اگر در زمینه بهینه سازی با الگوریتم های هوشمند برای توزیع بهینه توان راکتیو کار کرده باشید متوجه شدید یکی از توابع هدفی که در بهینه سازی مورد استفاده قرار می گیرد تابع L یا همان Voltage Stability Index است. در فایل زیر شبیه سازی برای محاسبه این تابع بر روی یک سیستم نمونه 14 باسه انجام گرفته است. هدف از گذاشتن این فایل بوده گاهی دانشجویان در محاسبه این معیار دچار مشکل هستند. همچنین برای اینکه دانشجویان بهتر متوجه موضع این تابع هدف شوند یک مقاله در فایل ضمیمه کرده ایم . عنوان مقاله در زیر داده شده است.
Multi-objective optimal reactive power dispatch considering voltage stability in power systems using HFMOE
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:96
فهرست مطالب:
پیشگفتار…………………………………………………………………… 1
فصل اول
تئوری جبران بار……………………………………………………. 5
ضرورت جبران سازی……………………………………………………… 5
جبران کننده ایده آل………………………………………………………………. 7
بایاس کردن توان راکتیو……………………………………………………………. 8
جبران کننده بار بصورت رگولاتور ولتاژ……………………………………… 13
فصل دوم
تئوری کنترل توان راکتیو در سیستمهای انتقالدر حالت ماندگار……………………… 19
نیازمندیهای اساسی در انتقال…………………………………………… 19
خطوط انتقال جبران نشده……………………………………………… 20
خطوط انتقال جبران نشده در حالت بارداری ………………… 23
نیازمندی توان راکتیو ……………………………………………… 25
خطوط انتقال جبران شده …………………………………………… 29
جبران کننده های اکتیو وپاسیو …………………………………….. 30
کنترل ولتاژ بوسیله سوئیچ کردن جبران کننده موازی ………………………. 38
جبران سری …………………………………………….. 40
اهداف کلی ومحدودیت های عملی ………………. 41
مثال ……………………………………………. 48
فصل سوم
جبران توان راکتیو ورفتار دینامیکی سیستمهای انتقال …………………… 50
ضرورت جبران ……………………………………….. 51
چهار پریود زمانی ………………………………………………….. 52
جبران سازی دینامیک سیستم ……………………………………… 55
جبران موازی پاسیو ……………………………………………….. 55
پریود اولین نوسان ………………………………………………. 56
جبران کننده های استاتیک ……………………………………… 58
ممانعت از ناپایداری ولتاژبا استفاده از جبران استاتیک …………………….. 60
فصل چهارم
خازنهای سری ……………………………………………… 61
مقدمه …………………………………………………………. 63
طراحی تجهیزات واحدهای خازن ……………………………………… 65
آرایش فیزیکی ……………………………………………… 66
وسایل حفاظتی ……………………………………………………… 66
روشهای وارد کردن مجدد خازن ……………………………………….. 67
اثرات رزونانس با خازنهای سری ………………………………………….. 68
فصل پنجم
کندانسورهای سنکرون 70
جنبه های طراحی کندانسور 74
تامین توان راکتیو ضروری 75
تقلیل نوسانات گذرا 78
روشهای راه اندازی 79
سیستمهای کمکی 80
فصل ششم
هارمونیک 83
اثرات هارمونیک بر تجهیزات الکتریکی 86
رزونانس،خازنهای موازی،فیلترها 87
سیستم فیلتر 90
اعوجاج در ولتاژهارمونیک 92
فصل هفتم
هماهنگی ومدیریت توان راکتیو 96
چکیده:
توان راکتیو یک از مهمترین عوامل حائز اهمیت در طراحی و بهره برداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیر باز مورد توجه بوده است .در یک بیان ساده و بسیار کلی میتوان گفت از آنجاییکه امپدانسهای اجزاء سیستم قدرت بطور غالب راکتیو می باشند،انتقال توان اکتیو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتداو انتهای خط است.درحالیکه برای انتقال توان راکتیولازم است که اندازه این ولتاژهامتفاوت باشد.بنابراین باید توان راکتیو در بعضی از نقاط سیستم تولید و سپس به محلهای مورد نیاز منتقل شود.اما به چه دلیل میخواهیم توان راکتیو را انتقال دهیم؟ جواب این است که نه تنها اغلب اجزاءسیستم توان راکتیو مصرف می کنندبلکه اکثر بارهای الکتریکی نیز توان راکتیو مصرف می کنند.بنابراین توان راکتیو مصرفی بایستی از محلی تامین گردد.اگر قادر نباشیم آن را به سهولت انتقال دهیم آنگاه بایستی در محلی که مورد نیاز است آن را تولید نماییم. یک رابطه بنیادی مهمی بین انتقال توان راکتیو و اکتیو وجود دارد.همانطوریکه گقتیم انتقال توان اکتیو مستلزم جابجایی فاز وولتاژها می باشد.لیکن مقدار ولتاژهانیز به همین منوال حائز اهمیت است.مقدار آنها نه تنها بایستی بقدر کافی بالا باشد که بتواند بارها را حمایت نماید،بلکه بقدر کافی پایین باشدکه بتواند که منجر به شکست عایقی تجهیزات عایق نگردد.بایستی،بنابراین-در صورت لزوم ولتاژها را در نقاط کلیدی کنترل کرده و یا حمایت یا محدودیتی را به آن اعمال کنیم.این عمل کنترل می تواند در سطح وسعی بوسیله تولیدیا مصرف توان راکتیودر نقاط کلیدی صورت گیرد.در عمل تمام تجهیزات یک سیستم قدرت برای ولتاژ مشخصی،ولتاژنامی، طراحی می شوند.اگر ولتاژازمقدار نامی خودمنحرف شود ممکن است باعث صدمه رساندن به تجهیزات سیستم ویا کاهش عمر آنهاگردد.برای مثال گشتاوریک موتور القایی با توان دوم ولتاژترمینالهای آن متناسب است.بنابراین تثبیت ولتاژنقاط یک سیستم قدرت کاملاً ضروری است.بدیهی است که کنترل ولتاژتمام نقاط سیستم از لحاظ اقتصادی عملی نمی باشد.از طرف دیگر کنترل ولتاژدر حد کنترل فرکانس ضرورت نداشته ودر بسیاری از سیستمهای خطای ولتاژ در محدوده تنظیم می شود.توان راکتیو مصرفی بارها در ساعات مختلف در حال تغییر است،لذا ولتاژ وتوان راکتیوبایددائماًکنترل شوند.در ساعات پربار بارهاقدرت راکتیوبیشتری مصرف می کنندو نیاز به تولید قدرت راکتیوزیادی در شبکه می باشد.اگر قدرت راکتیو مورد نیاز تامین نشوداجباراًولتاژ نقاطمختلف شبکه کاهش یافته و ممکن است از محدوده مجاز خارج شود.
نیروگاهها دارای سیستم کنترل ولتاژهستندکه کاهش ولتاژ را حس می کنندوفرمان کنترل لازم را برای بالا بردن تحریک ژنراتورو در نتیجه افزایش ولتاژژنراتور تا سطح ولتاز نامی صادرمی کند.با بالا بردن تحریک،قدرتراکتیوتوسط ژنراتورها تولید می شود.لیکن قدرت راکتیو تولیدی ژنراتورهابخاطر مسایل حرارتی سیم پیچ ها محدود بوده و ژنراتورها به تنهایی نمی تواند در ساعات پربار تمام قدرت راکتیو مورد نیاز سیستم را تامین کنند.بنابر این در این ساعات بوسایلی نیاز است که بتوانند قدرت راکتیو به شبکه تزریق نمایندتا سطح ولتاژدر محدوده مجاز قرار گیرند.در ساعات کم بار،بارها وعناصر شبکه،قدرت راکتیومصرف می کنند و کاپاسیتانس خطوط انتقال باعث اضافه شدن قدرت راکتیو تولیدی در شبکه می گردد. در این حالت ژنراتورها بصورت زیر تحریک بکار اقتاده و مقداری از قدرت راکتیو مصرفی ژنراتورها نیز محدود بوده وژنراتورها نمی توانند به تنهایی مساله اضافه تولید قدرت راکتیووافزایش ولتاژ ناشی از آن را حل کنند.بنابراین به وسایلی که بتوانند در این ساعات قدرت راکتیو اضافی سیستم را مصرف نمایند نیاز می باشد.
گر چه این جنبه از توان راکتیو از دیر باز مورد توجه بوده است لیکن حداقل به 2 دلیل اهمیت زیادی پیدا کرده است:
1- مربوط به فشار روز افزون در جهت بهره برداری حداکثر ممکن از سیستمهای انتقال است و2- انواع جدید از جبران کننده های راکتیو استاتیکی قابل کنترل توسعه یافته است.درسنوات خیلی دوردر روند رشد شبکه های قدرت بای حمایت ولتاژو بهبود توانایی انتقال توان از کندانسورهای سنکرون استفاده گردید.همزمان در سیستم توزیع از خازنهای موازی برای بهبود پروفایل ولتاژوکاهش بارگیری خط وتلفات استفاده شد.توسعه سریع واقتصادی بودن خازنهای موازی منجر به جایگزینی آنها با کندانسورهای سنکرون در سیستمهای انتقال گردید.ملاحظه گردید که عملاً میتوان انچه را که کندانسورهای سنکرون انجام می داده اند از سوییچ کردن خازنهای موازی با هزینه ای خیلی کمتر بدست اورد.هم اکنون نشانه هایی است که مجدداً شیوه رجعت یافته وتامین توان راکتیو قابل کنترل در قالب وسایلی استاتیکی مطرح شده است. البته از نقطه نظر اقتصادی،هنوز بایستی یک مهندس سیستم تعیین کند که چقدر از خازن ثابت استفاده گرددو چه مقدارسوییچ گردد ودر نهایت چه مقداربطور پیوسته وسریع کنترل گردد.
بدلایل متعددی که تعدادی از آنها را به اختصار در اینجا ذکر میکنم اهمیت روز افزون یافته-کنترل توان راکتیووبررسی روشهای کنترل ان- اینجانب را بر آن داشت که در قالب پروژه درسی به مطالعه وبررسی این مهم بپردازم:
دلیل1): با توجه به قیمت سوخت،نیاز به بهره برداری بهینه از سیستمهای قدرت افزایش یافته است.برای توزیع یک مقدار معین توان به حداقل رساندن پخش توان راکتیو کل،تلفات کاهش می یابد.این اصل می تواند در شکل ساده یک خازن اصلاح کننده ضریب توان یک بار اندوکتیوی در قالب الگوریتمهای پیشرفته توسط کامپیوتر کنترل می شوند در سراسر سیستم اعمال گردد.
دلیل 2) : بواسطه میزان بالای نرخ سود عموماً و مشکلات مربوط به حریم خطوط انتقال در مواردی خاص از توسعه واحداث شبکه های انتقال حتی الامکان جلوگیری می شود.در موارد متعددی سعی شده است که با استفاده از وسایل کنترل توان راکتیووبهبود پایداری،میزان توان انتقالی خطوط موجود افزایش داد.
دلیل 3) : در بهره برداری از منابع آبی نیروگاههای دور دست نظیر مناطق کوهستانی توسعه یافته است.علیرغم توسعه تکنولوژی انتقال dc در بسیاری از این طرحهاانتقال ac ترجیح داده شده است.مسایل پایداری وکنترل ولتاژبه مسایل کنترل راکتیودر ارتباط داشته وراه حلهای زیادی ارایه گردیده است.
دلیل 4): بواسطه مصرف روزافزون وسایل الکترونیکی(بخصوص کامپیوتروتلویزیون رنگی) و همچنین رشد صنایع با فرایند پیوسته،نیاز به داشتن تغذیه با کیفیت بالاافزایش یافته است.کاهش ولتاژ یا فرکانس اثر نامطلوبی رابرروی چنین بارهایی اعمال می کند وقطع تغذیه می تواند خیلی صدمه آوروپرهزینه باشد.
-کنترل توان راکتیو یک ازار اساسی در حفظ کیفیت تغذیه می باشد.بخصوص برای جلوگیری از اغتشاشات ولتاژکه از عمومی ترین نوع اغتشاش می باشد.امواع معین از بارهای صنعتی، از آن جمله کوره های الکتریکی،دستگاههای حفاری و دستگاههای جوشکاری با دریافت توان راکتیوو اکتیواز سیستم تغذیه تغییرات سریع ووسیعی را بر آن تحمیل می نمایند.و اغلب لازم است که با بکار گرفتن وسایل تثبیت کننده ولتاژ،نظیر جبران کننده های توان راکتیواستاتسکس در طرف ac مبدلها این ضرورت را کاهش داد.
دلیل 5): با توسعه واحداث خطوط انتقالdc کنترل توان راکتیودر طرف ac مبدلها ضرورت پیدا کرده تا بدینوسیله ولتازتثبیت گردیده وبه عمل کموتاسیون مبدل مساعدت گردد.
در این پروژه ودر ادامه کلیه این مباحث از جنبه های مهندسی از نقطه نظر تئوری و عملی به بحث کشیده می شود.
مدیریت توان راکتیو و کنترل ولتاژ در سیستمهای
تجدید ساختار یافته
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:198
فهرست مطالب :
چکیده
مقدمه
فصل اول : کلیات
۱) مقدمه ۲ -۱
۲) دلایل اهمیت توان راکتیو ۲ -۱
۳) هماهنگی توان راکتیو ۴ -۱
۴) مدیریت توان راکتیو ۶ -۱
۵) فوائد انتقال ۸ -۱
۶) تأثیر بر روی تجهیزات ۱۰ -۱
فصل دوم : تجدید ساختار در صنعت برق
۱) مقدمه ۱۳ -۲
۲)خصوصی سازی ۱۴ -۲
۳) تجدید ساختار صنعت برق ۱۶ -۲
۱) ارتباط بین تجدید ساختار و مقررات زدایی ۱۸ -۳-۲
۲) ارتباط بین تجدید ساختار و خصوصی سازی ۱۹ -۳-۲
۳) ارتباط بین تجدید ساختار و جداسازی ۱۹ -۳-۲
۴) ارتباط بین تجدید ساختار و رقابت ۲۰ -۳-۲
۴) دلایل عمده برای تجدید ساختار صنعت برق ۲۰ -۲
۱) نیاز به تغییر قوانین نظارتی و تنظیمی ۲۰ -۴-۲
۲) خصوصی سازی ۲۱ -۴-۲
۳) پیش بینی کاهش هزینه ۲۱ -۴-۲
۴) عدم وجود انگیزه برای نو آوری و ابداع در محیط نظارتی و تنظیمی ۲۱ -۴-۲
۵) بهبود توجه به مشتری با ترویج رقابت ۲۲ -۴-۲
۵) مراحل اجرای تجدید ساختار صنعت برق ۲۲ -۲
۱) بررسی مراحل اجرای تجدید ساختار ۲۲ -۵-۲
۶) تشریح و تمایز ساختار سنتی و ساختارهای جدید صنعت برق دنیا ۲۶ -۲
۱) ساختار سنتی صنعت برق ۲۶ -۶-۲
۲) ساختار جدید صنعت برق ۲۸ -۶-۲
۱) افزایش دست اندرکاران ( بازیگران) ۲۸ -۲-۶-۲
۲) دسترسی آزاد به شبکه ۳۳ -۲-۶-۲
فروشندگان جزء برق ۳۳ -۲-۶-۲
۷) مفاهیم تخمینی در ساختار نوین برق ۳۴ -۲
۱) برنامه ریزی توسعه ۳۴ -۷-۲
۲) مدیریت ریسک ۳۴ -۷-۲
۳) مدیریت تراکم ۳۴ -۷-۲
۳۴ (A/S) ۴) سرویسهای جانبی -۷-۲
۵) سیستم اطلاع رسانی باز و بلادرنگ ۳۶ -۷-۲
۸)سرویسهای جانبی سیستم برق تجدید ساختار یافته ۳۶ -۲
۱) انواع مختلف سرویس جانبی ۳۷ -۸-۲
۹) مدیریت توان راکتیو در سیستم قدرت تجدید ساختار شده ۳۸ -۲
۱۰ )ایجاد رقابت در صنعت ۳۸ -۲
۱) مدل بازار اشتراکی ۳۹ -۱۰-۲
۲) مدل قرارداد های دو طرفه ۴۰ -۱۰-۲
۳) مدل هایبرید ۴۰ -۱۰-۲
۱۱ )وضعیت سیستم انتقال در روند تجدید ساختار ۴۰ -۲
۱) قراردادهای تبادل توان ۴۳ -۱۱-۲
۱) مقدار توان تبادلی ۴۳ -۱-۱۱-۲
۲) ثابت بودن یا قابل قطع بودن قرارداد ۴۳ -۱-۱۱-۲
۳) دوره زمانی قرارداد ۴۴ -۱-۱۱-۲
۴) نقاط تزریق و تحویل توان ۴۴ -۱-۱۱-۲
۱۲ )محدودیت ها و مشکلات خصوصی سازی ۴۴ -۲
۱۳ )ساختار بازار برق ایران ۴۶ -۲
۱)تعاریف مرتبط با فروشندگان ۴۸ -۱۳-۲
۲)تعاریف مرتبط با خریداران ۵۰ -۱۳-۲
۳)جایگاه شرکت های توزیع در بازار برق ۵۲ -۱۳-۲
۱) تأثیر بازار برق بر عملکرد شرکت های توزیع ۵۲ -۳-۱۳-۲
۱۴ )نتیجه گیری ۵۴ -۲
فصل سوم : تجربیات دیگر کشور ها در زمینه تجدید ساختار برق وکنترل توان راکتیو
۱) مقدمه ۵۶ -۳
۲) تجربه تجدید ساختار در کشور های اسکاندیناوی (بازار نوردیک) ۵۶ -۳
۱)ساختار قیمت های الکتریسیته ۵۹ -۲-۳
۲) بازار نوردیک ۵۹ -۲-۳
۱) بازار تجارت فیزیکی ۶۰ -۲-۲-۳
۲) بازار تجارت مالی ۶۰ -۲-۲-۳
۳) تسویه بازار برق نوردیک ۶۱ -۲-۲-۳
۳) شاخص های بازار نوردیک ۶۱ -۲-۳
۴) مسائل و مشکلات موجود در بازار برق نوردیک ۶۳ -۲-۳
۳) تجربه تجدید ساختار در کشور آمریکا ۶۳ -۳
۱) آژانسهای نظارتی دولتی کمیسیونها در آمریکا ۶۴ -۳-۳
۲) اصول کلی رقابت ۶۴ -۳-۳
۳) ترویج رقابت در صنعت برق آمریکا ۶۶ -۳-۳
۴) انواع شرکتها در آمریکا ۶۸ -۳-۳
۱) شرکتهای عمومی ۶۸ -۴-۳-۳
۲) شرکتهای غیر عمومی ۶۹ -۴-۳-۳
۵) دلایل یا محرک های ایجاد تغییرات ۷۱ -۳-۳
۷۳ FERC ۶) نقش -۳-۳
۱) معرفی نرخها برپایه بازار برای فروش توان در سطح عمده فروشی ۷۴ -۶-۳-۳
۲) امکان دسترسی منصفانه به سیستم انتقال توان ۷۶ -۶-۳-۳
۳) توسعه خط مشی های بازپرداخت هزینه های توزیع شده ۷۶ -۶-۳-۳
۴) ترویج شفافیت اطلاعات درباره سیستم انتقال ۷۷ -۶-۳-۳
۵) ترویج توسعه سازمانهای انتقال منطقه ای ۷۷ -۶-۳-۳
۷۸ RTO ۷) وضعیت سازمان انتقال منطقه ای -۳-۳
۸) بازارهای تبادل توان و عمده فروشی برق ۸۰ -۳-۳
۸۰ و دستور العمل ۲۰۰۰ RTO(۹-۳-۳
۴) مدیریت سرویس جانبی در کالیفرنیا ۸۴ -۳
۱) مدیریت سرویس های جانبی در نیویورک ۸۴ -۴-۳
۸۶ PJM ۵) مدیریت سرویس های جانبی در -۳
۶) تجربه تجدید ساختار در بریتانیا ۸۶ -۳
۱) ساختار صنعت برق بریتانیا قبل از خصوصی سازی ۸۷ -۶-۳
۸۹ ۲) قانون برق سال ۱۹۸۳ -۶-۳
۸۹ ۳) قانون برق سال ۱۹۸۹ -۶-۳
۱) تولید ۸۹ -۳-۶-۳
انتقال ۹۰ -۳-۶-۳
۳) توزیع ۹۱ -۳-۶-۳
۴) مدیریت سرویس های جانبی در انگلستان ۹۱ -۶-۳
۱) سرویس های جانبی مورد نیاز سیستم ۹۱ -۴-۶-۳
۲) سرویس های جانبی قابل خرید و فروش ۹۲ -۴-۶-۳
۵) بازار اشتراکی برق در انگلستان و ولز ۹۲ -۶-۳
۹۴ (NETA ) ۶) ترتیبات جدید در بازار برق انگلیس و ولز -۶-۳
۹۴ (BETTA) ۷) توسعه بازار برق انگلیس و ولز -۶-۳
۷) استرالیا ۹۴ -۳
۸) روند تجدید ساختار در سایر کشور ها ۹۶ -۳
۹) نتیجه گیری ۱۰۱ -۳
فصل چهارم : بدست آوردن تابع هدف و قیمت گذاری توان راکتیو
۱)مقدمه ۱۰۳ -۴
۲)مدل سازی هزینه توان اکتیو ۱۰۵ -۴
۳)مدل سازی هزینه توان راکتیو ۱۰۶ -۴
۱)هزینه منابع تولید توان راکتیو ۱۰۶ -۳-۴
۱)هزینه مستقیم ژنراتورها ۱۰۶ -۱-۳-۴
۲)هزینه مستقیم جبرانسازهای استاتیک ۱۰۶ -۱-۳-۴
۳)هزینه فرصت ژنراتورها ۱۰۷ -۱-۳-۴
۱۱۱ (OPF) ۴)فرموله سازی پخش بار بهینه -۴
۵)پخش بار بهینه جهت قیمت گذاری توان راکتیو ۱۱۳ -۴
۱)تابع هدف ۱۱۴ -۵-۴
۲)قیود مساوی ۱۱۴ -۵-۴
۳)قیود نا مساوی ۱۱۵ -۵-۴
۴)حدود ولتاژ ۱۱۵ -۵-۴
۵)حدود خط انتقال ۱۱۵ -۵-۴
۶)حدود جبرانسازهای استاتیک ۱۱۵ -۵-۴
۷)حدود ژنراتورها ۱۱۶ -۵-۴
۶)قیمت گذاری توان راکتیو ۱۱۷ -۴
۱)ساختار قیمت براساس حدود تعیین شده ۱۱۸ -۶-۴
۲)ساختار قیمت مبتنی بر بازار توان راکتیو ۱۱۹ -۶-۴
) محاسبه قیمت حاشیه ای توان اکتیو و راکتیو در شینه های سیستم ۱۲۰ -۴
۸) عملکرد بازار ۱۲۲ -۴
فصل پنجم : نتایج شبیه سازی
۱) مقدمه ۱۲۶ -۵
۲)نتایج حاصل ۱۲۶ -۵
۳) تغییر پارامترهای الگوریتم ژنتیک و تأثیر آن بر روی جواب بهینه ۱۲۹ -۵
۱) تعدادفرزندان کپی ۱۲۹ -۳-۵
۲) احتمال جهش و ترکیب ۱۳۰ -۳-۵
۳) اندازه جمعیت ۱۳۱ -۳-۵
۴) نقش تغییر بار سیستم بر روی قیمت توان اکتیو و راکتیو ۱۳۲ -۵
۵) نقش تغییر ضریب قدرت بار بر روی قیمت توان اکتیو و راکتیو ۱۳۸ -۵
۶) تأثیر حدود ولتاژ بر روی قیمت گذاری توان راکتیو ۱۴۲ -۵
فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات
۱) نتیجه گیری ۱۴۴ -۶
۲) پیشنهادات ۱۴۷ -۶
پیوست ها
پیوست اول : معرفی روش بهینه سازی بر اساس الگوریتم ژنتیک ۱۴۹
پیوست دوم : معرفی متغیرهای بکار برده شده ۱۷۰
بکار برده شده ۱۷۳ IEEE پیوست سوم : مشخصات سیستم های
فهرست منابع فارسی ۱۷۷
فهرست منابع لاتین ۱۷۸
چکیده انگلیسی
چکیده :
خصوصی سازی و مسائل اقتصادی امروزه در تمامی سیست م ها رکن اصلی و تعیین کنند ه ائی را بازی
می کند، همانطور که در زندگی شخصی ما نیز مسائل اقتصادی جزء مسائل مهم و اصلی زندگیمان
می باشد. طراحی و بهر ه برداری شرک ت های برق امروزه م ی بایست بر همین اصول اقتصاد ی و
خصوصی سازی بنا گرد د. در یک بازار رقابتی، تعیین یک قیم ت گذاری دقیق و عملی برای توان
راکتیو یک امر ضروری و غیر قابل اجتناب اس ت. ایجاد یک قیم تگذاری دقیق علاوه بر اینکه
می تواند هزینة تأمین کنندگان توان راکتیو را برگرداند، اطلاعات اقتصادی لازم برای بهر هب رداری
بهنگام سیستم را تأمین می کنند.
تقریبًا تمامی مراجع، قیم ت گذاری توان راکتیو بر اساس حدود ضریب قدرت بار را موثر و عادلانه
نمی دانند. همگی از یک پخش بار بهینه اصلاح شده جهت محاسبه قیمت توان اکتیو و راکتیو در
شینه های مختلف سیستم استفاده م ی کنند. در تابع هدف مساله پخش بار بهینه اصلاح شده، علاوه
بر هزینه تولید توان حقیقی، هزینه تولید توان راکتیو و هزینه انتقال توان نیز وارد مساله بهینه سازی
می شود. با حل این مساله بهین ه سازی، هزینه توان اکتیو و راکتیو و در نتیجه قیمت آنها در
شینه های مختلف بدست می آید. جهت بدست آوردن نتایج بهتر و دقیق تر، به جای حدود ثابت توان
راکتیو، به صورت قیود متغیر با مصرف توان اکتیو لحاظ م یشود. در نظر نگرفتن این نکته باعث
م یگردد توان تولیدی ژنراتورها از مقدار واقعی خود منحرف گردد.
