پایان نامه کنترل فرکانس میکروشبکهAC با استفاده از کنترلر PI فازی در مد جزيره اي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد مهندسی نفت 

گرایش : مهندسی ابزار دقیق و اتوماسیون در صنایع نفت

عنوان : کنترل فرکانس میکروشبکهAC  با استفاده از کنترلر  PI فازی در مد جزيره اي

دانشگاه شیراز 

دانشکده آموزشهای الکترونیکی

پايان نامه­ ی کارشناسي ارشد در رشته ­ی

مهندسی ابزار دقیق و اتوماسیون در صنایع نفت

 کنترل فرکانس میکروشبکهAC  با استفاده از کنترلر  PI فازی در مد جزيره اي

 استادراهنما

دکتر علیرضا روستا

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

استفاده از تولیدات پراکنده علیرغم تمام مزایای فراوان مشکلات زیادی را نيز ایجاد می‌کند که یکی از رایج‌ترین آنها ناپایداری فرکانسی است. به اين ترتيب كه میکرو شبکه به علت دارا بودن واحدهای تولیدی و مصرفی دینامیکی و متغیر با زمان، توازن بار را برهم می‌زند و این اجزاء عمدتا شامل : میکرو توربین بادی ، سلول خورشیدی و بار دینامیکی متغیر می‌باشند. در این پروژه، میکروشبکه ترکیبی از میکرو توربین بادی، الکترولایزر، پیل سوختی، میکرو توربین گازی، سلول خورشیدی و بار دینامیکی متغیر است.بدليل وجود متغیرهای زیادی که عدم توازن بار را ایجاد می‌کنند و همچنين با توجه به محدودیت‌هایی که واحدهای تولیدی دارند از کنترلر فازی برای میراسازی نوسانات فرکانسی و بهبود کنترل فرکانس بار استفاده شده است. در پروژه ارايه شده، میکروشبکه به صورت پيش فرض در حالت ایزوله از شبکه اصلی در نظر گرفته شده است و برای نشان دادن قابلیت بالای کنترلر فازی در كنترل فركانس، نتایج شبیه‌سازی کنترلر PI فازی با نتایج بدست آمده از اعمال کنترلر  PIسنتي[1]مقایسه شده است.همچنين برای عادلانه بودن مقایسه  ضرایب کنترلر PI سنتي با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات(PSO) [2]كه بصورت بهينه تنظیم شده مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج مقایسه نشان داد که عملكرد کنترلر PI فازی بسیار بهتر و با ضريب اطمينان بالا تري نسبت به کنترلر  PIسنتي است. همچنین در این پایان نامه برای نشان دادن مقاوم بودن کنترلر فازی سناریوهايی مانند افزایش و کاهش بار یا تولید شبيه سازي و استفاده شده است. در انتها اثر سیستم الکترولایزر در مواقع اغتشاش توانی بررسی گرديده است و نشان داده شده كه الکترولایزر اثر مثبتی در مواقع نامتوازنی بار دارد.لازم به ذكر است كه شبيه سازي ها با توجه به اين نكته صورت گرفته است كه توان توليدي ميكرو توربين نسبت به ساير اجزاء توليد كننده توان در شبكه بالاتر است.

کلید واژه: فرکانس، کنترلر فازی، میکرو شبکه، تولیدات پراکنده

فهرست مطالب

عنوان                                                                صفحه

فصل اول: مقدمه

پیشگفتار…………………………………………………………………………………………………… 2

مفاهیم اولیّه میکروشبکه و کاربردهای آن……………………………………………………………… 5

1-1) مقدمه……………………………………………………………………………………………….. 5

1-2) تولید پراکنده………………………………………………………………………………………. 7

1-2-1) مزایای استفاده از واحدهای تولید پراکنده……………………………………………………….. 8

1-3) میکروشبکه………………………………………………………………………………… 8

1-3-1) ساختار کلی میکروشبکه…………………………………………………………………………………… 10

1-3-2) مصرف کننده­ها…………………………………………………………………………………………………. 11

1-3-3)ذخیره­ساز های انرژی…………………………………………………………………………………………. 11

1-3-4)کنترل­کننده………………………………………………………………………………………………………… 12

1-4) مدهای عملکردی میکروشبکه……………………………………………………………………………………. 13

1-4-1)مد متصل به شبکه اصلی…………………………………………………………………………………… 13

1-4-2)مد جزیره­ای…………………………………………………………………………………………………………. 14

1-5) ساختار و عناصر میکروشبکه مورد بررسی………………………………………………………………… 15

1-6) کنترل فرکانس در میکروشبکه …………………………………………………………………………………. 17

1-7) جمع بندی و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………. 18

عنوان                                                                                                                     صفحه

فصل دوم: مروری بر کارهای گذشته

2-1) کاربرد های پیل سوختی در میکرو شبکه…………………………………………………………………. 21

2-2) چالش های کنترل میکروشبکه………………………………………………………………………………….. 23

2-3) مروری بر انواع مدل سازی دینامیکی عناصر موجود در ساختار میکروشبکه………… 25

2-4) کنترل  فرکانس……………………………………………………………………………………….. 27

 فصل سوم: کنترل­کننده­های هوشمند

3-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………………………… 31

3-2) چگونگی سیستم های فازی……………………………………………………………………………………….. 32

3-3) موارد و چگونگی استفاده از سیستم های فازی……………………………………………………….. 39

3-3-1) ماشین شست و شوی فازی……………………………………………………………………………. 40

3-3-2)سیستم های فازی در اتومبیل…………………………………………………………………………. 40

3-4)تارخچه مختصری از تئوری و کار بردهای فازی…………………………………………………………. 41

3-5) کنترل فازی و کاربرد آن در میکروشبکه…………………………………………………………………… 44

3-6) الگوريتم اجتماع ذرات  (PSO)…………………………………………………………………………………. 45

3-6-1) تابع ارزيابي (يا تابع هدف)………………………………………………………………………………. 47

3-7) جمع بندی و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………. 48

فصل چهار: کنترل فرکانس  در میکروشبکه

4-1) اجزای سیستم میکروشبکه……………………………………………………………………… 50

4-2) مدل‌ اجزاء مختلف میکروشبکه و نحوه پیاده‌سازی کنترل کننده فازی………………….. 51

4-2-1) فرمولاسیون مساله……………………………………………………………………………. 51

عنوان                                                                                                                     صفحه

4-2-2) مدل فرکانسی اجزاء میکروشبکه…………………………………………………………………….. 53

4-2-3) پیاده‌سازی کنترل کننده PI فازی در میکروشبکه………………………………………… 55

4-3)نحوه طراحي والگوريتم حل مسئله به روش PSO……………………………………………………. 58

4-4) پياده سازي الگوریتم PSO برای تعیین ضرایب کنترل کننده PI اعمال شده…….. 59

4-5) کنترل کننده PI فازی………………………………………………………………………. 60

4-5-1) پیاده‌سازی کنترل‌کننده PI  فازی و مقایسه نتایج آن

 با کنترل‌کننده PI سنتی…………………………………………………………………………….. 60

4-5-2)طراحی کنترل کننده فازی……………………………………………………………… 61

4-6( نویز سفید…………………………………………………………………………………………… 65

 فصل پنجم: نتایج شبیه سازی

مقدمه………………………………………………………………………………………………………. 69

نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………………………………….. 69

5-1) سیستم مورد مطالعه………………………………………………………………………………….. 70

5-2)  شبيه‌سازی میکروشبکه در حالتهای با کنترل کننده PI فازی و PI سنتي…………. 72

5-3) بررسی اثر سیستم الکترولایزر بر روی کنترل فرکانس میکروشبکه……………………….. 76

5 -4) بررسي عملكرد کنترل­کننده فازی در مواقع حذف بخشی از تولید……………………… 78

 نتيجه‌گیری و پیشنهادات…………………………………………………………….. 81

 فهرست مراجع و مآخذ………………………………………………………………………… 83

مقدمه

 پیشگفتار

امروزه عمده توان الکتریکی تولید شده در شبکه های قدرت، از مراکز توان متمرکز است  که معمولأ ترکیبی از توربین­های آبی مقیاس بزرگ، نیروگاه های مبتنی بر سوخت فسیلی و یا راکتورهای هسته ای می­باشد. در چنین سیستم هایی پاره ای مشکلات اساسی وجود دارند، که شاید مهم ترین آن، قابلیت اطمینان پایین و عدم دسترسی به منابع توان به دلیل کهنگی زیر ساخت های موجود است. علاوه بر این انتقال توان به مسافت های طولانی، تلفات اقتصادی زیادی را به بار می­آورد. از طرفی تقاضای بار در حال افزایش است و عدم تطابق بین تولید و مصرف آن، روز به روز جدی تر می­شود. در این وضعیت، حتی اگر یک نیروگاه جدید در نظر گرفته شود، انتخاب محل و تدارکات و رفع نیازهای موجود، به وجود آورنده چالشی جدی است. به منظور حل این مساله اجتناب ناپذیر در سیستم های الکتریکی متمرکز، یک انتخاب موثر و عملی استفاده از تولید پراکنده[1] به شکل میکروشبکه[2] است.یک میکروشبکه، شامل ترکیبی از منابع پراکنده انرژی، واسط های الکترونیک-قدرت و بار  می­باشد. در تحلیل میکروشبکه، مسائلی چون بررسی پروفیل فرکانس سیستم، مشخصات پخش بار منابع توان و عملکرد میکروشبکه در شرایط کاری متعدد، مورد بررسی قرار می­گیرد. به طور کلی نوسانات مصرف برق چه تجاری، خانگی، کشاورزی وصنعتی در شبکه به صورت لحظه ای اتفاق می­افتد. وظیفه مراکز کنترل، ایجاد تعادل بین تولید و مصرف به صورت لحظه ای و تنظیم فرکانس است. این تنظیم باید با برنامه ریزی صحیح و پیش بینی نوسانات مصرف، به صورت بهینه و اقتصادی انجام پذیرد.چه عدم تنظیم تعادل تولید و مصرف موجب تغییرات فرکانس گردیده که از یک طرف خسارات فراوانی را برای مشترکین و از طرف دیگر صدمات زیادی برای مولدهای نیرو و تجهیزات وابسته آن  در بر دارد. عدم مقابله صحیح و آنی در برخورد با اغتشاشات و اتفاقات شبکه که ممکن است علاوه بر نوسانات مصرف، در شبکه به وجود آید می­تواند منجر به از دست رفتن کل شبکه و صدمات جبران ناپدیری گردد که عوارض سیاسی، اجتماعی، انسانی و اقتصادی آن غیر قابل اجتناب است. در این پایان نامه مسائل مربوط به کنترل فرکانس در میکروشبکه را بررسی می­کنیم. در این پایان نامه، یک میکروشبکه مبتنی بر پیل سوختی که شامل میکروتوربین[3]، پیل سوختی[4]، سیستم فتوولتائیک[5]، توربین بادی[6]، الکترولایزر[7]، تانک هیدروژن و بار است، معرفی شده و یک سیستم کنترل فازی[8] جهت کنترل فرکانس در آن طراحی می­شود. عملکرد سیستم کنترلی مزبور در خلال خطاهای مختلف در شبکه مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. برای رسیدن به این هدف، ابتدا ساختار میکروشبکه، تعریف می­شود. سپس سیستم کنترل فازی مورد نظر برای کنترل فرکانس میکروشبکه طراحی خواهد شد. مباحث قابل بحث، در قالب پنج فصل ساماندهی شده است.در فصل اول، ابتدا مفاهیم تولید پراکنده و میکروشبکه بررسی می­شود. سپس مدهای عملکرد وساختار میکروشبکه و اجزای تشکیل دهنده ی آن در حالت کلی  بررسی خواهد شد. در فصل دوم به مرورر برخی مقالات در خصوص میکروشبکه، مدل سازی دینامیکی و کنترل فرکانس خواهیم پرداخت.

در فصل سوم تعریف و تاریخچه ای از تئوری و سیستم کنترل فازی پرداخته می­شود و همچنین برای درک بهتر سیستم کنترل فازی چند مثال نیز ذکر می شود. هدف این فصل معرفی سیستم کنترل فازی به عنوان یک روش نسبتأ جدید و کارا در گرایش های مختلف صنعت می­باشد.در انتهاي اين فصل به بررسي الگوريتم PSO خواهيم پرداخت.

نوسان فرکانس در میکروشبکه عمدتأ از نوسان توان حقیقی ناشی می شود، لذا مشکلات کیفیت توان ،پایداری فرکانس را تهدید می کند که می تواند با برقراری توازن بین تولید و تقاضا رفع شود.

 در فصل چهارم پس از معرفی ساختار میکروشبکه مورد بررسی و بیان معادلات ریاضی اجزای آن، طراحی سیستم کنترل جهت کنترل فرکانس انجام می­شود. در این فصل کنترلر PI فازی برای اعمال به میکروتوربین،به منظور کنترل فرکانس معرفی می­شود.

در ادامه فصل چهارم الگوریتم PSO مرور می شود و ضرایب کنترل کننده PI با استفاده از الگوریتم PSO به دست آورده می­شود .در ادامه فصل کنترل کننده PI فازی بر اساس روابط فازی طراحی می شود.

در فصل پنجم  نتایج اعمال هر دو کنترل کننده بر روی میکروشبکه پس از شبیه سازی آورده شده است. همچنین در چند سناریو میزان توان مندی کنترل کننده فازی بررسی خواهد شد. 

در ادامه به بیان نتیجه گیری و ارائه پیشنهاداتی جهت مطالعات آتی  برای علاقه مندان به موضوع کنترل فرکانس  پرداخته می­شود که امید است مورد توجه قرار گیرد.

در پیوست (الف)، (ب) و (پ) ، به ترتیب و به طور خاص به مطالعه پیل سوختی، الکترولایزر و میکروتوریبن  پرداخته می­شود و تاریخچه و انواع آن مورد بررسی قرار می گیرد.

مفاهیم اولیّه میکروشبکه و کاربردهای آن

در این فصل به بیان کلیاتی در خصوص میکروشبکه، مفهوم تولید پراکنده، معرفی المان های موجود در ساختار میکروشبکه  و نحوه کنترل فرکانس پرداخته خواهد شد.

1-1) مقدمه

تلفات و هزینه های زیادِ انتقال توان در مسافت های طولانی، از مراکز تولید (نیروگاه ها) به سمت محل های مصرف،  ایدة تولید در محل مصرف را در سالیان اخیر شکل داده است. این ایده در ابتدا به ظهور عناصر تولید پراکنده از قبیل: بادی، خورشیدی، نیروگاه های آبی میکرو، مینی و کوچک منجر شد. کاربرد این ایده مسائل و چالش های خاص خود را داشت، زیرا سهم تولید هریک از عناصر فوق بسیار پایین بوده و هرگز قابل قیاس با نیروگاه های بزرگ فعلی نیست. در ادامه این فرایند، ایده سیستم های ترکیبی مطرح شد و تعمیم این ایده به ظهور میکروشبکه منجر گردید.

با توجه به گسترش مصرف انرژي وگرايش جهاني به توليد انرژي به صورت غيرمتمركز،  ابزارهاي مختلف توليدپراكنده وساخت نمونه هاي تجاري –صنعتي آنها جايگاه ويژه اي يافته است . در واقع منابع توليدپراكنده،منابع توليدتوان الكتريكي هستندكه مستقيماً به شبكه توزيع يا به مصرف كننده متصل اند. سطح ولتاژ منابع توليدپراكنده از400 ولت تا حداكثر33 كيلوولت بوده وظرفيت آنها درمحدوده چند وات تاحداكثر100 مگاوات قرارميگيرد. با توجه به گسترش مصرف انرژي وگرايش جهاني به توليد انرژي به صورت غيرمتمركز، ابزارهاي بسيارمتنوعي مبتني برانرژيهاي فسيلي و تجديدپذير و ابزارهاي ذخيره سازي انرژي براي توليدپراكنده وجود دارندكه دراين ميان ميتوان به موتورهاي احتراقي، ميكروتوربين ها، پيلهاي سوختي، ديزل ژنراتورها، توربين هاي بادي، سلولهاي خورشيدي و … اشاره نمود .میکروشبکه اساسأ به حضور چند واحد تولید کننده توان کوچک در کنار هم و تغذیه یک مصرف کننده محلی گفته می شود.

 

ظهور ادوات پیل سوختی در چند دهه اخیر میل به استفاده از آن ها را در کنار سایر تولیدکننده های توان به وجود آورده است. سوخت مورد نیاز پیل سوختی، هیدروژن و اکسیژن و خروجی آن الکتریسیته و حرارت می­باشد. چنانچه می­دانیم دسترسی به اکسیژن خیلی دور از انتظار نیست، زیرا این عنصر به آسانی در هوای محیط یافت می­شود. البته تولید هیدروژن اندکی دشوار است و برای تولید این عنصر نیازمند به کارگیری الکترولیزر و یا استخراج آن از منابع زیست توده (بیوماس) هستیم. استخراج هیدروزن در حال حاضر با چالش های عمده ای روبرو است. زیرا قیمت این سوخت بسیار گران تر از سوخت های فسیلی بوده و شاید تنها دلیل استفاده از آن، تنها همین مورد فوق باشد. کشورهای صنعتی زیادی،  در حال توسعة روش های تولید هیدروژن هستند و امید آن می رود طی چند دهه آینده استخراج و تولید آن همگام با پیشرفت فناوری از لحاظ اقتصادی قابل توجه باشد.

1-2) تولید پراکنده

عبارت تولید پراکنده به منابع مولد قدرت الکتریکی که عمدتا دارای توان تولیدی بین 15کیلووات تا 10 مگاوات بوده و شامل انواع مختلف منابع تولیدکننده مقیاس کوچک
می­باشند، اطلاق می­­گردد. سیستم های تولید پراکنده از یک سو به صورت مستقل از شبکه سراسری به عنوان منابع تولید توان نزدیک بار و از سویی دیگر به صورت متصل به شبکه به عنوان منابع پشتیبان، برای برآوردن تقاضای بار عمل می­کنند. در حقیقت، منابع انرژی در سیستم های تولید پراکنده، شامل میکرو توربین ها، موتورهای دیزلی، توربین های بادی، سلول های خورشیدی و  پیل های  سوختی

هستند. این سیستم ها علاوه بر افزایش پتانسیل بازدهی به افزایش قابلیت اطمینان، خدمات پیوسته، تسطیح منحنی بار، اشتراک بار[9]، تنظیم ولتاژ و تأمین توان پشتیبان برای بارهای بحرانی در موارد خاموشی کمک می­کنند.

 در نگاه به تغییرات اساسی که در زیرساخت سیستم های قدرت اتفاق می­افتد، کاربرد فناوری های تولید پراکنده در سطح جهانی همواره با تجدید ساختار و افزایش تقاضا برای کیفیت خدمات انرژی به کار می­رود.

محیط تجدید ساختار یافته سیستم های قدرت الکتریکی در بسیاری از کشورهای پیشرفته به خریداران اجازه انتخاب خرید برق خود ویا فروش توان اضافی به شبکه را می­دهد. در چنین کشورهایی در هنگام تقاضای بالا، دولت های محلی برای توازن تولید و مصرف و به دلیل حفظ پایداری سیستم، دستور خاموشی را صادر می­کنند. به وضوح تولید پراکنده اثر تجاری عمده ای روی بازار توان الکتریکی خواهد داشت.

تعداد صفحه :119

قیمت :14700 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 شود.

:        ****       info@elmyar.net

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.

***  **** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید