مدلسازی و شبیه سازی توربین بادی مجهز به DFIG و STATCOM به منظور بررسی عملكرد سیستم در شرایط خطا

مدلسازی و شبیه سازی توربین بادی مجهز به DFIG و STATCOM به منظور بررسی عملكرد سیستم در شرایط خطا
مدلسازی و شبیه سازی توربین بادی مجهز به DFIG و STATCOM به منظور بررسی عملكرد سیستم در شرایط خطا
900,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 133 صفحه + فایل شبیه سازی در نرم افزار pscad _ فرمت فایل: DOC (ورد 2003 – 2007) قابل ویرایش _ مقطع کارشناسی ارشد _ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین


فهرست:

    چكیده
    مقدمه
    فصل اول : مقدمه
    فصل دوم : مروری بر كارهای انجام شده
    انواع توربین بادی
    خصوصیات استاتیكی
    اجزای نیروگاه بادی
    انواع مختلف توربین های سرعت متغیر
    ژنراتور های سنكرون
    ژنراتورهای سنكرون با سیم پیچ میدان
    ژنراتور های سنكرون مغناطیس دایم
    ژنراتور القایی
    ژنراتورالقایی از دو سو تغذیه
    ژنراتورالقایی روتور قفسی
    انواع دیگر
    ژنراتور القایی ازدو سو تغذیه بدون جاروبك
    ژنراتور القایی دو سرعته
    انواع توپولوژی اتصال توربین های بادی در مزرعه
    سیستم های قدرت بادی مجهز به DFIG
    فصل سوم : مدل سازی و كنترل
    ژنراتور القایی از دو سو تغذیه
    مدل ماشین
    كنترل
    STATCOM
    مدل سازی وكنترل STATCOM
    crowbar
    محدود كننده جریان خطا
    راكتور های محدود كننده جریان خطا
    Is limiter
    محدود كننده جریان خطای حالت جامد
    محدود كننده جریان خطا ابر رسانا
    نوع مقاومتی
    نوع سلفی
    نوع راكتور DC
    فصل چهارم : شبیه سازی
    عملكرد بی وقفه توربین بادی
    سیستم قدرت نمونه
    نتایج حاصل از شبیه سازی
    اتصال كوتاه سه فاز بدون حفاظت مبدل سمت روتور
    اتصال كوتاه سه فاز با استفاده از روش انسداد و STATCOM
    اتصال كوتاه سه فاز با استفاده از FCL و بدون STATCOM
    اتصال كوتاه سه فاز با استفاده از FCL و STATCOM
    فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات
    نتیجه‌گیری
    پیشنهادات
    پیوست ها
    ضمیمه
    منابع و ماخذ
    فهرست منابع فارسی
    فهرست منابع لاتین
    چكیده انگلیسی


  فهرست جدول¬ها
                                                                                                     
1-1 : هزينه هاي مربوط به ساخت يك توربين بادي دو مگا واتي    8
2-1 : ظرفيت نصب شده نيروگاه هاي بادي در چند كشورصنعتي    11
3-1 : رشد اندازه توربين هاي بادي    12
1-2 : شركت هاي سازنده توربين هاي بادي    28
2-2 : مقايسه بين انواع توپولوژي اتصال توربين بادي درمزرعه بادي    31
1-3 : نصب STATCOM در آمريكا     52

   
فهرست نمودارها

1-1 : تغييرات ساليانه قيمت و نرخ تغييرات انرژي الكتريكي بادي    6
2-1 : ظرفيت نيروگاه هاي بادي نصب شده درجهان    9
3-1: ظرفيت نصب شده انواع نيروگاه هاي در اتحاديه اروپا در سال 2008    9
   
   
فهرست شكل‌ها

1-1 : اجزاي اصلي سيستم توربين بادي                                                                       10
1-2 : برش پره توربين                                                                                           17
2-2: مدل سازي توربين بادي                                                                                  18
3-2: نمودار ضريب قدرت                                                                                       18
4-2: اجزاي داخلي توربين بادي                                                                               19
5-2: ژنراتور سنكرون با سيم پيچي ميدان                                                                   20
6-2 : ژنراتور سنكرون مغناطيس دايم                                                                        22
7-2 : PMSG با مبدل PWM                                                                              22
8-2 : ژنراتور القايي از دو سو تغذيه                                                                           23
9-2 : ژنراتور القايي ازدو سو تغذيه تمام كنترلي                                                            24
10-2 : ژنراتور القايي روتور قفسي                                                                             25
11-2 : نحوه اتصال BDFM                                                                                  26
12-2 : جزييات عملكرد BDFM                                                                            26
13-2 : انواع اتصال توربين بادي در مزارع بادي                                                             29
14-2 : منحني LVRT در شبكه آلمان                                                                     33
15-2 : منحني LVRT در شبكه ايرلند                                                                     33
1-3 : ساختار DFIG                                                                                            38
2-3 : نحوه اتصال مبدل سمت روتور و شبكه به ژنراتور                                                    39


