توسعه نرم افزار سبا جهت مطالعات سیستم شبکه به همراه نیروگاه بادی با در نظر گرفتن ملاحظات اتصال، کنترل و بهره برداری

صاحب اثر: پژوهشگاه نیرو
نوع محتوی: گزارش
Language: Persian
DOI: 10.30503/nripress.2020.004
Document ID: R-1184796
Publish: 22 April 2021
دسته بندی علمی: انرژی و قدرت
View: 446
Pages: 696
Publish Year: 1392
  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این Report:

Free download

جهت دریافت فایل های پیوست این Report بایستی عضو سیویلیکا شوید. چنانچه عضو سیویلیکا هستید لطفا ابتدا وارد حساب کاربری خود شوید تا بتوانید فایل ها را مشاهده و دریافت نمایید.

Abstract:

با توجه به مشکلات زیست- محیطی ناشی از فعالیت نیروگـاه هـایی کـه از سـوخت هـای فسـیلی و یاهسـته ای استفاده می کنند، امروزه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر اهمیت ویژه ای یافتـه اسـت. در ایـن میـان، انـرژی بـاد از مقبولیت بیشتری برخوردار است که این امر به علت هزینـه ی پـایین تـر تولیـد بـرق از انـرژی بـاد نسـبت بـه سـایر انرژی های تجدیدپذیر و نیز ظرفیت های نسبتا بالای تولید برق در مزارع بادی می باشد (۱).
با افزایش ظرفیت مزارع بادی این امکان فراهم شده است که این مزارع به شبکه های توزیع، فوق توزیع و انتقـال متصل شوند. به طوریکه معمولا نیروگاه های بادی با ظرفیت۵۰ MW به بالا به شبکه ی انتقال و نیروگاه هـای بـادی با ظرفیت بین۱۰۰ kW تا MW۵۰ به شبکه های توزیع و فوق توزیع متصل می شوند. بـا اتصـال مـزارع بـادی بـه شبکه های فوق توزیع و انتقال لازم می شود رفتار مزرعه ی بادی و شبکه در هنگام بروز خطـا و یـا اخـتلالات دیگـر مورد مطالعه و ارزیابی قرار گیرد. به همین سبب لازم است مطالعات کاملی بر روی رفتار دینامیـک واحـدهای بـادی انجام شده و از آنجا که دینامیک مزرعه بادی و دینامیک شبکه ی قدرت بر روی یکدیگر اثرات متقابل دارند، ایـن اثرات بررسی و راهکارهای مناسب برای به حداقل رساندن اثرات منفی پیشنهاد گردد (۲).
تاکنون مطالعات مختلفی در رابطه با تاثیرات متقابل مزرعه ی باد و شبکه ی قدرت در سرتاسر دنیا انجـام گرفتـه است. لکن در کشور ما بجز چند دستورالعمل در این زمینه که به صورت کلی به مسئله ی اتصال و بهره برداری مـزارع بادی پرداخته اند، مطالعات زیادی انجام نشده است. این دسـتورالعمل هـا جـوابگـوی نیازهـای موجـود در زمینـه ی مطالعات کامل و جامع سیستم قدرت نمی باشند.
نرم افزار مطالعات سیستم قدرت SABA که نرم افزاری بومی بوده و سابقه ای چند ده ساله در مطالعـات سیسـتم قدرت دارد، به عنوان نرم افزار هدف در استفاده برای مطالعات سیستم شبکه به همراه نیروگاه بـادی در نظـر گرفتـه شده است. در این پروژه مقرر است الگوریتم های مورد نیاز برای انجام مطالعات سیستم نیروگاه بادی به همراه شبکه مدون شده و سپس بر این اساس، نرم افزار SABAبرای انجام این مطالعات توسعه یابد.

