علمی : کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک سیستم …

شکل ۳-۲۹:کنترل در ناحیه ۱ با لحاظ کردن منابع تجدید پذیر همراه با حلقه کنترل تکمیلی
شکل ۳-۳۰:کنترلر
۳-۸-نتیجه گیری
در این فصل جزییات و خصوصیات شبیه سازی، تا آنجا که مجال بود، بیان شد. در ابتدا توپولوژی کلی شبکه مورد بررسی، تعداد شینها، نام آنها و نواحی کنترلی بررسی شد. در ادامه انواع بارهای شبکه، انواع واحد های تولید، مکان قرار گیری آنها و دیگر جزییات بیان شد. همچنین کنترل بار- فرکانس برای تنظیم فرکانس شبکه معرفی شد و حلقه کنترلی اولیه و تکمیلی آن بررسی شد. مدل های مورد نیاز برای ساخت کنترل کننده، از جمله مدل توربین، مدل گاورنر سرعت، و مفاهیمی مانند مشخصه افتی، ضریب میرایی بار، ثابت ممان اینرسی و… معرفی گردید. همچنین فرض های لازم، ساده سازی ها و صرف نظر های مناسب نیز بیان گردید. پس از بیان روابط ریاضی حاکم بر مساله، مدل سازی آنها و ساده سازی، در انتها یک مدل جامع کنترلی برای سیستمی با چندین ناحیه کنترلی ارایه شد که شامل حلقه اولی و تکمیلی می باشد.
همچنین دیگر پارامترها و جزییاتی که ممکن است خواننده در باره ی آنها ابهام داشته باشد، معرفی شدند. در این فصل سعی شد فقط و فقط جزییات ضروری برای فهم مطلب بیان شود تا نتایج شبیه سازی ارایه شده، که در فصل چهارم آمده، شفاف و قابل فهم گردد.
. در این پایان نامه به طور اخص سیستمی با سه ناحیه کنترلی بررسی می شود که درباره ی جزییات آن در فصل چهارم صحبت شده است.
فصل چهارم
نتایج شبیه سازی
-۱-۴مقدمه
عملکرد هر سیستم قدرت توسط شبیه سازی و آزمایش های عملی تایید می گردد.در شبیه سازی با نرم افزار، ساختار مداری وکنترلی سیستم قدرت به صورت مجازی طراحی می شود و پارامترهای سیستم اندازه گیری می گردد. به این ترتیب با فرضیات موجود در نرم افزار، کارایی سیستم و بخش کنترل تائید می شود. شبیه سازی مربوط به این پایان نامه، در محیط سیمولینک نرم افزار متلب انجام شده است. انعطاف پذیری، جامع بودن و ابزارهای تحلیلی قوی، این نرم افزار را در عرصه تحقیقات دانشگاهی بی رقیب نموده است.
-۲-۴نمودار بار متغیر
در سیستم مورد بررسی چهار واحد بار وجود دارد . یکی بار مقاومتی ،دیگری از نوع القایی با توان نامی ۴۵۰ مگاوات و دیگری سنکرون می باشند. همچنین برای ایجاد تنش بیشتر در فرکانس ،توان مکانیکی بار موتور متصل به شین ۵ متغیر می باشد که منحنی بار در شکل(۵-۱) ارئه شده است که این داده ها نیز واقعی هستند.
شکل۴-۱ : بار متغیر [۴۶]
-۳-۴اعمال تغییرات پله ای به بار
در این بخش تغییرات پله ای به بار اعمال کرده تا صحت عملکرد مبدل با حضور باتری و بدون حضور آن بررسی گردد. پالس هم بدین صورت داده می شود که در بازه زمانی [۱ ۲] مقدار -۱ به توان داده می شود، که بر حسب پریونیت [۷۶]می باشد که نمایانگر کاهش بار می باشد و در بازه زمانی [۳ ۴] مقدار +۱ به توان داده می شود که افزایش بار را نشان می دهد .نمودار تغییرات پله ای بار در شکل (۲-۵) ارائه شده است.