در این جستار هدف ما بدست آوردن قیمت (هزینه) تولید توان راکتیو م ی باشد که جهت بدست
آوردن این هدف با توجه به این نکته که م یخواهیم حداقل هزینه ها اجراء گردد، مساله را به صورت
بهینه سازی حل م ی نمائیم. هدف مینیمم کردن هزینه تولید توان اکتیو و راکتیو م یباشد که از
الگوریتم ژنتیک استفاده نموده ایم. در این کار مدل هزینه توان اکتیو و راکتیو و انتقال بصورت دقیق
در نظر گرفته شده است و این به حل دقیق تر و اقتصادی تر مساله کمک وافر می نماید.
با پیشرفت علم و بدست آمدن یافته های جدید ، تحقیقات و کارهای قبلی احتیاج به به روز شدن و
بهینه سا زی پیدا می کنند ، چون ای ن کار ( بهینه سا زی ) باعث بدست آوردن نت ایج بهتر و
مفیدتری بر ای ما و سیستمی که مورد استفاده ما قرار گرفته می شود. در واقع ما با بهینه سا زی ،
ضعف ها وکاس تی ه ای سیستم موجود را کاهش می دهیم و نقاط قوت آن را تقوی ت م ی نم اییم .
امروزه در هر پروژه و برنامه ای مسائل اقتصا دی در کنارمسائل ف نی بعنوان مهمت رین و بنیادی ت رین
اصول ف نی نقش ایفا می کن د. در گذشته بیشتر تأ کید بر ر وی مسائل ف نی گذاشته می شد و مسائل
اقتصادی کمتر مورد توجه قرار می گرفت. و این به دولتی بودن و غی ر رقاب تی بودن پروژه ها و
سیستم ها مربوط می شد امروزه با خصو صی سازی و بوجود آمدن رقابت، مسائل اقتصادی در کنار
مسائل ف نی اه میت پیدا کرده ان د. در صنعت برق ، بدلیل پیچی دگی و اهمی ت خاص ای ن صنعت
همواره مورد توجه و ت غییر واقع می شود ، هر چند بد لیل سختی ها و مشکلات و
پیچیدگی ه ای این رشته این ت غییرات همواره با وسواس و کنترل خا صی همواره م ی باشد و نی از
است این تغییرات ابتدا بر روی سیستم های شبیه سازی شده اجراء گردد و پس از اطمینان از نتایج
کار آن را بر روی سیستم های واقعی پیاده نمود.
در یک سیستم قدرت هماهن گی تو لید و مصرف (برابری تو لید و مصر ف) و تقسیم اقتصادی تولی د و
مصرف ب سیار اه میت دارد ، زیرا با صحیح انجام دادن این کار ، ما هم از نظر فنی دچار مشکل نم ی
شویم و هم اینکه در لحاظ اقتصا دی ، بهره من د و منفعت می نمائیم. این کار تنها در سایه شناخت
کامل سیستم و اجر ای برنامه ه ای کام پیوتری مرتبط با پخش بار اقتصا دی حاصل می گردد که در
این پروژه روی این موضوع تحقیق و بررسی می نمائیم.
خلاصه ای از نمای کلی پروژه به صورت زیر می باش د. پایا ننامه د ر ٦ فصل ارائه م یگردد که
سرفصل ها بصورت زیر می باشند:
فصل اول: کلیات
فصل دوم: تجدید ساختار صنعت برق
فصل سوم: تجربیات دیگر کشورها در زمینه تجدید ساختار برق وکنترل توان راکتیو
فصل چهارم: بدست آوردن تابع هدف و قیمت گذاری توان راکتیو
فصل پنجم: نتایج شبیه سازی
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات
و در انتها مراجع و پیوست ها بیان شده اند.
تأمین توان راکتیو و کنترل ولتاژ در سیستم قدرت برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم و بهبود
کیفیت توان تولیدی از اهمیت زیادی برخوردار است، بدون کنترل ولتاژ و تأمین توان راکتیو، انتقال
توان اکتیو غیرممکن است.
انتقال توان اکت یو مستلزم وجود اختلاف زاویه فاز بین ولتاژهای ابتدا و انتهای خط است، لیکن
مقدار ولتاژها نیز به همین میزان حائز اهمیت است.
٢- دلایل اهمیت توان راکتیو -١
١. با توجه به قیمت سوخت، نیاز به بهر ه برداری بهینه از سیست م های قدرت افزایش یافته اس ت.
جهت توزیع یک مقدا ر معین توان، با به حداقل رساندن پخش توان راکتیو کل، تلفات کاهش
می یابد. این اصل م ی تواند در شکل ساده یک خازن اصلاح کننده ضریب توان ی ک بار اندوکتیو
تشریح کرد.
٢. بدلیل میزان بالای نرخ سود عمومًا و مشکلات مربوط به حریم خطوط انتقال در موارد خاص، از
توسعه و ا حداث شبک ه های انتقال حت ی الامکان جلوگیری م ی شود. در موارد متعد د، سعی شده که با
استفاده از وسایل کنترل توان راکتیو و بهبود پایداری، میزان توان انتقالی خطوط موجود را افزایش
داد.
مسائل ، ac ٣. در بهر ه برداری از منابع آبی، نیروگا ه های دوردست، با توجه به انتقال برق بصورت
راکتورها و ، facts پایداری و کنترل ولتاژ به کنترل توان راکتیو ارتباط داشته، که از کاربرد عناصر
خازنهای موازی شروع و تا خاز نهای سری، کندانسورهای سنکرون و جبران کنند ههای استاتیک
ادامه یافته است.
٤. بدلیل مصرف روزافزون وسایل الکترونیک (بخصوص کامپی وتر و تلویزیون رنگ ی) و همچنین رشد
منابع با فرایند پیوسته، نیاز به داشتن تغذیه با کیفیت بالا افزایش یافته است.
و...
بهینه سازی کنترل توان راکتیو
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:203
فهرست مطالب :
چکیده ١
مقدمه ٢
فصل اول- کلیات ٣
فصل دوم- معرفی آنترل توان راآتیو و مروری بر روشهای حل
مسأله بهینه سازی توان راآتیو
١- مقدمه ٨ -٢
٢- دلایل آنترل توان راآتیو ٨ -٢
٣- اهداف آنترل توان راآتیو در جبران سازی بار ١٠ -٢
١- ثابت نگهداشتن ولتاژ در یک سطح معین ١٠ -٣ -٢
٢- اصلاح ضریب توان ١٢ -٣ -٢
٣- متعادل آردن بار ١٣ -٣ -٢
٤ مروری بر روش های حل مسأله بهینه سازی ١٤ -٢
١ الگوریتم های مبتنی بر روش عددی ١٥ -٤ -٢
٢ الگوریتم های مبتنی بر هوش مصنوعی ١٥ -٤ -٢
٥ نتیجه گیری ١٦ -٢
فصل سوم- تئوری مجموعه های فازی ١٧
١ مقدمه ١٨ -٣
٢ نظریه مجموعه های فازی در مقابل مجموعه های کلاسیک ١٨ -٣
٣ تابع عضویت ٢٠ -٣
١ تابع عضویت مثلثی ٢٠ -٣ -٣
٢ تابع عضویت ذوزنقهای ٢١ -٣ -٣
٣ تابع عضویت گوسی ٢١ -٣ -٣
٤ تابع عضویت زنگولهای شکل ٢٢ -٣ -٣
٤ معرفی مفاهیم اساسی مرتبط با مجموعههای فازی ٢٢ -٣
١تکیهگاه ٢٣ -٤ -٣
٢ منفرد فازی ٢٣ -٤ -٣
٣ مجموعه فازی تهی ٢٣ -٤ -٣
٤ مرکز ٢٣ -٤ -٣