پیش گفتار Report

استفاده از انرژي هاي تجديد پذير خصوصاً انرژي باد و آن هم در مقياس وسيع مانند مزارع بادي، مزاياي متعـددي از جمله كاهش نياز به افزايش ظرفيـت بـرق شـبكه، استحصـال انـرژي رايگـان و بـدون هزينـه سـوخت، احـداث و بهره برداري آسان و سريع،كاهش تلفات و آزادسازي ظرفيت خطوط انتقال انرژي در صورت استفاده در محل توليد و مهم تر از همه عدم انتشار آلاينده هاي زيست- محيطي و حفظ محيط زيست را در پي دارد.
با توجه به پتانسيل انرژي باد در كشور و اقدامات انجام شده از دو دهه پيش تـاكنون، فنـاوري هـاي مربـوط بـه تجهيزات توربين بادي در كشور ما در حال توسعه و پيشرفت است و با برنامه ريزي هاي انجام شده ايجاد مزارع بادي در كشور در حال تحقق مي باشد. لذا در كنار اين توسعه، شبكه برق كشور نيازمند تدوين رويه هاي مطالعـات سيسـتم قدرت به همراه نيروگاه هاي بادي از يك سو و الزامات و دستورالعمل هايي جهت اتصال اين مزارع به شبكه از سـوي ديگر مي باشد. اين مباحث هم اكنون توسط كشورهاي داراي اين فناوري, كاملاٌ به بلوغ رسيده و كاربردي شده است. لكن كشور ما در اين خصوص در آغاز راه اسـت. هـر چنـد تـاكنون دسـتورالعمل هـايي بسـيار محـدود در زمينـه ي امكان سنجي ايجاد و اتصال نيروگاه بادي به شبكه ارائه شده است كه از آن جمله مـي تـوان بـه انتشـار دسـتورالعمل امكان سنجي ايجاد منابع توليد انرژي بادي توسط سازمان انرژي هاي نو (سانا)اشاره نمـود. در ايـن دسـتورالعمل و در قسمت معيارها و الزامات گزارش مطالعه امكان سنجي،در بند 3 به بحث طرح اتصال به شبكه پرداخته شده اسـت. در اين بند علاوه بر طرح اتصال به شبكه، انجام بررسي ها و محاسباتي ضروري ذكر شده كه مباحث مربوط به مطالعات سيستم در آن در دو بند 4 و 5 به صورت ذيل ارائه شده است:
4 -انجام مطالعات پايداري گذراي نيروگاه مورد مطالعه در حالات حداكثر بار و كم باري و هنگام بروز اتصالي بـر روي خطوط مهم شبكه
5 -مطالعات اتصال كوتاه به منظور محاسبه حداكثر سطح اتصال كوتاه روي شينه پسـت هـاي شـبكه بـه منظـور انتخاب قدرت قطع كليدهاي آن

لكن بر اساس آنچه كه در اين دستورالعمل ذكر شده، تنها به صورت كلي به مسئله ي اتصال و بهره برداري مزارع بادي پرداخته شده است. به گونه اي كه اولاً روش هاي مطالعاتي در آن ذكر نشده و ثانياً شاخص هـاي پـذيرش نتـايج مطالعات هم نيامده است و بنابراين نمي تواند جوابگوي نيازهاي موجود در زمينه ي مطالعات كامل و جـامع سيسـتم قدرت به همراه نيروگاه بادي باشد و از سوي ديگر شاخص ها و راهكارهـاي مـورد نيـاز در ايـن زمينـه را بـه دسـت نمي دهد. همچنين در هيچ يك از دستورالعمل هاي موجود به بحـث نيـاز بـه كنتـرل كننـده هـا در حالـت اسـتاتيك و ديناميك براي مزارع بادي پرداخته نشده كه خود يكي از مسائل مهم و حياتي در بهره برداري نيروگـاه بـادي اسـت. درصورتيكه با ورود حجم قابل توجه توليد بادي به شبكه،كنترل كننده ها نقش اساسي در تبيين رفتار نيروگـاه بـادي،اثر متقابل شبكه و نيروگاه بر يكديگر خواهند داشت. لذا هدف اصلي از انجام اين پروژه در درجه ي اول ايجـاد دانـش فني براي انجام مطالعات سيستم نيروگاه بادي و شبكه در جهت برطرف كردن خلأ موجود مي باشد. در قـدم بعـدي، الگوريتم هاي مورد نياز براي انجام مطالعات سيستم نيروگاه بادي به همراه شبكه مدون شده و سپس بر اين اسـاس، نرم افزار مطالعات سيستم قدرت SABA توسعه خواهد يافت. در اين توسعه دو بخش مدل سازي مـورد نيـاز بـراي نيروگاه بادي و نيز واحدهاي محاسباتي لازم براي به كارگيري در تحليل هاي مورد نياز نيروگاه بادي به همراه شـبكه مورد نظر قرار خواهد گرفت.
گزارش حاضر مربوط به پروژه ي "توسعه ي نرم افزار SABA جهت مطالعات سيستم شـبكه بـه همـراه نيروگـاه بادي با در نظر گرفتن ملاحظات اتصال، كنترل و بهره برداري" است. مدير اين پروژه خانم مهندس سيما كمانكش و ناظر پروژه آقاي دكتر وحيد گوهري صدر مي باشند. اين گـزارش توسـط خـانم مهنـدس سـيما كمـانكش و آقايـان مهندسين همايون برهمندپور، حبيب اله رئوفي و محمد جعفريان تدوين شده است.