شکل۴-۲: نمودار پالس اعمالی به بار
-۴-۴نقش ذخیره ساز باتری در صورت تغییرات بار
همانطور که مشاهده می کنید در بازه زمانی [۱ ۲] زمانی که توان اعمالی منفی به بار داشتیم ،یعنی کاهش یا از دست دادن بار، فرکانس افزایش می یابد و سپس در بازه [۳ ۴] که افزایش بار در شبکه را داریم ، شاهد کاهش فرکانس می باشیم. این نتیجه مورد قبول است و سیستم پاسخ مناسبی در صورت اعمال تغیرات بار از خود نشان می دهد، ما نیز انتظار چنین پاسخی را داشتیم ، زیرا پاسخ صحیح سیستم بدین شکل است ، وقتی توان تولیدی و تزریقی به شبکه افزایش یابد فرکانس افزایش و زمانیکه توان مصرفی و بار افزایش یابد ،فرکانس کاهش می یابد.حال با افزودن باتری به سیستم ،شاهد کاهش دامنه انحرافات می باشیم.
شکل ۴-۳: مقایسه نوسانات فرکانس با اعمال تغییرات پله ای در بار .صورتی بدون حضور باتری، آبی با حضور ذخیره ساز باتری
۴-۵-نمودار سرعت باد
سرعت باد ورودی برای این نیروگاه بر اساس داده های واقعی بوده و این مساله نوسان ایجاد شده در فرکانس را تشدید کرده و شرایط شبیه سازی را به حالت واقعی نزدیکتر میسازد. نمودار سرعت باد بر اساس داده های واقعی را میتوان در شکل (۵-۳)دید.
شکل ۴-۴ نمودار سرعت باد[۴۶]
۴-۶-نمودار توان تولیدی بادی
توان خروجی واحد تولید بادی که با سرعت باد رابطه دارد و متناسب با توان سوم[۶۲],[۶۱],[۶۰] آن است در شکل (۵-۴) آمده است . همانطور که دیده می شود نوساناتی که در سرعت باد با توجه به ذات تصادفی آن وجود دارد منجر به اغتشاشات و نوسانات دائمی در توان تولیدی این مزرعه بادی میگردد. که همین امر سبب انحراف در فرکانس می گردد . به همین منظور با استفاده از سیستم کنترل توان حقیقی این نوسانات کاهش می یابد.
شکل ۴-۵ :توان تولیدی واحد بادی
۴-۷-نتیجه استفاده از ذخیره ساز باتری در حضور واحد تولید بادی
نوسانات فرکانس شبکه را در دو حالت مورد بررسی قرار می دهیم که نتیجه آن به شرح زیر است .حالت اول بدون ذخیره ساز باتری می باشد و شاهد نوسانات قابل ملاحظه ای در فرکانس سیستم می باشیم که سبب کاهش کیفیت توان می گردد ، همین امر استفاده از سیستم ذخیره ساز را الزامی می گرداند . حالت دوم از ذخیره ساز باتری استفاده شده است ، که کاهش چشمگیری در این نوسانات را به دنبال دارد.
شکل ۴-۶: مقایسه فرکانس با وارد شدن واحد تولید بادی .صورتی بدون حضور باتری، آبی با حضور ذخیره ساز باتری
-۸-۴نمودار تابش خورشیدی
تابش خورشید به عنوان یکی از پارامترهای اصلی به منظور تعییین نقطه حداکثر توان خروجی سلول خورشیدی می باشد،بنابراین از اهمیت خاصی برخوردار است . مقدار تابش سیستم فتو ولتائیک مورد نظر اندازه گیری شده و در شکل ( ۵-۱) نشان داده شده است.
شکل۴-۷: نمودار تابش خورشید[۴۶]
-۹-۴نمودار توان واحد خورشیدی
توان واحد تولیدی خورشیدی بر اساس داده های واقعی که از تابش داده شده [۴۶] در شکل زیر آمده است. همانطور که می بینیم توان تولیدی توسط این واحد بصورت کاملا تصادفی می باشد و حول ۳۰ مگا وات نوسان می کند .