فهرست شكل‌ها                                                                                               

3-3 : مدارمعادل DFIG                                                                                        41
4-3 : ساختار اصلي كنترل RSC                                                                             44
5-3 : ساختاراصلي كنترل GSC                                                                              45
6-3 : حلقه كنترل جريان مبدل سمت شبكه                                                                47
7-3 : حلقه كنترل ولتاژ اتصال DC                                                                           48
8-3 : طراحي حلقه كنترل جريان براي ثابت نگه داشتن فركانس سوييچينگ                         49
9-3 : حلقه كنترل جريان مبدل سمت روتور با در نظر گرفتن ديناميك PWM                     49
10-3 : حلقه كنترل سرعت DFIG                                                                           50
11-3 : شماي كلي و مشخصه V-I براي SVC                                                          53
12-3 : شماي كلي و مشخصه V-I براي STATCOM                                                 54
13-3 : ساختاركنترل STATCOM                                                                      55
14-3 : مدار مبدل منبع ولتاژ                                                                                 56
15-3 : بلوك دياگرام كنترلر جريان                                                                          58
16-3 : مدار هاي crowbar                                                                                  59
17-3 : برخي اتصالات متداول CLR                                                                        61
18-3 : ساختار Is limiter        61
19-3 : ساختارهاي نمونه اي از محدود كننده جريان خطا جامد                                       64
20-3 : ساختار نمونه اي ازمحدود كننده جريان خطاي جامد                                           65


فهرست شكل‌ها                                                                                                

21-3 : مدار معادل محدود كننده رزونانسي سري موازي در زمان اتصال كوتاه                       65
22-3 : ساختار ديگري ازمحدود كننده جريان خطاي حالت جامد                                      66
23-3 : مدل يك سيم ابر رسانا در دماهاو جريان هاي مختلف                                           67
24-3 : تغييرات مقاومت ابر رسانا با تغييرات دما                                                           67
25-3 : تغييرات مقاومت ابر رسانا با تغييرات چگالي جريان                                              67
26-3 : مدل مداري يك محدود كننده جريان خطاي ابررساناي نوع سلفي                            68
27-3 : تغييرات امپدانس محدودكننده با تغييرات چگالي جريان                                       68
28-3 : ساختار هاي مختلف محدود كننده جريان خطاي ابر رساناي راكتور                          69
29-3 : محدود كننده جريان خطاي ابر رسانا نوع راكتور DC در حالت سه فاز                      69
30-3 : محدود كننده بدون استفاده از ابر رسانا با مدار جبران كننده                                  71
1-4 : ساختار FCL مورد استفاده در مدار روتور                                                          74
2-4 : سيستم قدرت نمونه                                                                                     75
3-4 : جريان روتور طي اتصال كوتاه سه فاز بدون حفاظت RSC                                      76
4-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                                          77
5-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                                          78
6-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                             78
7-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                             79
8-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                                         79


فهرست شكل‌ها

9-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                                         80
10-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                          80
11-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                          81
12-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 70 مگاواري                                       81
13-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 70 مگاواري                                       82
14-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 70 مگاواري                         82
15-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 70 مگاواري                         83
16-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                                    83
17-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                                    84
18-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                       84
19-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                       85
20-4 : توان تزريقي STATCOM                                                                      85
21-4 : جريان روتور                                                                                          86
22-4 : جريان روتور                                                                                          87
23-4 : ولتاژ شين توربين بادي                                                                             87
24-4 : ولتاژ شين توربين بادي درحالت بزرگ شده                                                    88
25-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                                      89