فهرست مطالب Report

فهرست مطالب

پیشگفتار

فصل اول: مقدمه ای بر توربین های بادی

مقدمه

۱ - ۱ - استفاده از انرژی باد

۱ - ۲ - اصول کلی کارکرد توربین های بادی

۱ - ۳ - انواع توربین های بادی مورد استفاده

۱ - ۳ - ۱ - توربین بادی یا ژنراتور القایی قفسنجابی ((SCIG))

۱ - ۳ - ۲ - توربین بادی با ژنراتور القایی با تغذیه دوگانه ((DFIG))

۱ - ۳ - ۳ - توربین بادي با ژنراتور سنکرون با محرکه مستقیم ((DDSG))

۱ - ۴ - اجزای مختلف توربین بادی

فصل دوم: مدل استاتیک توربین های بادی SCIG و DFIG

مقدمه

۲ - ۱ - مدل استاتیک توریبن بادی با ژنراتور القایی سرعت ثابت ((SCIG))

۲ - ۲ - مدل استاتیک توربین بادی با ژنراتور القایی تغذیه دوگانه DFIG

۲ - ۳ - مدل تجمعی مزرعه‌ی بادی

فصل سوم: مدل ديناميك انواع توربین بادی با ژنراتور القایی

مقدمه

۳ - ۱ - مدل قسمت محرکه توربین

۳ - ۲ - مدل ژنراتور

۳ - ۳ - مدل مبدل اکترونیک قدرت

فصل چهارم: پیاده سازی مدل استاتیک توربین های بادی SCIG و DFIG در نرم افزار SABA

مقدمه

۴ - ۱ - پیاده سازی مدل استاتیک توربین بادی SCIG در نرم افزار SABA

۴ - ۲ - پیاده سازی مدل استاتیک توربین بادی DFIG در نرم افزار SABA

فصل پنجم: پیاده سازی مدل دینامیک توربین های بادی DFIGSSCIG در نرم افزار SABA

مقدمه

۵ - ۱ - پیاده سازی مدل توربین بادی در نرم افزار MATLAB

۵ - ۱ - ۱ - تعيين مقادیر اولیه‌ی متغیرهای حالت وولتاژ رتوردر مدل دینامیکی

۵ - ۱ - ۲ - مدل سازی در نرم افزار MATLAB/ Simulink

۵ - ۱ - ۳ - صحت سنجی مدل

۵ - ۱ - ۴ - حذف دینامیک های استاتور

۵ - ۲ - پیاده سازی مدل دینامیکی توربین بادی SCIG در نرم افزار SABA

۵ - ۲ - ۱ - توسعه‌ی مدل ژنراتور القایی در نرم افزار SABA

۵ - ۲ - ۲ - صحت سنجی و تست مدل پیاده سازی شده‌ی توربین بادی SCIG در نرم افزار SABA

۵ - ۳ - پیاده سازی مدل دینامیکی توربین بادی DFIGدر نرم افزار SABA

۵ - ۳ - ۱ - پیاده‌سازی مدل دینامیکیDFIGبه صورت m- file در نرم افزار MATLAB

۵ - ۳ - ۲ - پیاده سازی معادلات دینامیکی در نرم افزار SABA

۵ - ۳ - ۳ - صحت سنجی مدل پیاده سازی شده در نرم افزار SABA

فصل ششم: نتیجه گیری

مراجع


فهرست جداول

جدول (۱-۱): روند افزایش ظرفيت نصب شده‌ی تولید انرژی الکتریکی از انرژی بادی [۵]

جدول (۴-۱): اطلاعات ژنراتور نمونه

جدول (۵-۱): پارامترهای توربین بادی DFIGمورد استفاده در [۱۲]

جدول (۵-۲): مودهای توربین بادی DFIGذکر شده در [۱۲]

جدول (۵-۳): شرایط اولیه پارامترهای حالت توربین بادی DFIG

جدول (۵-۴): ولتاژ اولیه پرتورDFIG

جدول (۵-۵): مودهای توربین بادی DFIGپیاده سازی شده در Simulink

جدول (۵-۶): پارامترهای توربین بادی مدل موجود در Simulink

جدول (۵-۷): مودهای توربین بادی DFIG پیاده سازی شده در Simulink با حذف دینامیک های استاتور