شکل ۴-۸ :توان تولیدی واحد خورشیدی
-۱۰-۴اعمال کنترل کننده به واحد تولید خورشیدی
واحد خورشیدی و واحد ذخیره ساز باتری دارای کنترل مشابه می باشند، چرا که هر دو به صورت منبعی از نوع جریان مستقیم بوده و توسط یک مبدل به شبکه قدرت وصل میشوند. تنها تفاوت این دو آن است که مبدل نیروگاه خورشیدی تنها به صورت یک طرفه و با تزریق توان تولیدی به شبکه، کار می کند اما در سیستم ذخیره ساز باتری، مبدل دو طرفه عمل کرده و هم تزریق و هم دریافت توان را انجام میدهد. با توجه به مشابهات، اعمال کنترل کننده به هر دو، مشابه هم است. در اینجا واحد تولید با آرایه ی خورشیدی ارائه شده و کنترل کننده پیشنهادی نیز به آن اعمال گشته است.
-۱۱-۴نتایج اعمال کنترل کننده به واحد تولید خورشیدی
با انجام شبیه سازی برای واحد خورشیدی، یکبار واحد تولید خورشیدی بدن حضور باتری و بار دیگر، با حضور باتری داده شده است. فرکانس سیستم برای این حالت، در شکل ۵-۹ نشان داده شده است. در این دو حالت تفاوت زیادی میان نوسانات فرکانس دیده میشود. با تذکر اینکه با به کار بردن داده های واقعی اشعه ی آفتاب در نیروگاه خورشیدی، تابش خورشید یکنواخت نبوده ودستخوش تغییرات است، میبینیم که نمودار صورتی رنگ بدون حضور باتری دارای نوسانات با دامنه ی بزرگی بوده و نوسانات ریزی نیز به دلیل ادوات مبدل قدرت، بر روی نمودار اصلی سوار است؛ چرا که روش کنترل پیشنهادی، کلیدزنی ادوات قدرت را کنترل می کند. همانطور که در نمودار آبی رنگ دیده می شود، نوسانات به خوبی کاهش پیدا می کند.
شکل ۴-۹:مقایسه نوسانات فرکانس با وارد شدن واحد خورشیدی .صورتی بدون حضور باتری، آبی با حضور ذخیره ساز باتری
۴-۱۲- استفاده از کنترل کننده در زمان حضور تمام واحدهای تولید در شبکه
تا اینجا موارد مختلف اعمال کنترل کننده به هر واحد تولید، جداگانه بررسی و معرفی شد تا جزییات آنها و تاثیری که کنترل کننده پیشنهادی بر هر کدام می گذارد، با شفافیت مشخص گردد. برای نشان دادن نتیجه ی کلی، در این قسمت حالتی بررسی می گردد که در آن تمام واحدهای تولید، اعم از حرارتی، بادی، خورشیدی همزمان در شبکه حضور دارند و باتری نیز در کنار آنهاست. با اعمال کنترل کننده، به چنین شبکه ای، و مقایسه ی آن با حالت بدون حضور باتری، میتوان به نوعی یک نتیجه گیری و قضاوت کلی درباره کنترل کننده ی پیشنهادی انجام داد.
۴-۱۲-۱- نتیجه اعمال کنترل کننده به سیستم – حالت کلی
در حالت کلی، یعنی حضور کنترل کننده برای تمام واحدهای تولید و با حضور باتری و عدم حضور باتری برای تمام واحد ها،. در نمودار شکل ۵ می بینیم. تفاوت فرکانس شبکه میان دو حالت، کاملا مشخص است.
در شکل صورتی رنگ تمام واحدهای تولید بدون حضور باتری می باشد. این نمودار مشخص می کند که نوسانات فرکانس شبکه ملایم تر شده و کنترل می گردد.نوسانات نامتقارن و غیر یکدست قبل، به نوساناتی تقریبا یکدست با قله هایی هم ارتفاع تبدیل شده که البته نوسانهای ریزی بر روی آن سوار شده که علت آن هم به دلیل عملکرد مبدلهای قدرت شبکه می باشد. در حالت گذرای اولیه، نوسان سیستم ، زیاد است ، اما با پشت سر گذاشتن این حالت، و ورود به حالت گذرای دینامیکی شبکه، موفقیت کنترل کننده پیشنهادی آشکار می گردد.
شکل ۴-۱۰:مقایسه نوسانات فرکانس با وارد شدن واحد خورشیدی و بادی .صورتی بدون حضور باتری، آبی با حضور ذخیره ساز باتری

مطلب دیگر :
مقاله علمی با منبع : ارزیابی رابطه فناوری اطلاعات با عملکرد فردی و سازمانی سازمان های دولتی- ...

دانلود متن کامل این پایان نامه در سایت abisho.ir