 
 فهرست شكل‌ها                                                                                            

26-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                                      89
27-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                        90
28-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 20 مگاواري                        90
29-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                                      91
30-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                                      91
31-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                         91
32-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 50 مگاواري                         92
33-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                                    92
34-4 : جريان روتور با استفاده از STATCOM 100 مگاواري    93
35-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 100 مگاواري    93
36-4 : ولتاژ شين توربين بادي با استفاده از STATCOM 100 مگاواري                       93
37-4 : توان تزريقي STATCOM    94

چكيده :
ايراد اصلي توربين هاي بادي مجهز به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه عملكرد آن ها در طي بروز اتصال كوتاه در شبكه مي باشد. در اين پروژه يك روش جديد براي عملكرد بي وقفه توربين بادي مجهز به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه در طي بروز خطا در شبكه ارايه شده است. يك محدود كننده جريان خطا به طور سري با مدار روتور قرار مي گيرد، در طي بروز خطا محدود كننده جريان يك سلف بزرگ را وارد مدار روتورمي كند تا از افزايش جريان در مدار روتور جلوگيري كند. هنگامي كه خطا رفع شد سلف نيز از مدار روتور خارج مي شود. همچنين از يك STATCOM براي تامين توان راكتيو مورد نياز در حالت دائمي و درطي بروز خطا استفاده شده است. صحت و عملكرد روش با شبيه سازي سيستم قدرت نمونه در محيط نرم افزار PSCAD/EMTDC تاييد مي شود.


مقدمه :
امروزه انواع زيادي از سيستم هاي توربين بادي در بازار رقابت مي كنند كه آن ها را به دو گروه اصلي مي توان تقسيم كرد. گروه اول، توربين هاي بادي سرعت ثابت هستند كه ژنراتور به طور مستقيم به شبكه متصل شده است. در واقع هيچ گونه كنترل الكتريكي براي اين سيستم وجود ندارد.به علاوه تغييرات سريع در ميزان سرعت باد به سرعت روي بار القار مي شود( به علت تغييرات توان). اين تغييرات براي توربين بادي كه به سيستم قدرت متصل است خوشايند نيست و باعث ايجاد فشارهاي مكانيكي روي توربين مي شود و عمر توربين را كم مي كند و نيز از كيفيت توان مي كاهد. در توربين بادي سرعت ثابت فقط يك سرعت باد وجود دارد كه توربين در آن سرعت بهينه كار مي كند، از اين رو توربين بادي سرعت ثابت اغلب خارج از عملكرد بهينه خود كار مي كند و به طور معمول ماكزيمم توان از باد گرفته نمي شود. گروه دوم، توربين بادي سرعت متغير هستند. در اين نوع ژنراتور به طور مستقيم به شبكه متصل نمي شود. نوع سرعت متغير توربين بادي قابليت كنترل سرعت روتور را فراهم مي كند، اين كار به ما اجازه مي دهد تا توربين بادي نزديك نقطه بهينه خود كار كند. بيشتر توربين هاي بادي با بازه توان بيشتر از 5/1 مگا وات از نوع سرعت متغيرمي باشند. يكي از انواع توربين هاي سرعت متغير، توربين هاي بادي مجهز به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه است. امروزه اكثر توربين هاي بادي به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه مجهز شده اند. . در اين نوع، ژنراتور القايي روتور سيم پيچي از طريق استاتور به شبكه قدرت متصل مي شود و روتور از طريق مبدل الكترونيك قدرت ac/dc/ac فركانس متغير با توان نامي در حدود 25-30 درصد توان نامي ژنراتور به شبكه قدرت متصل مي شود.  مبدل الكترونيك قدرت شامل مبدل طرف روتور و مبدل طرف شبكه است كه به طور پشت به پشت از طريق يك خازن اتصال dc به هم متصل شده اند. ايراد اصلي توربين هاي بادي سرعت متغير به خصوص توربين هايي كه به DFIG مجهز اند، عملكرد آن ها در طي بروز اتصال كوتاه در شبكه است. اتصال كوتاه روي سيستم قدرت حتي اگر از محل توربين بادي دور باشد باعث ايجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربين بادي با شبكه قدرت مي شود. اين امر باعث افزايش جريان در سيم پيچ استاتور مي شود. به خاطر كوپل مغناطيسي بين استاتور وروتور، اين جريان در مدار روتور و مبدل الكترونيك قدرت ديده مي شود، چون ظرفيت مبدل 25-30 درصد ظرفيت ژنراتور است اين جريان منجر به آسيب ديدن مبدل مي شود. تا پنج سال پيش، بيشتر اپراتور هاي شبكه نياز نداشتند تا  توربين هاي بادي در هنگام اتصال كوتاه، شبكه را تغذيه كنند و هنگامي كه يك حالت غير عادي در ولتاژ شبكه شناسايي مي شد، آن ها را از شبكه جدا مي كردند. با افزايش ظرفيت انرژي بادي در سيستم قدرت در سال هاي اخير و افزايش سهم آن ها در تامين توان در سيستم قدرت، از دست دادن ناگهاني و بزرگ توربين هاي بادي در طي بروز اتصال كوتاه در شبكه مي تواند باعث خاموشي هاي وسيع و ناپايداري در سيستم قدرت شود. در اين پروژه يك روش جديد براي عملكرد بي وقفه توربين بادي مجهز به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه با استفاده از محدود كننده جريان خطا و STATCOM ارايه شده است.

