عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : مقدمه 4
فصل دوم : مروري بر کارهاي انجام شده 16
1 1-2 ) انواع توربین بادي 7
2-2 ) خصوصیات استاتیکی 17
3-2 ) اجزاي نیروگاه بادي 19
1 4-2 ) انواع مختلف توربین هاي سرعت متغیر 9
1 1-4-2 ) ژنراتور هاي سنکرون 9
1 1-1-4-2 ) ژنراتورهاي سنکرون با سیم پیچ میدان 9
2 2-1-4-2 ) ژنراتور هاي سنکرون مغناطیس دایم 1
2 2-4-2 ) ژنراتور القایی 2
1-2-4-2 ) ژنراتورالقایی از دو سو تغذیه 23
2 2-2-4-2 ) ژنراتورالقایی روتور قفسی 4
2 3-4-2 ) انواع دیگر 5
2 1-3-4-2 ) ژنراتور القایی ازدو سو تغذیه بدون جاروبک 6
2 2-3-4-2 ) ژنراتور القایی دو سرعته 7
2 5-2 ) انواع توپولوژي اتصال توربین هاي بادي در مزرعه 7
32 DFIG 6-2 ) سیستم هاي قدرت بادي مجهز به
3 فصل سوم : مدل سازي و کنترل 7
3 1-3 ) ژنراتور القایی از دو سو تغذیه 8
3 1-1-3 ) مدل ماشین 9
4 2-1-3 ) کنترل 2
51 STATCOM (2-3
54 STATCOM 1-2 ) مدل سازي وکنترل -3
59 crowbar (3-3
6 4-3 ) محدود کننده جریان خطا 0
1-4-3 )راکتور هاي محدود کننده جریان خطا 60
www.Prozhe.com
ب
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
62 Is limiter (2-4-3
6 3-4-3 ) محدود کننده جریان خطاي حالت جامد 3
6 4-4-3 ) محدود کننده جریان خطا ابر رسانا 6
6 1-4-4-3 ) نوع مقاومتی 7
6 2-4-4-3 ) نوع سلفی 8
69 DC 3-4-4-3 ) نوع راکتور
فصل چهارم : شبیه سازي 73
1-4 ) عملکرد بی وقفه توربین بادي 74
7 2-4 ) سیستم قدرت نمونه 5
7 3-4 ) نتایج حاصل از شبیه سازي 6
7 1-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز بدون حفاظت مبدل سمت روتور 6
77 STATCOM 2-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از روش انسداد و
86 STATCOM و بدون FCL 3-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از
88 STATCOM و FCL 4-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از
فصل پنجم : نتیجهگیري و پیشنهادات 95
نتیجهگیري 96
پیشنهادات 97
9 پیوست ها 8
ضمیمه 99
1 0 منابع و ماخذ 0
فهرست منابع فارسی 100
فهرست منابع لاتین 100
10 چکیده انگلیسی 5
www.Prozhe.com
ج
فهرست جدول ها
عنوان شماره صفحه
1 : هزینه هاي مربوط به ساخت یک توربین بادي دو مگا واتی 8 -1
1 : ظرفیت نصب شده نیروگاه هاي بادي در چند کشورصنعتی 11 -2
1 : رشد اندازه توربین هاي بادي 12 -3
2 : شرکت هاي سازنده توربین هاي بادي 28 -1
2 : مقایسه بین انواع توپولوژي اتصال توربین بادي درمزرعه بادي 31 -2
در آمریکا 52 STATCOM 3 : نصب -1
www.Prozhe.com
د
فهرست نمودارها
عنوان شماره صفحه
1 : تغییرات سالیانه قیمت و نرخ تغییرات انرژي الکتریکی بادي 6 -1
1 : ظرفیت نیروگاه هاي بادي نصب شده درجهان 9 -2
1: ظرفیت نصب شده انواع نیروگاه هاي در اتحادیه اروپا در سال 9 2008 -3




www.Prozhe.com
ه
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
1 1-1 : اجزاي اصلی سیستم توربین بادي 0
2-1 : برش پره توربین 17
1 2-2 : مدل سازي توربین بادي 8
2-3 : نمودار ضریب قدرت 18
1 2-4 : اجزاي داخلی توربین بادي 9
2 2-5 : ژنراتور سنکرون با سیم پیچی میدان 0
2-6 : ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم 22
22 PWM با مبدل PMSG : 2-7
2 2-8 : ژنراتور القایی از دو سو تغذیه 3
2 2-9 : ژنراتور القایی ازدو سو تغذیه تمام کنترلی 4
2-10 : ژنراتور القایی روتور قفسی 25
26 BDFM 2-11 : نحوه اتصال
26 BDFM 2-12 : جزییات عملکرد
2 2-13 : انواع اتصال توربین بادي در مزارع بادي 9
3 در شبکه آلمان 3 LVRT 2-14 : منحنی
3 در شبکه ایرلند 3 LVRT 2-15 : منحنی
38 DFIG 3-1 : ساختار
3 3-2 : نحوه اتصال مبدل سمت روتور و شبکه به ژنراتور 9
www.Prozhe.com
و
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
41 DFIG 3-3 : مدارمعادل
44 RSC 3-4 : ساختار اصلی کنترل
45 GSC 3-5 : ساختاراصلی کنترل
4 3-6 : حلقه کنترل جریان مبدل سمت شبکه 7
48 DC 3-7 : حلقه کنترل ولتاژ اتصال
4 3-8 : طراحی حلقه کنترل جریان براي ثابت نگه داشتن فرکانس سوییچینگ 9
49 PWM 3-9 : حلقه کنترل جریان مبدل سمت روتور با در نظر گرفتن دینامیک
50 DFIG 3-10 : حلقه کنترل سرعت
53 SVC براي V-I 3-11 : شماي کلی و مشخصه
54 STATCOM براي V-I 3-12 : شماي کلی و مشخصه
55 STATCOM 3-13 : ساختارکنترل
5 3-14 : مدار مبدل منبع ولتاژ 6
5 3-15 : بلوك دیاگرام کنترلر جریان 8
59 crowbar 3-16 : مدار هاي
61 CLR 3-17 : برخی اتصالات متداول
61 Is limiter 3-18 : ساختار
3-19 : ساختارهاي نمونه اي از محدود کننده جریان خطا جامد 64
6 3-20 : ساختار نمونه اي ازمحدود کننده جریان خطاي جامد 5
www.Prozhe.com
ز
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
3-21 : مدار معادل محدود کننده رزونانسی سري موازي در زمان اتصال کوتاه 65
6 3-22 : ساختار دیگري ازمحدود کننده جریان خطاي حالت جامد 6
6 3-23 : مدل یک سیم ابر رسانا در دماهاو جریان هاي مختلف 7
3-24 : تغییرات مقاومت ابر رسانا با تغییرات دما 67
6 3-25 : تغییرات مقاومت ابر رسانا با تغییرات چگالی جریان 7
6 3-26 : مدل مداري یک محدود کننده جریان خطاي ابررساناي نوع سلفی 8
3-27 : تغییرات امپدانس محدودکننده با تغییرات چگالی جریان 68
3-28 : ساختار هاي مختلف محدود کننده جریان خطاي ابر رساناي راکتور 69
6 در حالت سه فاز 9 DC 3-29 : محدود کننده جریان خطاي ابر رسانا نوع راکتور
3-30 : محدود کننده بدون استفاده از ابر رسانا با مدار جبران کننده 71
مورد استفاده در مدار روتور 74 FCL 4-1 : ساختار
7 4-2 : سیستم قدرت نمونه 5
76 RSC 4-3 : جریان روتور طی اتصال کوتاه سه فاز بدون حفاظت
20 مگاواري 77 STATCOM 4-4 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواري 78 STATCOM 4-5 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواري 78 STATCOM 4-6 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
20 مگاواري 79 STATCOM 4-7 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
50 مگاواري 79 STATCOM 4-8 : جریان روتور با استفاده از
www.Prozhe.com
ح
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
50 مگاواري 80 STATCOM 4-9 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواري 80 STATCOM 4-10 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
50 مگاواري 81 STATCOM 4-11 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
70 مگاواري 81 STATCOM 4-12 : جریان روتور با استفاده از
70 مگاواري 82 STATCOM 4-13 : جریان روتور با استفاده از
70 مگاواري 82 STATCOM 4-14 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
70 مگاواري 83 STATCOM 4-15 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
100 مگاواري 83 STATCOM 4-16 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواري 84 STATCOM 4-17 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواري 84 STATCOM 4-18 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
100 مگاواري 85 STATCOM 4-19 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
85 STATCOM 4-20 : توان تزریقی
4-21 : جریان روتور 86
4-22 : جریان روتور 87
4-23 : ولتاژ شین توربین بادي 87
4-24 : ولتاژ شین توربین بادي درحالت بزرگ شده 88
20 مگاواري 89 STATCOM 4-25 : جریان روتور با استفاده از
www.Prozhe.com
ط
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
20 مگاواري 89 STATCOM 4-26 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواري 90 STATCOM 4-27 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
20 مگاواري 90 STATCOM 4-28 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
50 مگاواري 91 STATCOM 4-29 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواري 91 STATCOM 4-30 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواري 91 STATCOM 4-31 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
50 مگاواري 92 STATCOM 4-32 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
100 مگاواري 92 STATCOM 4-33 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواري 93 STATCOM 4-34 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواري 93 STATCOM 4-35 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
100 مگاواري 93 STATCOM 4-36 : ولتاژ شین توربین بادي با استفاده از
94 STATCOM 4-37 : توان تزریقی
www.Prozhe.com
١
چکیده :
ایراد اصلی توربین هاي بادي مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه عملکرد آن ها در طی بروز اتصال
کوتاه در شبکه می باشد. در این پروژه یک روش جدید براي عملکرد بی وقفه توربین بادي مجهز به
ژنراتور القایی از دو سو تغذیه در طی بروز خطا در شبکه ارایه شده است. یک محدود کننده جریان خطا
به طور سري با مدار روتور قرار می گیرد، در طی بروز خطا محدود کننده جریان یک سلف بزرگ را وارد
مدار روتورمی کند تا از افزایش جریان در مدار روتور جلوگیري کند. هنگامی که خطا رفع شد سلف نیز از
براي تامین توان راکتیو مورد نیاز در حالت STATCOM مدار روتور خارج می شود. همچنین از یک
دائمی و درطی بروز خطا استفاده شده است. صحت و عملکرد روش با شبیه سازي سیستم قدرت نمونه
تایید می شود. PSCAD/EMTDC در محیط نرم افزار
www.Prozhe.com
٢
مقدمه :
امروزه انواع زیادي از سیستم هاي توربین بادي در بازار رقابت می کنند که آن ها را به دو گروه اصلی می
توان تقسیم کرد. گروه اول، توربین هاي بادي سرعت ثابت هستند که ژنراتور به طور مستقیم به شبکه
متصل شده است. در واقع هیچ گونه کنترل الکتریکی براي این سیستم وجود ن دارد.به علاوه تغییرات
سریع در میزان سرعت باد به سرعت روي بار القار می شود( به علت تغییرات توان). این تغییرات براي
توربین بادي که به سیستم قدرت متصل است خوشایند نیست و باعث ایجاد فشارهاي مکانیکی روي
توربین می شود و عمر توربین را کم می کند و نیز از کیفیت توان می کاهد. در توربین بادي سرعت ثابت
فقط یک سرعت باد وجود دارد که توربین در آن سرعت بهینه کار می کند، از این رو توربین بادي سرعت
ثابت اغلب خارج از عملکرد بهینه خود کار می کند و به طور معمول ماکزیمم توان از باد گرفته نمی شود.
گروه دوم، توربین بادي سرعت متغیر هستند. در این نوع ژنراتور به طور مستقیم به شبکه متصل نمی
شود. نوع سرعت متغیر توربین بادي قابلیت کنترل سرعت روتور را فراهم می کند، این کار به ما اجازه
می دهد تا توربین بادي نزدیک نقطه بهینه خود کار کند. بیشتر توربین هاي بادي با بازه توان بیشتر از
1/5 مگا وات از نوع سرعت متغیرمی باشند. یکی از انواع توربین هاي سرعت متغیر، توربین هاي بادي
مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است. امروزه اکثر توربین هاي بادي به ژنراتور القایی از دو سو
تغذیه مجهز شده اند. . در این نوع، ژنراتور القایی روتور سیم پیچی از طریق استا تور به شبکه قدرت
فرکانس متغیر با توان نامی در حدود ac/dc/ac متصل می شود و روتور از طریق مبدل الکترونیک قدرت
30-25 درصد توان نامی ژنراتور به شبکه قدرت متصل می شود. مبدل الکترونیک قدرت شامل مبدل
به هم dc طرف روتور و مبدل طرف شبکه است که به طور پشت به پشت از طریق یک خازن اتصال
مجهز DFIG متصل شده اند. ایراد اصلی توربین هاي بادي سرعت متغیر به خصوص توربین هایی که به
اند، عملکرد آن ها در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه است. اتصال کوتاه روي سیستم قدرت حتی اگر از
محل توربین بادي دور باشد باعث ایجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربین بادي با شبکه قدرت می شود .
این امر باعث افزایش جریان در سیم پیچ استاتور می شود. به خاطر کوپل مغناطیسی بین استاتور وروتور،
www.Prozhe.com
٣
30 درصد - این جریان در مدار روتور و مبدل الکترونیک قدرت دیده می شود، چون ظرفیت مبدل 25
ظرفیت ژنراتور است این جریان منجر به آسیب دیدن مبدل می شود. تا پنج سال پیش، بیشتر اپراتور
هاي شبکه نیاز نداشتند تا توربین هاي بادي در هنگام اتصال کوتاه، شبکه را تغذیه کنند و هنگامی که
یک حالت غیر عادي در ولتاژ شبکه شناسایی می شد، آن ها را از شبکه جدا می کردند. با افزایش ظرفیت
انرژي بادي در سیستم قدرت در سال هاي اخیر و افزایش سهم آن ها در تامین توان در سیستم قدرت، از
دست دادن ناگهانی و بزرگ توربین هاي بادي در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه می تواند باعث خاموشی
هاي وسیع و ناپایداري در سیستم قدرت شود. در این پروژه یک روش جدید براي عملکرد بی وقفه
توربین بادي مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه با استفاده از محدود کننده جریان خطا و
ارایه شده است. STATCOM
www.Prozhe.com
٤
فصل اول
مقدمه
www.Prozhe.com
٥
فصل اول : مقدمه
تاریخ استفاده از انرژي باد به دوران باستان بر می گردد، هنگامی که ازآن براي حرکت کشتی هاي
بادي در دریا استفاده می شده است. کاربرد بیشتر انرژي باد از ایران سرچشمه گرفته است، که از
آن براي آسیاب گندم استفاده می شده است. بعد از فتح ایران توسط اعراب، این تکنولوژي به
مناطق در اختیار اعراب و چین منتقل شد. در اروپا، توربین هاي بادي در قرن یازدهم میلادي
ساخته شد و بعد از دو قرن به یک وسیله بسیار مهم تبدیل شد. اولین ت وربین بادي براي تولید
انرژي الکتریکی توسط چارلز براش 1 که تحقیقات آن بر عهده لاکور دردانمارك بود در کلیولند 2
اوهایو 3 آمریکا ساخته شد. این توربین داراي 144 پره بود تا استحکام بیشتري پیدا کند، با سرعت
18 متر و ارتفاع مرکز توربین از سطح / کمی می چرخید و داراي گیر بکس بود. قطر این توربین 3
بود که از سال dc 16 متر و کل وزن آن 40 تن توان آن 12 کیلو وات بود و نوع ژنراتور آن / زمین 8
1888 تا 1900 انرژي الکتریکی عمارت چارلز براش را تامین می کرد. با وجود این که باد رایگان
بود، اما به خاطر هزینه بالاي سرمایه گذاري و نگهداري آن، در سال 1900 کار آن متوقف شد و
انرژي الکتریکی مورد نیاز عمارت بزرگ براش از شبکه کلیولند تامین شد.
در سال 1939 ، ساخت ژنراتور هاي بادي بزرگ در ورمونت 4 آمریکا آغاز شد . توان نامی این
15 بود و قطر توربین به 53 متر می رسید . در سال m/s 1 مگا وات در سرعت باد / ژنراتورها 3
1941 ، تغذیه مستقیم شبکه قدرت به صورت سنکرون انجام گرفت اما به خاطر نقص در طراحی
پره ها در سال 1945 کار آن متوقف شد.
بعد از جنگ جهانی دوم، به خاطر ارزان شدن قیمت نفت، تحقیقات زیادي روي انرژي هاي
جایگزین که انرژي باد نیز شامل آن بود، صورت نگرفت. تا اینکه در سال 1973 به خاطر بحران
نفتی، علاقه زیادي در استفاده از انرژي هاي جایگزین به خصوص انرژي باد ایجاد شد و بودجه هاي
Charles Brush - ١
Cleveland - ٢
Ohio - ٣
Vermont - ٤
www.Prozhe.

:: برچسب‌ها: معادلسازی , توربین ,
:: بازدید از این مطلب : 128

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0