جدول (۵-۸): پارامترهای توربین بادی DFIG

جدول (۵-۹): پارامترهای توربین بادی DFIG


فهرست اشکال

شکل (۱-۱): ظرفیت کلی نصب شده تولید انرژی الکتریکی از انرژی بادی از سال ۱۹۹۶ تا سال ۲۰۱۱ [۴]

شکل (۱-۲): ظرفيت كلي تجمعي نصب شده تولید انرژی الکتریکی از انرژی بادی از سال ۱۹۹۶ تا سال ۲۰۱۱ [۴]

شکل (۱-۳): منحني توان تولیدی توربین [۷] S47

شکل (۱-۴): اجزای مختلف يك توربين بادی

شکل (۲-۱): ژنراتور القایی سرعت ثابت ((SCIG))

شکل (۲-۲): مدل استاتيکي ژنراتور القایی قفسنجابی ((SCIG))

شکل (۲-۳): توربین بادی متصل به شبکه

شکل (۲-۴): یک مزرعه بادی نمونه

شكل (۲-۵): مدل تجمعی مزرعه‌ی بادی

شکل (۳-۱): مدل مکانیکی مجموعه‌ی توربين ژنراتور بادی (مدل دو جرمه)

شكل (۳-۲): تبدیل سه فازی به مدل دومحوری

شکل (۴-۱): مدل استاتیک SCIGمتصل به شینه‌ی بی نهایت

شکل (۴-۲): وارد کردن اطلاعات مدل استاتیک SCIGدر نرم افزار SABA

شکل (۴-۳): نمودار تک خطی شبکه نمونه

شکل (۴-۴): نحوه ی کنترل ولتاژ ژنراتور DFIGدر سمت شينه‌ی فشار قوی ترانسفورماتور متصل به آن

شکل (۵-۱): بلوک توربین بادی DFIGدر نرم افزار Simulink

شکل (۵-۲): مدل سازی توربين بادی DFIGدرنرم افزار Simulink

شکل (۵-۳): بلوک توربين بادی SCIGدر نرم افزار Simulink

شکل (۵-۴): مدل سازی توربین بادی SCIGدر نرم افزار Simulink

شکل (۵-۵): جریان فاز a توربین بادی DFIG برحسب امپر در مدل موجود در Simulink

شکل (۵-۶): جریان فاز a توربین بادی DFIG برحسب آمپر در مدل پیاده سازی شده

شکل (۵-۷): توان اکتیو و راکتیو تولیدی (برحسب پریونیت) توربین بادی DFIGباوجود دینامیک های استاتور

شکل (۵-۸): توان اکتیو و راکتیو تولیدی (برحسب پریونیت) توربین بادی DFIGبا حذف دینامیک های استاتور

شکل (۵-۹): شبکه ی نمونه مورد استفاده برای صحت سنجی SCIG

شکل (۵-۱۰): پارامترهای ژنراتور القایی مورد استفاده برای صحت سنجیSCIG

شکل (۵-۱۱): نمودار ولتاژ شینه ی ۲ (ژنراتور القایی) برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار SABA

شکل (۵-۱۲): نمودار لغزش ژنراتور القایی برحسب درصد برای شبکه ی نمونه در نرم افزار SABA (تک جرمه)

شکل (۵-۱۳): نمودار توان اکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار SABA (تک جرمه)

شکل (۵-۱۴): نمودار توان راکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه نمونه در نرم افزار SABA (تک جرمه)

شکل (۵-۱۵): نمودار لغزش ژنراتور القایی بر حسب درصد برای شبکه ی نمونه در نرم افزار MATLAB (تک جرمه)

شکل (۵-۱۶): نمودار توان اکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار MATLAB (تک جرمه)

شکل (۵-۱۷): نمودار توان راکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار MATLAB (تک جرمه)

شکل (۵-۱۸): نمودار لغزش ژنراتور القایی بر حسب درصد برای شبکه ی نمونه در نرم افزار SABA (دوجرمه)

شکل (۵-۱۹): نمودار توان اکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار SABA (دوجرمه)

شکل (۵-۲۰): نمودار توان راکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار SABA (دوجرمه)

شکل (۵-۲۱): نمودار لغزش ژنراتور القایی بر حسب درصد برای شبکه ی نمونه در نرم افزار MATLAB (دوجرمه)

شکل (۵-۲۲): نمودار توان اکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار MATLAB (دوجرمه)

شکل (۵-۲۳): نمودار توان راکتیو مصرفی ژنراتور القایی بر حسب مگاوات برای شبکه‌ی نمونه در نرم افزار MATLAB (دوجرمه )