٥ نقطه تقاطع ٢٣ -٤ -٣
٦ ارتفاع ٢٣ -٤ -٣
٧ برش آلفا ٢٤ -٤ -٣
٥ عملیات بر روی مجموعه فازی ٢٤ -٣
١ معادل بودن دو مجموعه فازی ٢٤ -٥ -٣
٢ زیر مجموعه بودن ٢٤ -٥ -٣
٣ مکمل مجموعه فازی ٢٤ -٥ -٣
٤ اجتماع دو مجموعه فازی ٢٥ -٥ -٣
٥ اشتراک دو مجموعه فازی ٢٥ -٥ -٣
٦ ضرب دو مجموعه فازی ٢٦ -٥ -٣
٦ موتور استنتاج فازی ٢٦ -٣
١ استنتاج مبتنی بر ترآیب قواعد ٢٧ -٦ -٣
٢ استنتاج مبتنی بر قواعد جداگانه ٢٧ -٦ -٣
٧ طراحی سیستم فازی به آمک جدول جستجو ٢٧ -٣
٨ نتیجه گیری ٢٨ -٣
فصل چهارم- مبانی شبکه های عصبی مصنوعی ٢٩
١- مقدمه ٣٠ -٤
٢- مبانی بیولوژیکی شبکه های عصبی مصنوعی ٣٠ -٤
٣- اجزای تشکی لدهنده شبکه عصبی مصنوعی ٣١ -٤
١- نرون ها ( عناصر محاسباتی) ٣١ -٣ -٤
٢- لایه ها ٣٢ -٣ -٤
٣- مدل پایه یک نرون مصنوعی ٣٢ -٣ -٤
٤- مفاهیم شبکه های عصبی مصنوعی ٣٤ -٤
١- ساختار شبکه های عصبی مصنوعی ٣٥ -٤ -٤
١ - شبکه های عصبی مصنوعی پیشخور ٣٦ -١ -٤ -٤
٢- شبکه های عصبی مصنوعی پسخور ٣٧ -١ -٤ -٤
٢- توابع محرک (تبدیل) ٣٨ -٤ -٤
٣- شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان سیستم های -٤ -٤
دینامیکی آموزش پذیر ٤١
١- گونه های مختلف آموزش در شبک ههای عصبی -٣ -٤ -٤
مصنوعی ٤١
٤- آموزش شبکه عصبی مصنوعی ٤٣ -٤ -٤
٥- آنترل آموزش ٤٤ -٤ -٤
٥- تعمیم یافتگی در مقابل حفظ ٤٤ -٤
٦- تعیین بهترین اندازه برای شبکه ٤٤ -٤
٧- پرسپترون ٤٥ -٤
٨- قانون پس انتشار خطا ٤٦ -٤
١- الگوریتم پس انتشار خطا ٤٦ -٨ -٤
٢- محدودیت الگوریتم پس انتشار خطا ٤٩ -٨ -٤
٩ نتیجه گیری ٥١ -٤
فصل پنجم- الگوریتم ژنتیک ٥٢
١ مقدمه ٥٣ -٥
٢ واژگان و ساختار آلی الگوریتم ژنتیک ٥٤ -٥
١ واژگان الگوریتم ژنتیک ٥٤ -٢ -٥
٢ ساختار آلی الگوریتم ژنتیک ٥٥ -٢ -٥
٣- مفاهیم آلیدی الگوریتم ژنتیک ٥٦ -٥
١- آدینگ ٥٦ -٣ -٥
٢- ایجاد جمعیت اولیه ٥٩ -٣ -٥
٣- اعمال ژنتیک ٥٩ -٣ -٥
١- عملگر تقاطعی ٥٩ -٣-٣-٥
٢- عملگر جهشی ٦١ -٣ -٣ -٥
٣- عمل تحول ٦٢ -٣ -٣ -٥
١- فضای نمونه گیری ٦٢ -٣ -٣ -٣ -٥
٣- تابع برازش ٦٦ -٣ -٣ -٥
٤- برخورد با محدودیت ها ٦٦ -٣ -٣ -٥
٤ نتیجه گیری ٦٩ -٥
فصل ششم - الگوریتم اجتماع پرندگان ٧٠
١ مقدمه ٧١ -٦
٢ تاریخچه ٧٢ -٦
٣ اساس الگوریتم اجتماع پرندگان ٧٣ -٦
١ الگوریتم اجتماع پرندگان در حالت پیوسته ٧٥ -٣ -٦
٢ الگوریتم اجتماع پرندگان در حالت گسسته ٧٦ -٣ -٦
٧٨ pso ٤ پارامترهای -٦
١ وزن اینرسی ٧٨ -٤ -٦
٢ ضرایب شتاب ٧٩ -٤ -٦
٣ حداآثر سرعت ٧٩ -٤ -٦
٤ بعد مساله ٨٠ -٤ -٦
٥ تعداد ذرات ٨٠ -٤ -٦
٥ انواع توپولوژی واصل همسایگی ٨١ -٦
١ توپولوژی ستاره ٨٢ -٥ -٦
٢توپولوژی حلقه ٨٣ -٥ -٦
٣ توپولوژی چرخی ٨٤ -٥ -٦
٨٥ PSO ٦ الگوریت مهای -٦
١الگوریتم بهترین فرد ٨٥ -٦-٦
٢الگوریتم بهترین جهانی ٨٦ -٦-٦
٣ الگوریتم بهترین محلی ٨٧ -٦-٦
٧ همگرایی ٨٧ -٦
٨٧ PS O ٨ مزیت های -٦
٨٧ PSO ٩عیب -٦
١٠ پیاده سازی الگوریتم پرندگان در حالت پیوسته ٨٨ -٦
١١ پیاده سازی الگوریتم پرندگان در حالت گسسته ٩١ -٦
١٢ نتیجه گیری ٩٤ -٦
فصل هفتم- الگوریتم محاسبه مقادیر متغیرهای آنترلی در
بهینه سازی آنترل توان راآتیو ٩٥
١ مقدمه ٩٦ -٧
٢ فرمول بندی مساله، اهداف و قیود ٩٦ -٧
٣ مدل منحنی بار ٩٩ -٧
٤ حل مساله بهینه سازی توان راآتیو با فرض -٧
پیوسته در نظر گرفتن متغیرهای آنترلی
١ روش اول ١٠٠ -٤ -٧
٢ روش دوم ١٠٤ -٤ -٧
٣ روش سوم ١٠٥ -٤ -٧
٥ حل مساله بهینه سازی توان راآتیو با فرض -٧
پیوسته و گسسته در نظر گرفتن متغیرهای آنترلی
١ روش اول ١٠٦ -٥ -٧
٣ روش سوم ١٠٨ -٥ -٧
٤ روش چهارم ١٠٨ -٥ -٧
١٠٨ PSO ٦ بهینه سازی با استفاده از روش -٧
٧ استفاده از مدل فازی بار در مسأله ١١٠ -٧
١ تعر یف مجمو عه فازی برای منح نی بار در بازه -٧ -٧
های زمانی ١١٠
٢ الگوریتم حل ١١٣ -٧ -٧
٨ استفاده از شبکه عصبی در حذف نامعینی بار ١١٤ -٧
٩ نتیجه گیری ١١٥ -٧
فصل هشتم- نتایج شبیه سازی شده ١١٦
١ مقدمه ١١٧ -٨
٢ معرفی سیستم تست ٣٠ باسه ١١٧ -٨
٣ ارائه نتایج شبیه سازی ١٢٠ -٨
١ بهی نه سازی با پیو سته در ن ظر گرفتن -٣ -٨
مقادیر متغیرهای آنترلی ١٢٠
١ روش اول ١٢١ -١ -٣ -٨
٢ روش دوم ١٢٣ -١ -٣ -٨
٣ روش سوم ١٢٥ -١ -٣ -٨
٢ بهی نه سازی با در ن ظر گرفتن م قادیر متغیر های -٣ -٨
آنترلی به صورت گسسته و پیوسته ١٢٨
٢ روش اول ١٢٨ -٢ -٣ -٨
٢ روش دوم ١٣٠ -٢ -٣ -٨
٣ روش سوم ١٣٢ -٢ -٣ -٨
٤ روش چهارم ١٣٤ -٢ -٣ -٨
١٣٦ PSO ٣بهینه سازی با استفاده از روش -٣ -٨
٤ استفاده از مدل فازی بار در مسأله ١٣٧ -٣ -٨
٤ استفاده از شبکه عصبی در حذف نامعینی بار ١٤٠ -٣ -٨
٤ نتیجه گیری ١٤٣ -٨
نتیجه گیری کلی ١٤٤
منابع و ماخذ ١٤٦
فهرست منابع فارسی ١٤٦
فهرست منابع لاتین ١٤٧
چکیده انگلیسی ١٥٢
چکیده :
پخش توان راآتیو در سیستمهای قدرت به علت وجود جواب
های متعدد به عنوان یکی از مسایل آلیدی بهینه سازی
مطرح می شود. با تعریف هدف مسأله بهینه سازی به صورت
یک مسأله چند منظوره از روش های مبتنی بر هوش مصنوعی
جهت حل این مسأله استفاده می شود. استفاده از بار فازی
به عنوان بار واقعی سیستم یکی از این راه آارها می
باشد. نتایج بدست آمده از بررسی این روش ها برروی
صحت روش ها را نشان می دهد. پس از IEEE سیستم ٣٠ باسه
مشخص شدن متغیرهای آنترلی، اهداف مسأله و منحنی بار،
توسط الگوریتم ژنتیک، ترآیبی از متغیرهای آنترلی بدست
م یآید آه اهداف مسأله را تحقق بخشند. مدل بار به صورت
فازی در نظر گرفته می شود تا نامعینی های ناشی از
تغییرات بار در طول دوره های زمانی تا حدودی برطرف
شود. در نهایت سیستمی فازی طراحی می شود آه مقادیر
متغیرهای آنترلی پیوسته را بر اساس مقدار بار قرار
گرفته بر روی سیستم محاسبه آند.
یکی از مهمترین اهداف سیستم های قدرت انتقال توان از
تولید آننده به مصرف آننده می باشد. این انتقال توان
اآتیو از تولید آننده به مصرف آننده نیاز به بستری
مناسب خواهد داشت آه این بستر را پخش صحیح توان راآتیو
به وجود می آورد. به همین خاطر پخش توان راآتیو در
سیستمهای قدرت به عنوان یکی از مسایل آلیدی، مورد بحث
و بررسی قرار می گیرد. حل این گونه مسایل به علت وجود
جواب های متعدد به عنوان یک مسأله بهینه سازی ١ مطرح می
شود. مسأله بهینه سازی آنترل توان راآتیو ٢ با توجه به
اهمیت اهداف بهینه سازی، به عنوان یکی از مسایل با
اهمیت در مهندسی برق و طراحی سیستم های انتقال تبدیل
شده است. تعیین مقدار و زمانبندی مقادیر بانک های توان
راآتیو و ولتاژ ژنراتور در سیستم های قدرت به منظور
نیل به حداقل توان/ انرژی تلفاتی و بهبود پروفیل ولتاژ
از اهداف بهینه سازی توان راآتیو می باشد. به منظور حل
مسأله بهینه سازی روش های متنوعی به آار گرفته شده است
آه روش های مبتنی بر هوش مصنوعی و روش های مبتنی بر
روش های عددی از آن جمله است. روش های مبتنی بر هوش
مصنوعی ، به علت ساده تر بودن الگوریتم پیاده سازی،
آاربرد بالایی در حل این گونه مسائل دارا می باشند.
با تعریف هدف مسأله بهینه سازی به صورت یک مسأله چند
منظوره ٣، از روش های مبتنی بر هوش مصنوعی جهت حل این
مسأله استفاده می شود. تئوری فازی، الگوریتم ژنتیک و
شبکه های عصبی مصنوعی به منظور حل مسأله بهینه سازی به
آارگرفته می شوند. پس از معرفی مختصر این روش ها در
فصول اولیه، روش هایی جهت حل مسأله بهینه سازی توان
راآتیو ارائه می شود. استفاده از بار فازی به عنوان
بار واقعی سیستم یکی از این راه آارها می باشد. نتایج
بدست آمده از بررسی این روش ها برروی سیستم ٣٠ باسه
صحت روش ها را نشان می دهد.
فصل اول : آلیات
یکی از مهمترین اهداف سیستم های قدرت انتقال توان از
تولید آننده به مصرف آننده می باشد. در راه انتقال
توان از تولید آننده به مصرف آننده مشکلاتی از قبیل افت
ولتاژ وجود دارد آه به علت وجود امپدانس خطوط در باس
های سیستم می باشد. این افت ولتاژ در باس های سیستم به
نوبه خود باعث افزایش توان راآتیو در باس مورد بحث می
شود. این افزایش توان راآتیو نیز باعث افزایش جریان
عبوری از این باس خواهد شد و افزایش جریان با توجه به
امپدانس خط افت ولتاژ بیشتری را در باس ایجاد میکند و
این مسأله تا جایی ادامه پیدا می آند آه سیستم به یک
حالت پایدار برسد.
آاملاً مشخص است آه انتقال توان اآتیو از تولید آننده به
مصرف آننده نیاز به بستری مناسب خواهد داشت آه این
بستر را پخش صحیح توان راآتیو به وجود می آورد. به
همین خاطر پخش توان راآتیو در سیستمهای قدرت به عنوان
یکی از مسایل آلیدی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. به
منظور آنترل توان راآتیو در سیستم، بانک های توان
راآتیو ،آه شامل بانک های توان راآتیو پیوسته و گسسته
می باشند، و ترانسهایی با نسبت دور متغیر در سیستم
قرار داده می شوند. مسأله پخش یا آنترل توان راآتیو در
سیستم شامل برنامه ریزی و طراحی مقادیر بانک های توان
راآتیو پیوسته و گسسته، تعیین مقدار ولتاژ ژنراتورهای
سیستم و تعیین نسبت ترانس های موجود در سیستم جهت نیل
به اهدافی است آه در سیستم دنبال می شود. این اهداف می
تواند شامل بهبود پروفیل ولتاژ، حداقل توان تلفاتی ١ و
١ Minimum Power Loss
یا حداقل انرژی تلفاتی ١ باشد. حل این گونه مسایل به
علت وجود جواب های متعدد به عنوان یک مسأله بهینه
سازی ٢ مطرح می شود. به این صورت آه بهترین ترآیب بانک
های توان راآتیو و نسبت دور ترانس انتخاب شوند آه از
نظر هزینه بانک توان راآتیو و تلفات حالت بهینه ای را
در سیستم به وجود آورد. به منظور حل مسأله بهینه سازی
آنترل توان راآتیو روش های متنوعی به آار گرفته شده
است .این روش ها، شامل روش های مبتنی بر هوش مصنوعی ٣ و
روش های مبتنی بر حل عددی می باشد. روش های مبتنی بر
هوش مصنوعی ، به علت ساده تر بودن الگوریتم پیاده
سازی، آاربرد بالایی را در حل این گونه مسائل دارا می
باشند.
ساختار پایان نامه
در این پایان نامه با تعریف هدف مسأله بهینه سازی به
صورت یک مسأله چند منظوره ٤ با اهداف بهینه سازی شامل
حداقل توان تلفاتی، بهبود پروفیل ولتاژ و حداقل سوویچ
بانک های خازنی، راه آارهایی را در جهت حل مسأله بهینه
سازی در نظر گرفته شده ارائه می دهد. این راهکارها
شامل استفاده روش های مبتنی بر هوش مصنوعی است آه شامل
استفاده از تئوری فازی ٥ به منظور فازی آردن بار و قرار
دادن بار فازی به جای بار واقعی سیستم به منظور مدل
آردن نامعینی در بار و تعیین مقادیر برازندگی ١ در
الگوریتم ژنتیک ٢، استفاده از شبکه عصبی ٣ به منظور آاهش
نامعینی بار در سیستم و همچنین استفاده از الگوریتم
ژنتیک به منظور یافتن مقادیر متغیرهای آنترلی مسأله
بهینه سازی می باشد.
و...
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:101
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc"
مهندسی برق – کنترل
فهرست مطالب:
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
فصل اول : پیشگفتار 2
1-1 مقدمه 3
1-2 انرژی باد 4
1-3 مزایای بهره برداری از انرژی باد 4
1-4 اهمیت کنترل توان راکتیو در نیروگاه بادی 5
1-5 پیکربندی پایان نامه 6
فصل دوم : مشخصههای سیستمهای بادی 7
2-1 مقدمه 8
2-2- فنآوری توربینهای بادی 9
2-2-1- اجزای اصلی توربین بادی 11
2-2-2- چگونگی تولید توان در سیستمهای بادی 12
2-2-3- منحنی پیش بینی توان توربین بادی 13
2-2-4- پارامترهای مهم در توربین بادی 13
2-3- انواع توربینها از لحاظ سیستم عملکرد 14
2-3-1- عملکرد توربینهای سرعت ثابت 14
2-3-1-1- توربینهای ممانعت قابل تنظیم سرعت ثابت 15
2-3-1-2- توربینهای ممانعت تنظیم شده دو سرعتی 15
2-3-1-3- توربینهای زاویة گام قابل تنظیم فعال سرعت ثابت 16
2-3-1-4- توربینهای زاویة گام قابل تنظیم غیر فعال 16
2-3-2- الگوی عملکرد سرعت متغیر 16
2-3-2-1- توربینهای ممانعت تنظیم شده سرعت متغیر 17
2-3-2-2- توربینهای سرعت متغیر با زاویة گام قابل تنظیم فعال 17
2-3-2-3- توربینهای سرعت متغیر با محدوده عملکرد کوچک 18
2-4- کنترل توربین بادی 18
2-4-1- فعالیتهای قابل کنترل در توربینهای بادی 19
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
2-4-1-1- کنترل گشتاور آیرودینامیکی 19
2-4-1-2- کنترل گشتاور ژنراتور 20
2-4-1-3- کنترل گشتاور ترمز 20
2-4-1-4- کنترل جهت گیری دوران حول محور قائم 21
2-4-2- کلیات عملکرد توربینهای متصل به شبکه 21
2-5- ژنراتورهای مورد استفاده در توربینهای بادی 22
2-5-1- ژنراتورهای سنکرون 23
2-5-2- ژنراتورهای جریان مستقیم 24
2-5-3- ژنراتورهای القائی 25
2-5-4- تحلیل عملکرد ژنراتور القائی 25
2-5-4-1- راهاندازی توربین بادی با ژنراتور القائی 26
2-5-4-2- تحلیل دینامیک ماشین القائی 27
2-5-4-3- شرایط عملکرد خارج از محدوه طراحی 28
2-5-4-4- مشخصه ژنراتور القایی دو سوتغذیه 28
خلاصه فصل 2 30
فصل سوم : مدلسازی ژنراتور القائی با تغذیه دوبل 31
3-1- مقدمه 32
3-2- عملکرد فوق سنکرون و زیر سنکرون ژنراتور القایی دو سو تغذیه 33
3-3- تبدیل قاب مرجع 35
3-3-1- تبدیل قاب مرجع abc/dq 35
3-3-2- تبدیل قاب مرجع abc به αβ 39
3-4- مدلهای ژنراتور القایی 39
3-4-1- مدل بردار-فضا 40
3-4-2- مدل قاب مرجع dq 43
3-5- مدل مرتبه 3 ژنراتور القایی دو سو تغذیه 45
3-6- بیان پارامترها در سیستم پریونیت 45
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
3-7- کنترل اینورتر متصل به شبکه 47
3-8- کنترل چرخش ولتاژ(VOC) 48
3-9- کنترل چرخش میدان(FOC) 51
خلاصه فصل 3 53
فصل چهارم : طراحی کنترلکننده بهینه فیدبک حالت و خروجی 54
4-1- مقدمه 55
4-2- مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه کنترل توان در DFIG 56
4-3- توصیف سیستم 58
4-4- مدل توربین بادی 59
4-5- مدل ژنراتور القایی دو سو تغذیه 60
4-6- مدل جعبه دنده 61
4-7- مدل فیلتر RL 62
4-8- فضای حالت سیستم 64
4-9- طراحی با جایدهی قطب 67
4-10- طراحی کنترلکننده برای مدل تقویت شده 71
4-11-شبیه سازی 73
4-12- طراحی کنترلکننده PI جهت کنترل سرعت روتور (wr) 83
خلاصه 86
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات 87
پیوستها 91
منابع و مأخذ 92
فهرست منابع فارسی 93
فهرست منابع لاتین 95
چکیده انگلیسی 96
صفحه عنوان انگلیسی 97
اصالت نامه 98
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
شکل2-1- توربینهای بادی مدرن واقع در مزرعه بادی 8
شکل2-2- انواع توربینهای بادی 10
شکل 2-3- انواع توربینهای بادی 11
شکل 2-4- دیاگرام سیستم بادی 12
شکل 2-5- منحنی توان بر حسب سرعت باد توربین بادی 13
شکل2-6- کلاسبندی ژنراتورهای الکتریکی که اغلب در توربینهای بادی استفاده میشوند 23
شکل 2-7- منحنی توان، جریان و گشتاور ژنراتور القائی 26
شکل 2-8- منحنی افزایش جریان بر حسب کاهش فرکانس در ماشین القایی 28
شکل 2-9- دیاگرام بلوکی توانهای جاری شده در ژنراتورهای القائی دو سو تغذیه 29
شکل 3-1- ساختار DFIG 32
شکل 3-2- مبدل پشت به پشت 32
شکل 3-3 الف : حالت فوق سنکرون 33
شکل 3-3 ب: حالت زیر سنکرون 34
شکل 3-4- مشخصه گشتاور – سرعت DFIG 34
شکل 3-5- بردار فضای x ومتغیرهای سه فازش xa,xb,xc 36
شکل 3-6- تبدیل متغیرها در قاب ساکن سه فاز(abc) به قاب دو فاز (dq) 37
شکل 3-7- تجزیه بردار فضای x به قاب مرجع گردان (dq) 38
شکل 3-8- دیاگرام ساده شده DFIG 40
شکل 3-9- مدار معادل بردار فضا ژنراتور القایی در قاب مرجع دلخواه 42
شکل 3-10- مدل ژنراتور القایی در قاب سنکرون 43
شکل 3-11- مدل ژنراتور القایی در قاب ساکن 43
شکل 3-12- اینورتر متصل به شبکه در سیستم مبدل بادی 47
شکل 3-13- دیاگرام فاز و PF 48
شکل 3-14- بلوک دیاگرام کنترل چرخش ولتاژ(VOC) 49
شکل 3-15- کنترل چرخش میدان شار روتور 52
شکل 4-1- منحنی مشخصه سرعت – توان توربین در زاویه گام صفر 59
شکل 4-2- سیستم کنترل حلقه باز 69
شکل 4-3- سیستم کنترل حلقه بسته 69
شکل 4-4- خطای حالت دائمی توان راکتیو سمت استاتور 70
شکل 4-5- خطای حالت دائمی توان راکتیو کانورترسمت شبکه (فیلتر RL) 71
شکل 4-6- پاسخ پله توان راکتیو سمت استاتور پیش از بهینه سازی 73
شکل 4-7- پاسخ پله توان راکتیو فیلتر RL پیش از بهینه سازی 74
شکل 4-8- پاسخ پله توان راکتیو سمت استاتور پس از بهینهسازی 74
شکل 4-9- پاسخ پله توان راکتیو فیلتر RL پس از بهینه سازی 75
شکل 4-10- نمودارسیگنال کنترل Vds پس از بهینهسازی 75
شکل 4-11- نمودارسیگنال کنترلVdg پس از بهینهسازی 76
شکل 4-12- نمودارسیگنال جریان مؤلفه d استاتور پس از بهینهسازی 77
شکل 4-13- نمودارسیگنال جریان مؤلفه d فیلتر RL پس از بهینهسازی 77
شکل 4-14- نمودارسیگنال جریان مؤلفه q فیلتر RL پس از بهینهسازی 78
شکل 4-15- نمودارسیگنال جریان مؤلفه q استاتور پس از بهینهسازی 78
شکل4-16- نمودارسیگنال جریان مؤلفه d روتور پس از بهینهسازی 79
شکل4-17- نمودارسیگنال جریان مؤلفه q روتور پس از بهینهسازی 79
شکل4-18- نمودارخطای حالت دائمی توان راکتیو استاتور 80
شکل4-19- نمودارخطای حالت دائمی توان راکتیو کانورتر سمت شبکه 80
شکل 4-20- منحنی تغییرات سرعت روتور بر حسب پریونیت 81
شکل 4-21- پاسخ پله توان راکتیو سمت استاتور در سرعت روتور متغیر 82
شکل 4-22- پاسخ پله توان راکتیو فیلتر RL در سرعت روتور متغیر 82
شکل 2-23- نمودار بلوکی کنترلکننده PI 83
شکل4-24- تعییرات سرعت روتور پس از طراحی کنترلکننده PI 83
شکل4-25- پاسخ پله توان راکتیو استاتور پس از طراحی کنترلکننده PI 84
شکل4-26- پاسخ پله توان راکتیو فیلتر RL پس از طراحی کنترلکننده PI 84
شکل4-27- سیگنال ولتاژ مؤلفه d استاتور پس از طراحی کنترلکننده PI 85
شکل4-28- سیگنال ولتاژ مؤلفه d فیلتر RL پس از طراحی کنترلکننده PI 85
چکیده:
بالا بودن ضریب نفوذ باد در سیستمهای الکتریکی متصل به شبکه، چالشهای جدیدی را در رابطه با پایداری سیستمهای قدرت به دنبال دارد. علیرغم ماهیت تصادفی باد، لازم است تا اطمینان به پایداری شبکههای قدرت تضمین شود. از آنجائیکه یکی از نیازهای جدید شرکتهای تولیدکننده برق ازطریق انرژی باد، تنظیم ولتاژ میباشد، این پایاننامه بر روی کنترل توان راکتیو در نیروگاههای بادی مجهز به ماشینهای القایی دوسوتغذیه متمرکز شده است. در این پایان نامه یک نیروگاه بادی 9 مگاواتی شامل شش عدد توربین بادی 5/1 مگاواتی و ژنراتور القایی دو سو تغذیه ( بطوریکه همه توربینها در یک راستا قرار گرفته و بادهای یکسانی را دریافت میکنند) مدلسازی شده است. در این مدل کانورترهای سمت روتور و شبکه با گین یک در نظر گرفته شدهاند. برای کنترل توان راکتیو جاری شده در استاتور و فیلتر RL (این فیلتر کانورتر سمت شبکه را به شبکه متصل میکند) یک کنترلکننده فیدبک حالت و خروجی طراحی شده بطوریکه خروجیها (توانهای راکتیو جاری شده در استاتور و فیلتر RL)، ورودیهای مرجع را دنبال کنند. بعد از طراحی کنترلکننده فیدبک حالت و خروجی، گینهای این کنترل کننده با استفاده از روش نیوتن بهینه سازی شدهاند. در این مدل در ابتدا سرعت روتور برابر با مقدار ثابتی در نظر گرفته شده، از آنجائیکه سرعت روتور در واقع مقدار ثابتی نیست و با تغییر سرعت باد ورودی به توربین، تغییر میکند و باعث نوسانی شدن توانهای راکتیو میگردد، به همین جهت برای کنترل سرعت روتور نیز یک کنترلکننده PI طراحی شده است. نتایج شبیهسازی عملکرد صحیح سیستم پیشنهادی را نشان میدهد.
فصل اول
پیشگفتار
1-1 مقدمه:
در طول بیست سال گذشته، بهدلیل افزایش قیمت، محدود بودن منابع و اثرات مخرب زیست محیطی سوختهای فسیلی، منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. در همین حال، پیشرفتهای فنآوری، کاهش قیمت و مشوقهای دولتی باعث شده است تا پارهایی از منابع انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه و در بازار رقابت پذیر باشند. از این میان، انرژی باد یکی از سریعترین منابع انرژی تجدیدپذیری است که به سرعت در حال رشد و توسعه میباشد. انرژی باد سالهای متمادی است که برای آسیاب کردن دانههای کشاورزی، پمپ کردن آب و دریا نوردی بهکار برده شده است.
کاربرد آسیابهای بادی برای تولید برق به اواخر قرن نوزدهم برمیگردد؛ زمانیکه ژنراتور12 KW DC برای آسیابهای بادی ساخته شدند، اما این تنها در دهه 1980 میلادی است که صنعت به بلوغ کافی و لازم برای تولید برق بهگونهای اثر بخش و کارآمد دست مییابد.
در واقع ازسال 1975 پیشرفتهای شگرفی در زمینه توربینهای بادی در جهت تولید برق بهعمل آمده است. در سال1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در آمریکا نصب و به بهره برداری رسید. درپایان سال 1990 ظرفیت توربینهای برق بادی متصل به شبکه در جهان به 200MW رسید که توانایی تولید سالانه 3200Gwh برق را داشته که تقریباً تمام این تولید مربوط به ایالات کالیفرنیا آمریکا و کشور دانمارک بود.[1]
امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا، اسپانیا، چین و هندوستان برنامههای ملی ویژهایی را در جهت توسعه و عرضه تجاری انرژی باد آغاز کردهاند.
در طول دو دهه گذشته، مجموعه متنوعی از پیشرفتهای تکنولوژی در صنایع تولید برق بادی بسط و توسعه یافته، بنحویکه نسبت تبدیل مؤثر تولید برق از باد و کاهش هزینه آن به صورت چشمگیری بهبود یافته است. توان توربینهای بادی از چندین کیلووات به چندین و چند مگاوات در هر توربین افزایش یافته است. علاوه بر نصب توربینها برروی خشکی، توربینهای بادی بزرگتر به مناطق ساحلی دریاها رانده شدهاند تا ضمن کاهش اثرات سوء آنها بر مناظر و مناطق خشکی، بتوانند انرژی بیشتری را جذب کنند.
1-2 انرژی باد:
هنگامی که تابش خورشید به طور نامساوی به سطوح ناهموار زمین میرسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار میگردد و در اثر این تغییرات باد به وجود میآید. همچنین اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمین، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال میدهد که این امر نیز سبب به وجود آمدن باد میگردد. جریانات اقیانوسی نیز به طو مشابه عمل نموده و عامل 30٪ انتقال حرارت کلی در جهان میباشند. در مقیاس جهانی این جریانات اتمسفری بهصورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل مینمایند. دوران کره زمین نیز میتواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیارهایی در اتمسفر، انرژی مضاعف ایجاد نماید. در حقیقت همانطور که عنوان شد باد یکی از صورتهای مختلف انرژی خورشیدی میباشد که دارای یک الگوی جهانی پیوسته است.[2]
تغییرات سرعت باد، ساعتی، روزانه و فصلی بوده و متاثر از هوا و توپولوژی سطح زمین میباشد. بیشتر منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شدهاند.
1-3 مزایای بهره برداری از انرژی باد:
• کاهش میزان مصرف سوختهای فسیلی
• رایگان بودن انرژی باد
• توانایی تأمین بخشی از تقاضای انرژی برق
• کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژیهای فسیلی
• کمتر بودن هزینههای جاری و هزینههای سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
• عدم نیاز به آب
• عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
• کاهش آلودگی محیط زیست
• افزایش قابلیت اطمینان در تولید انرژی برق
مشکلات عمده در نیروگاههای بادی عمدتاً شامل تغییرات در ولتاژ و فرکانس شبکه، عدم تعادل فازها و قطع شدن ناگهانی یک یا تمامی فازها و تغییرات شدید در سرعت باد است که باعث ناپایداری سیستم میشود.[3] در رابطه با هر یک از این مشکلات تحقیقات و مطالعات متعددی صورت پذیرفته است. برای مثال در خصوص مشکلات مرتبط با ماهیت تصادفی باد میتوان به تحقیقهای [4و5] اشاره نمود که در این تحقیقات سیستم دینامیکی غیر خطی توربین بادی مدلسازی شده و یک کنترل کننده فیدبک بهینه تصادفی برای این سیستم طراحی شده است. در تحقیق [6] نیز به ارزیابی و مقایسه توربینهای سرعت ثابت و متغیر جهت بهینه سازی دریافت انرژی بادی پرداخته شده است.
1-4 اهمیت کنترل توان راکتیو در نیروگاههای بادی
با افزایش استفاده از انرژی باد در شبکههای قدرت، تولید توان و پایداری شبکه موضوعاتی کلیدی در دهه اخیر شده است. وابستگی به شرایط واقعی باد همچنان یک فاکتور ریسکی در نگهداری سطح متوازنی میان عرضه انرژی و تقاضای آن به عنوان شرط اصلی برای عملکرد قابل اطمینان از سیستم توان الکتریکی است.[7]
بررسی بهعمل آمده در آمریکا و کانادا در سال 2003 نشان داده که با کنترل توان راکتیو میتوان از قطعیهای متوالی خطوط انتقال و واحدهای تولیدی جلوگیری کرد. بنابراین بعضی از پیشنهادات پیرامون این موضوع ارائه شده است[8].
شرکتهای برق اروپایی راهبردهایی را برای اتصال مزارع بادی به خطوط انتقال با سطح ولتاژ بالا ارائه کردهاند. این استانداردهای شبکه (کدهای شبکه ) الزامات مشابهی (نظیر پایداری شبکه در عملکرد عادی و تحت شرایط خطا) که برای سیستمهای تولیدی متداول بوده را، برای مبدلهای توان بادی نیز وضع کردهاند. در مدت عملکرد نرمال، این استانداردها (پایداری شبکه در عملکرد عادی و تحت شرایط خطا) به معنای قابلیت تنظیم فرکانس، از طریق کنترل توان اکتیو و تنظیم ولتاژ از طریق کنترل توان راکتیو است.
یکی از انواع توربینهای بادی سرعت متغیر، توربینهای بادی با ژنراتورالقایی دو سو تغذیه (DFIG) میباشد که امروزه به عنوان یکی از رایجترین و پرطرفدارترین توربینهای بادی در جهان بهحساب میآید. در این پایان نامه یک مزرعه بادی مجهز به این نوع توربین بادی به همراه سیستم کنترل توان راکتیو با استفاده از نرم افزار متلب ارئه شده است.
تا کنون روشهای مختلفی برای کنترل توان توربینهای بادی DFIG ارائه شده است که از جمله آن میتوان به تولید توان اکتیو تحت شرایط نامتعادل [10]، کنترل جداگانه گشتاور الکترومغناطیسی و توان راکتیو برای ژنراتورهای دو سو تغذیه (DFIG)[11]، کنترل توان با استفاده از ازکانورتر منبع جریان [12] و کاربرد کانورتر سمت شبکه به صورت یک فیلتر اکتیو موازی برای تولید توان راکتیو و جبران هارمونیک و استفاده از اینورتر سمت روتور (RSI) تنها برای تولید توان اکتیو [13] ارائه شده است.
1-5 پیکربندی پایان نامه
در این پایاننامه، در ابتدا در فصل دو اجزای مختلف سیستمهای بادی معرفی شده، نحوه تولید توان در توربین توصیف و پارامترهای مهم توربین معرفی شده است. انواع توربین از لحاظ سیستم عملکرد (سرعت ثابت یا سرعت متغیر) مورد بررسی قرار گرفته، فعالیتهای قابل کنترل در توربین بادی و چگونگی کنترل توربینهای مختلف توضیح داده شده است. در انتها نیز مزایا و معایب انواع ژنراتورهای قابل استفاده در سیستمهای بادی (سنکرون، جریان مستقیم و القائی) بیان گردیده است.
در فصل سه توصیف مفصلی از ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه، حالتهای فوق سنکرون و زیر سنکرون آنها ارائه شده، توضیحاتی نیز پیرامون تبدیل قابهای مرجع و مدلهای ژنراتور (مدل بردار- فضا، مدل قاب مرجع dq) ارائه گردیده است. در نهایت تبدیل پارامترها در سیستم پریونیت و توصیف روشهای کنترل همراستای ولتاژ و کنترل همراستای میدان، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
مطالب ارائه شده در فصل چهارم را میتوان به شرح ذیل دسته بندی کرد:
• مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه کنترل توان درDFIG
• بیان فضای حالت سیستم
• توصیف روش طراحی با جایدهی قطب
• طراحی کنترلکننده برای مدل تقویت شده
• طراحی کنترلکننده PI برای کنترل سرعت روتور
در انتها نیز نتایج شبیه سازی ارائه شده است و در فصل آخر(پنجم) نتیجهگیری و پیشنهادات آورده شده است.
در پایان ضمائم و مراجع بهکار رفته به تفصیل ارائه گردیده است.