………………33
3-2-1-1- معرفی اجزای تشکیل دهنده واحد بادی و به دست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحد بر اساس خرابی اجزا ………………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-1-2- تأثیر عدم قطعیت سرعت باد بر مدل قابلیت اطمینان واحد بادی ……………………………………41
3-2-1-3-مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43
فصل چهارم (تکنیک­های مختلف خوشه­بندی)
4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………………46
4-2- انواع روش­های خوشه­بندی ………………………………………………………………………………………………47
4-3- خوشه­بندی فازی …………………………………………………………………………………………………………….48
4-4- معیارهای کارایی ……………………………………………………………………………………………………………..55
4-4-1- تابع ارزیابی ضریب افراز ………………………………………………………………………………………………56
4-4-2- تابع ارزیابی آنتروپی افراز ……………………………………………………………………………………………..56
4-4-3- تابع Fukuyama and Sugeno ………………………………………………………………………………57
4-4-4- تابع Xie and Beni …………………………………………………………………………………………………57
4-4-5 تابع N.Zahid ……………………………………………………………………………………………………………..58
4-4-6- تابع M.Ramze Rezaee ………………………………………………………………………………………….60
فصل پنجم (مقایسه روش­های مختلف خوشه­بندی بر اساس ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل مزارع بادی)
5-1- خوشه­بندی میانگین فازی …………………………………………………………………………………………………..64
5-1-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………65
5-1-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS ……………………………………………………………………..66
5-2- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن نقطه میانی به عنوان مرکز خوشه   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………66
5-3- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن مرکز خوشه بر اساس وزن دهی داده­های موجود در خوشه   ……………………………………………………………………………………………………………..70
5-4- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت و تعیین محدوده خوشه­ها و مراکز آن­ها بر اساس بهینه­سازی تابع هدف مبتنی بر فاصله بین داده­ها   ………………………………………………………………………………………………..73
5-5- خوشه­بندی میانگین فازی …………………………………………………………………………………………………..76
5-5-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………76
5-5-2- نتایج شبیه­سازی بر اساس مدل مناسب قابلیت اطمینان مزرعه بادی ……………………………….78
5-5-2-1- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS………………………………………………………………….78
5-5-2-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ……………………………………………………………….80
فصل ششم (نتیجه­گیری و پیشنهاد برای انجام کارهای آتی)

  • نتیجه­گیری …………………………………………………………………………………………………………………..83
  • پیشنهاد برای انجام کارهای آتی ……………………………………………………………………………………..8

 
فهرست جدول ها
جدول 1-1- تعدادی از مزارع بادی با ظرفیت زیاد …………………………………………………………………………6
جدول 1-2 : ظرفیت تولید برق در 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………..7
جدول 3-1- قسمت­های تشکیل دهنده جعبه دنده و نرخ خرابی آن­ها در سال­های 1997 تا 2005 ………36
جدول 3-2- اطلاعات مربوط به نرخ خرابی و زمان متوسط تعمیر المان­های تشکیل دهنده واحد بادی………………………………………………………………………………………………………………………………………….38
جدول 4-1- معیارهای تشابه بر اساس توابع فاصله مختلف………………………………………………………………54
جدول5-1 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………..66
جدول 5-2 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….66
جدول 5-3 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..67
جدول 5-4 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….67
جدول 5-5 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..68
جدول 5-6 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………….68
جدول 5-7 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69
جدول 5-8 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69
جدول 5-9 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………70
جدول 5-10 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….70
جدول 5-11 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………71
جدول 5-12 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………71
جدول 5-13 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………72
جدول 5-14 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….72
جدول 5-15 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73
جدول 5-16 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73
جدول 5-17 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….74
جدول 5-18 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف………………………………………………….74
جدول 5-19- نتایج اعمال الگوریتم خوشه­بندی به واحد بادی 3 مگاواتی………………………………………….75
جدول 5-20- مدل قابلیت اطمینان واحد 3 مگاواتی………………………………………………………………………..76
جدول 5-21- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی…………………………………………………………….76
جدول 5-22- شاخص مقدار متوسط بار قطع شده بر حسب ساعت در سال ……………………………………..78
جدول 5-23- شاخص مقدار متوسط انرژی تأمین نشده…………………………………………………………………..78
جدول 5-24- تأثیر افزایش سرعت باد بر شاخص­های قابلیت اطمینان……………………………………………….79
جدول 5-25- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ………………………………………………………………80
 
فهرست شکل ها
شکل 1-1- افزایش ظرفیت توربین­های بادی نصب شده در جهان …………………………………………………… 5
شکل 1-2 : 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………………………………………… 7
شکل 2-1- سطوح سلسله مراتبی به مقصود مطالعه قابلیت اطمینان سیستم قدرت …………………………… 15
شکل 2-2- مدل سلامت سیستم قدرت ……………………………………………………………………………………… 16
شکل 2-3- مدل مارکوف دوحالته …………………………………………………………………………………………….. 17
شکل 2-4 حالت­های زمانی مختلف برای یک واحد تولید انرژی الکتریکی ………………………………………18
شکل 2-5- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت در سطح اول ………………………………………………………19
شکل 2-6- چگونگی محاسبه شاخص اندازه متوسط بار قطع شده …………………………………………………………20
شکل 2-7- چگونگی محاسبه اندازه انرژی تغذیه نشده ………………………………………………………………………..21
شکل 3-1- اجزای نیروگاه بادی سرعت ثابت ………………………………………………………………………………..24
شکل 3-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم سرعت متغیر محدود ……………………………………………………….25
شکل 3-3- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………….26
شکل 3-4- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی ……………………………………………………………………………………………………………………..27
شکل 3-5- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با مغناطیس دائم ………………………………………………………………………………………………………………………….28
شکل3-6- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………….29
شکل3-7- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ……………………………………………………………………..30
شکل 3-8- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل، مجهز به ژنراتور القایی قفس سنجابی ………………………………………………………………………..31
شکل3-9- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک……………………………………………………………………………………..31
شکل 3-10- منحنی توان توربین بادی ……………………………………………………………………………………….32
شکل 3-11- اجزای تشکیل دهنده توربین بادی V90…………………………………………………………………..33
شکل 3-12- اجزای تشکیل دهنده واحدهای بادی مبتنی بر تکنولوژی ژنراتورهای دو سو تغذیه شده ….34
شکل 3-13- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی بر اساس خرابی اجزای تشکیل دهنده……………………………38
شکل 3-14- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی با در نظر گرفتن نرخ خرابی اجزا…………………………………..39
شکل 3-15- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی شامل N توربین مشابه………………………………………………..39
شکل 3-16- الگوی وزش باد در سال 2008 در منطقه منجیل در ارتفاع 40 متری به صورت ساعت به ساعت ……………………………………………………………………………………………………………………………………….40
شکل 3-17- منحنی توان توربین V90………………………………………………………………………………………….41
شکل 3-18- مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43
شکل 4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………..45
شکل 4-2: مجموعه داده پروانه­ای………………………………………………………………………………………………….49
شکل 4-3: خوشه بندی فازی داده ………………………………………………………………………………………………..50
شکل 4-4 : توزیع یک بعدی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..50
شکل 4-5-: خوشه­بندی کلاسیک نمونه­های ورودی………………………………………………………………………..51
شکل 4-6: خوشه­بندی فازی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..51
شکل 5-1- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت شامل مزارع بادی در سطح اول………………………………63
شکل 5-2- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت سرعت باد……………………………………………………………………………………………………………………………………………..64
شکل 5-3- هیستوگرام سرعت وزش باد………………………………………………………………………………………..65
شکل 5-4- نمودار مقدار تابع هدف بر حسب تعداد خوشه­ها…………………………………………………………..75
شکل 5-5- نمودار انرژی تأمین نشده بر حسب پیک بار………………………………………………………………….79
شکل A-1 : شماتیک شبکه تست RBTS……………………………………………………………………………………84
شکل B-1 : شماتیک تک خطی سیستم تست IEEERTS…………………………………………………………….86
چکیده
امروزه به علت های زیست محیطی و اقتصادی طریقه بهره گیری از انرژی­های تجدیدپذیر به ویژه توربین­های بادی به مقصود تولید برق در کشورهای مختلف دنیا افزایش یافته می باشد. از طرف دیگر توان تولیدی توربین­های بادی وابسته به سرعت باد بوده و با در نظر داشتن عدم قطعیت سرعت باد، توان خروجی این نیروگاه­ها متغیر می­باشد. این امر بر مسائل مختلف سیستم قدرت مانند قابلیت اطمینان تأثیر می­گذارد. به مقصود مطالعه تأثیر مزارع بادی بر مطالعات قابلیت اطمینان سیستم قدرت نیاز به یک مدل تحلیلی قابلیت اطمینان می­باشد که در این مدل هم خرابی اجزا و هم عدم قطعیت سرعت باد در نظر گرفته می­گردد. با در نظر داشتن اینکه تنوع توان­های خروجی مربوط به توربین بادی بسیار زیاد می­باشد لازم می باشد به کمک تکنیک خوشه­بندی تعداد حالت­های مربوط به مدل قابلیت اطمینان این توربین­ها کاهش یابد. در این مقاله به مقصود تعیین تعداد حالات مناسب برای مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی روش­های خوشه­بندی مختلف مورد بهره گیری قرار گرفته و نتیجه می­گردد که بر اساس معیار متوسط انرژی تعیین نشده روش فازی میانگین مناسب­ترین روش می­باشد.
پیشگفتار
در سال­های اخیر بهره گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر به خصوص انرژی باد به مقصود تولید برق در سراسر جهان رشد زیادی داشته می باشد. پاک بودن و نداشتن معضلات زیست محیطی، ارزان بودن و نداشتن نگرانی از پایان یافتن منابع این انرژی­ها از علت های این امر بوده می باشد. از طرف دیگر توان تولیدی این نیروگاه­ها بدلیل وابستگی به منابع تجدیدپذیر در طول زمان متغیر بوده و نمی­توان توان ثابتی از این نیروگاه­ها انتظار داشت. به عنوان نمونه توان تولیدی نیروگاه­های بادی به سرعت باد وابسته بوده و زیرا سرعت باد تغییر می­کند توان تولیدی نیز متغیر خواهد بود. این امر بر مسائل مختلف سیستم قدرت شامل این نیروگاه­ها مانند قابلیت اطمینان تأثیر می­گذارد. بر همین اساس لازم می باشد در سیستم­های قدرت امروزی که درصد قابل توجهی از توان را نیروگاه­های بادی تولید می­کنند مطالعه دقیق­تری در زمینه قابلیت اطمینان صورت پذیرد. در این پژوهش با در دست داشتن داده­های ساعت به ساعت سرعت باد و منحنی توان توربین نیروگاه­های بادی توان خروجی واحدهای بادی بدست می­آید. از آن­جا که سرعت باد از تنوع بسیار زیادی برخوردار می باشد مدل بدست آمده دارای تعداد زیادی حالت خواهد بود که برای انجام مطالعات قابلیت اطمینان به هیچ وجه مناسب نیست. بر همین اساس لازم می باشد به کمک تکنیکی مناسب، تعداد حالت­های بهینه و همچنین توان این حالت­ها تعیین گردد و یک مدل قابلیت اطمینان مناسب چند حالته برای نیروگاه­های بادی تعیین گردد.
مدل تحلیلی بدست آمده می­تواند در مطالعات مختلف سیستم قدرت به مانند برنامه­ریزی بهره گیری گردد و همچنین تعداد و ظرفیت نیروگاه­هایی که لازم می باشد در آینده به مقصود تأمین بار پیش­بینی شده نصب گردند، با این مدل بدست می­آید. در تعیین مدل مناسب قابلیت اطمینان (تعداد حالت­ها و ظرفیت مربوط به هر حالت) از روش­های مختلف خوشه­بندی بهره گیری شده و مناسبترین تکنیک که می­تواند بهینه­ترین مدل را از نقطه نظر قابلیت اطمینان بدست دهد تعیین می­گردد. این تکنیک از مقایسه نتایج مربوط به روش­های مختلف خوشه­بندی حاصل می­گردد.
در مطالعات قابلیت اطمینان روش­های تحلیلی (مدل چند حالته با احتمال رخداد مربوط حالت­ها) و غیر تحلیلی (مبتنی بر روش شبیه سازی مونت کارلو) هست. در این پژوهش از روش تحلیلی بهره گیری شده و یک مدل قابلیت اطمینان چند حالته برای نیروگاه­های بادی بدست می­آید و پس مدل بدست آمده معضلات ناشی از روش شبیه سازی به مانند نیاز به حجم حافظه بالا، صرف کردن زمان طولانی در شبیه سازی و … را به همراه ندارد.
تعداد صفحه : 103
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار ارشد برق الکترونیک: لیزر DBR و بررسی اثر افزایش عمق کانال بر بهبود عملکرد آن

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

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