شکل (۵-۲۴): نمودار تک خطی شبکه‌ی نمونه

شکل (۵-۲۵): پارامترهای ژنراتورهای القایی

شکل (۵-۲۶): پارامترهای خطوط شبکه‌ی نمونه

شکل (۵-۲۷): نمودار لغزش، برای ژنراتورهای دو جرمه (شینه ی ۲) و تک جرمه (شینه ی ۳)

شکل (۵-۲۸): نمودار سرعت توربین و برای ژنراتور دو جرمه (شینه‌ی ۲)

شکل (۵-۲۹): نمودار اختلاف موقعیت زاویه ای توربین و ژنراتور، 0 برای ژنراتور دو جرمه(شینه‌ی ۲)

شکل (۵-۳۰): نمودار توان مکانیکی ورودی برای ژنراتورهای دوجرمه(شینه‌ی ۲) و تک جرمه(شینه‌ی۳)

شکل (۵-۳۱): نمودار توان الکتریکی خروجی،P برای ژنراتورهای دوجرمه(شینه‌ی۲) و تک جرمه (شینه‌ی۳)

شکل (۵-۳۲): نمودار گشتاور مکانیکی ورودی برای ژنراتورهای دوجرمه(شینه‌ی۲) و تک جرمه (شینه‌ی۳)

شکل (۴-۳۳): نمودار گشتاور الکتریکی خروجی ،Tبرای ژنراتور های دوجرمه (شینه‌ی ۲) وتک جرمه (شینه‌ی ۳)

شکل (۵-۳۴): نمودار گشتاور محور توربين ژنراتور، برای ژنراتور دوجرمه (شینه‌ی ۲)

شکل (۵-۳۵): نمودار سرعت توربین، و در مدل پیاده سازی شده در محیط Simulink

شكل (۵-۳۶): نمودار سرعت توربین، و در مدل پیاده سازی شده با استفاده از m- file

شکل (۵-۳۷): نمودار جریان استاتور برروی محور iq در مدل پیاده سازی شده در محیط Simulink

شکل (۵-۳۸): نمودار جریان استاتور بر روی محور Iqدر مدل پیاده سازی شده با استفاده از m- file

شکل (۵-۳۹): نمودار توان اکتیو تولیدی،Pgenوتوان راكتيو تولیدی،Q genدر مدل پیاده سازی شده در محیط Simulink Pgen در بالا و Qgenدر پایین

شکل (۵-۴۰): نمودار توان اکتیو تولیدی،Pgen در مدل پیاده سازی شده با استفاده از m- file

شکل (۵-۴۱): نمودار توان اکتیو تولیدی، Qgen در مدل پیاده سازی شده با استفادهاز m- file

شکل (۵-۴۲): نمودار تک خطی شبکه ی نمونه

شکل (۵-۴۳): نمودار ولتاژ ژنراتور برحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۴): نمودار جریان استاتور ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۵): نمودار جریان رتور ژنراتور DFIG بر حسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۶): نمودار توان اکتیو تولیدی ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۷): نمودار توان راکتیو تولیدی ژنراتور DFIGبرحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۸): نمودار گشتاور الکتریکی خروجی ژنراتور DFIGبرحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۴۹): نمودار سرعت توربین بادی DFIG بر حسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۵۰): نمودار سرعت ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت اول)

شکل (۵-۵۱): نمودار اختلاف موقعیت زاویه ای توربین و ژنراتور DFIGبرحسب رادیان (حالت اول)

شکل (۵-۵۲): نمودار ولتاژ ژنراتور بر حسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۳): نمودار جریان استاتور ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۴): نمودار جریان تور ژنراتور DFIG بر حسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۵): نمودار توان اکتیو تولیدی ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۶): نمودار توان راکتیو تولیدی ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۷): نمودار گشتاور الکتریکی خروجی ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۸): نمودار سرعت توربین بادی DFIG بر حسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۵۹): نمودار سرعت ژنراتور DFIG برحسب پریونیت (حالت دوم)

شکل (۵-۶۰): نمودار اختلاف موقعیت زاویه‌ای توربین و ژنراتور DFIG بر حسب ادیان (حالت دوم)

شکل (۵-۶۱): نمودار توان اکتیو تولیدی ژنراتور DFIG بر حسب پریونیت در نرم افزار MATLAB

شکل (۵-۶۲): نمودار توان راکتیو تولیدی ژنراتور DFIG برحسب پریونیت در نرم افزار MATLAB

شکل (۵-۶۳): نمودار سرعت توربین بادی DFIG بر حسب پریونیت در نرم افزار MATLAB

نمایش کامل متن

Keywords:

گروه پژوهشی مطالعات سیستم پژوهشکده برق