 

منابع و ماخذ

فهرست منابع فارسي
[1]    تحليل ماشين¬هاي الكتريكي، پل سي كراس، ترجمه سيد مرتضي سقائيان نژاد و حسن نيك خواجوئي. انتشارات دانشگاه صنعتي اصفهان، دي 1376.
فهرست منابع لاتين
[2]    A. V. da Rosa, Fundamental of renewable energy processes, 2nd edition. Academic press in an imprint of Elsevier, 2009.
[3]    R. Fiestas, et al., “wind power 2008 sectors year book: analysis and data”, Spanish wind power association, 2008.
[4]    J. Marques, H. Pinheiro, H. A. Grundling, J. R. Pinheiro, H. L. Hey, “A Survey on Variable Speed wind Turbine System”, conference of federal university of santa maria, Brazil, 2002.
[5]    Global Wind Energy Council (GWEC). Available online: http:/www.gwec.net.
[6]    G. Shrestha, H. Polinder, D. J. Bang, J. A. Ferreira, “Review of Energy Conversion system for Large wind Turbines”, European Wind Energy Conference (EWEC),2008.
[7]    F. Blaabjerg, Z. Chen, power electronics for modern wind turbines. Morgan & claypool publisher, 2006.
[8]    S. Soter, R. Wegener, “Development of Induction Machines in Wind Power Technology”, IEEE Electric Machines and drives Conference, Antalya, 2007.
[9]    R. Pena, J. C. Clare, and G. M. Asher, “Doubly fed induction generator using bavk-to-back PWM converter and its application to variable speed wind energy generation” , Proc. Inst. Elect. Eng.-Elect. Power Appl., vol. 143, no. 3, pp. 231-241, May. 1996.
[10]    J. B. Ekanayake, L. Holdsworth, X. WU, N. JENKIS, “Dynamic Modeling Of Doubly Fed Induction Generator Wind Turbines” , IEEE Trans On Power System,Vol.18, No.2, May 2003
[11]    P. C. Roberts, R. A. Mcmahon, P. J. Tavner, J. M. Maciejouski, T. J. Flack, “Equivalent circuit for Brushless Doubly Fed Machine Including Parameter Estimation and experimental Verification”, IEE Proc-electr.Power Appl, vol.152, No.4, July 2005.
[12]    www.sabaniroo.com
[13]    L. M. de Alegria, J. L. Villate, J. Andreu, I. Gabiola, P. Ibanez, “Grid Connection of Doubly Fed Induction Generator Wind Turbines : A Survey”, European Wind Energy Conference (EWEC), 2004.
[14]    A. Mullane, G. Lightbody, R. Yacamini, “Wind Turbine Fault Ride through Enhancement”, IEEE Trans. On power sys, Vol.20, No.4, November 2005.
[15]    V. Akhmatov, “Analysis of dynamic behavior of electric power system with large amount of wind power”, Ph.D. dissertation, Tech. univ. Denmark, Kgs. Lyngby, Denmark, Apr.2003.
[16]    W. Qiao, G. K. Venayagamoorthy, R. G. Harley, “Real Time Implementation of a STATCOM on a Wind Farm Equipped With Doubly Fed Induction Generators”, IEEE Trans. On Industry appl, Vol.45, No.1, Feb 2009.
[17]    J. Morren, S. W. H. de Haan, “Ridethrough of Wind Turbines with Doubly Fed Induction Generator during a Voltage Dip”, IEEE Trans. On Energy Convers, Vol.20, No.2, June 2005.
[18]    R. G. de almeida, J. A. Pecas Lopes, J. A. L. Barreiros, “Improving Power System Dynamic Behavior Through Doubly Fed Induction Machines Controlled By Static Converter Using Fuzzy Control”, IEEE Trans. On power sys, Vol.19, No.4, November 2004.
[19]    W. Qiao, R. G. Harley, G. K. Venayagamoorthy, “Coordinated Reactive Power Control of a Large Wind Farm and a STATCOM Using Heuristic Dynamic Programming”, IEEE Trans. On Energy Convers. Accepted for future application.
[20]    A. D. Hansen, G. Michalke, P. Sorensen, T. Lund, F. Iov, “Co-ordinated Voltage Control of DFIG Wind Turbines IN Uninterrupted Operation During Grid Faults”, Wiley Interscience. Wind Energy, Aug 2006.
[21]    N. Joshi, and N. Mohan, “A novel scheme to connect wind turbines to the power grid,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 24, no. 2, June. 2009.
[22]    S. K. Salman, and B. Badrzadeh, “New Approach for Modelling DFIG for grid connection studies,” Eropean Wind Energy Conference (EWEC), 2004.
[23]    K. R. Padiyar, FACTS controllers in power transmission and distribution, first edition, June 2007.
[24]    C. Schauder and H. Mehta, “Vector analysis and control of advancsd static VAR compensator”, Proc. Inst. Elect. Eng.-Gener. Transm. Distrib., vol. 140, no. 4, pp. 299-306, Jul. 1993.
[25]    N. G. Hingorani, L. Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, New York, Wiley-IEEE Press, 1999
[26]    C. C. Inwai, C. Yingvivatanapong, K. Methaprayoon, W. J. Lee, “Reactive Compensation techniques to Improve the Ride Through Capability Of Wind Turbine During Disturbance”, IEEE Trans. On Industry appl, Vol.41, No.3, June 2005.
[27]    Z. Saad-saoud, M. L. Lisboa, J. B. Ekanayake, N. Jenkis, G. Strbac, “Application of STATCOMs to Wind Farms”, IEE proc.Gener. Transim.  Distrit., Vol.145, No.5, Sept 1998.
[28]    A. Tapia, G. Tapia, J. X. Ostolaza, and J. R. Saenz, “Modeling and control of a wind turbine driven doubly fed induction generator” , IEEE Trans. Energy Convers., vol. 18, no. 2, pp. 194-204, Jun. 2003.
[29]    T. Tang and L. Xu, “A flexible active reactive power control strategy for a variable speed constant frequency generating system” , IEEE Trans. Power Electron., vol. 10, no. 4, pp. 472-477, Jul. 1995.
[30]    M. Yamaguchi, et al., “Performance of DC reactor type fault current limiter using high temperature superconducting coil” , IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 9, No. 2, Part 1, pp. 940-943, Jun. 1999.
[31]    Chang, C. S., and Loh, P. C., “Designs synthesis of resonant fault current limiter for voltage sag mitigation and current limitation” , IEEE Power Eng. Society Winter Meeting, Vol. 4, pp. 2482-2487, 23-27 Jan. 2000.
[32]    C. S. Chang and P. C. Loh, “Integration of fault current limiters on power systems for voltage quality improvement,” Journal of Electric Power Systems Research, Vol. 57, No. 2, pp. 83-92, 5 Mar. 2001.
[33]    V. K. Sood and S. Alam, “3-Phase fault current limiter for distribution systems” , International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems, pp. 1-6, 12-15 Dec. 2006.
[34]    Sławomir Kozak, et al., “Experimental and numerical analysis of energy losses in resistive SFCL”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 15, No. 2, Jun. 2005.
[35]    Min Cheol Ahn, et al., “ The short-circuit characteristics of a DC reactor type superconducting fault current limiter with fault detection and signal control of the power converter”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 15, No. 2, Jun. 2005.
[36]    A. P. Jayam, B. H. Chowdhury, “Improving the Dynamic Performance of Wind Farms With STATCOM”, IEEE power systems conference & exposition, Washington. USA, 2009.
[37]    S. Krohn, P. E. Morthorst, S. Awerbuch, “the economics of wind energy report”, European wind energy association, March. 2009.
[38]    The European wind energy association, wind energy statistics. Available online: http/ www.ewea.org.

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه