چکیده
کنترل هماهنگ مزرعه بادی بزرگ و STATCOM به وسیله­ی کنترل کننده پیشبین برای بهبود قابلیت LVRT
نگارش:
سیاوش بهشت‌آیین
 
در این پایان‌نامه از STATCOM برای بهبود قابلیت عبور از ولتاژ کم (LVRT) توربین بادی استفاده‌شده است. برای کنترل STATCOM از سه قسمت مجزا و پیوسته استفاده‌شده است.
قسمت اول وظیفه تشخیص و شناسایی اندازه و زاویه ولتاژ را بر عهده دارد. با توجه به اینکه در طول مدت خطا ولتاژ علاوه بر توالی مثبت توالی منفی نیز پیدا می‌کند، بنابراین در این شرایط از روشی موسوم به قاب مرجع دوتایی مجزای سنکرون بهینه‌شده ( (ODDSRF استفاده‌شده است، که این روش بر مبنای DDSRF است اما پارامترهای فیلتر پایین­گذر آن به وسیله‌ی الگوریتم بهینه‌سازی تجمع ذرات فازی تطبیقی (AFPSO) بهینه‌شده­ است.
قسمت دوم کنترل منطق فازی (FLC) با توجه به اندازه ولتاژ، توان راکتیو مرجع مورد نیاز کنترل پیش بین توان مستقیم (P-DPC) فراهم می‌شود. همچنین مقدار دقیق توان راکتیو مرجع به وسیله بهینه‌سازی پارامترهای توابع عضویت FLC به وسیله‌ی روش AFPSOبدست آمده است.
قسمت سوم کلید زنی جبران ساز استاتیک سنکرون (STATCOM)بر اساس روش P-DPC صورت می پذیرد. . این کنترل­ کننده با توجه به زاویه ولتاژ ، مقدار توان‌های راکتیو و اکتیو اعمالی و مقدار توان‌های راکتیو و اکتیو مرجع، سه بردار ولتاژ به همراه زمان اعمال آن‌ها را تعیین می‌کند.
نتایج شبیه‌سازی کنترل STATCOM به وسیله‌ی ساختار فوق نشان می‌دهد که علاوه بر بهبود ولتاژ در زمان خطا در لحظه­ی راه‌اندازی توربین بادی نیز زمان نشست کم می‌شود. همچنین با توجه به کد شبکه­ی Nordic بهبود ولتاژ به وسیله STATCOM مانع از انفصال توربین بادی از شبکه می‌شود.
 
واژه‌های کلیدی:کنترل‌کننده پیش بین توان مستقیم، کنترل فازی، حلقه بسته فاز ، قابلیت عبور از ولتاژ کم،STATCOM ، بهینه سازی
 
فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه 1
1-1- ضرورت احتیاج به تحقیق 2
1-2- هدف تحقیق و اهمیت آن 3
1-3- بخش‌های پایان‌نامه 3

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام‌شده 5
2-1- مقدمه 6
2-2- مروری بر ادبیات موضوع 6

فصل سوم: توربین بادی و کدهای شبکه 9
3-1- مقدمه 10
3-2- توربین بادی 10
3-2-1- توربین‌های بادی سرعت ثابت 12
3-2-2- توربین بادی سرعت متغیر محدودشده 13
3-2-3- توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویه 14
3-2-4- توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 14
3-3- جریان خطای توربین بادی 15
3-3-1- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابت 15
3-3-2- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشده 16
3-3-3- جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه 16
3-3-4- جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 17
3-4- کد شبکه 18
3-4-1- معیار توان اکتیو و راکتیو 19
3-4-2- معیار فرکانس 21
3-4-3- معیار ولتاژ 22
3-5- راه‌حل‌های عبور از ولتاژ کم 24

فصل چهارم: کنترل پیش بین توان مستقیم STATCOM 26
4-1- مقدمه 27
4-2- حلقه بسته فاز 28
4-2-1- روش قاب مرجع سنکرون تحت شرایط عدم تعادل 29
4-2-2- بررسی روش قاب مرجع در شرایط عدم تعادل 30
4-2-3- قاب مرجع دوتایی مجزا سنکرون 33
4-2-4- روش قاب مرجع دوتایی سنکرون بهینه شده 38
4-3- منطق فازی 42
4-3-1- مفاهیم و اصطلاحات 42
4-3-2- توابع عضویت 43
4-3-3- متغیر زبانی 45
4-3-4- سیستم استنتاجی 46
4-3-5- غیر فازی ساز 47
4-3-6- تنظیم کردن پارامترهای کنترل فازی 49
4-4- بهینه‌سازی فازی تطبیقی گروه تجمع ذرات 50
4-4-1- مقدمه 50
4-4-2- الگوریتم بهینه‌سازی گروه ذرات 50
4-4-3- الگوریتم بهینه‌سازی فازی تطبیقی تجمع ذرات 52
4-5- معرفی STATCOM 55
4-5-1- مشخصه ولتاژ-جریان 56
4-5-2- مدل حالت دائم STATCOM 57
4-6- منابع ذخیره انرژی 60
4-6-1- باتری 61
4-6-2- چرخ طیار 61
4-6-3- ابررسانا 62
4-7- کنترل پیش بین 62
4-7-2- کنترل پیش بین در مبدل قدرت و درایو 64
4-7-3- چرا کنترل پیش بین برای الکترونیک قدرت مناسب است؟ 66
4-7-4- کنترل پیش بین برای مبدل سه فاز 68
4-7-5- رفتار دینامیکی مبدل DC-ACبه شبکه 69
4-7-6- کنترل پیش بین مبدل DC-AC بر اساس روش 3+3 74

فصل پنجم: نتایج شبیه‌سازی 78
5-1- مقدمه 79
5-2- شبکه مورد مطالعه 79
5-3- شناسایی اندازه و زاویه ولتاژ در شرایط خطا به وسیله‌ی ODDSRF-PLL 80
5-4- ایجاد مرجع توان راکتیو توسط کنترل فازی 81
5-5- بهبود ولتاژ باس توربین بادی توسط P-DPC نوع 3+3 84

فصل ششم: جمع‌بندی و پیشنهادها 88
6-1- مقدمه 89
6-2- راهکارهای پیشنهادی ادامه‌ی کار بهتر 89

مراجع 91
 
 
فهرست شکل‌ها
شکل 3-1 شماتیک توربین بادی سرعت ثابت 12
شکل 3-2 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده 13
شکل 3-3 شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIG 14
شکل 3-4 شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح 15
شکل 3-5 ضریب توان برای توان‌های بالاتر از 100 مگاوات در کد شبکه آلمان 20
شکل 3-6 شرایط کاری توربین بادی با توجه به اندازه فرکانس در کدهای مختلف شبکه 22
شکل 3-7 مقایسه معیار ولتاژ برای توربین بادی در سه کد آلمان ،دانمارک و سوئد 23
شکل 4-1 شماتیک SRF 29
شکل 4-2 توالی مثبت و منفی ولتاژ در حالت عدم تعادل ولتاژ 34
شکل 4-3 سلول جداکننده 37
شکل 4-4 شماتیک کلی DDSRF 37
شکل 4-5 شماتیک ODDSRF-PLL 38
شکل 4-6 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای پرش فاز40 درجه. 39
شکل 4-7 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت اول. 39
شکل 4-8 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای دو فاز به زمین. 40
شکل 4-9 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت دوم. 40
شکل 4-10 مقدار مولفه d و q اندازهگیری شده بوسیلهی روش ODDSRF-PLL برای خطای سه فاز به زمین. 41
شکل 4-11 مقایسه ولتاژ اندازهگیری شده بوسیلهی ODDSRF-PLL و PLLاستفاده شده در MATLAB برای حالت سوم. 41
شکل 4-12 دسته بندی توابع عضویت 43
شکل 4-13 اجزای سیستم فازی 46
شکل 4-14 کلاسه بندی غیر فازی ساز 47
شکل 4-15 اساس کار الگوریتم PSO 51
شکل 4-16 توابع عضویت برای NBF ، NBU ، ، و 53
شکل 4-17 فلوچارت AFPSO 54
شکل 4-18 مشخصه ولتاژ-جریان STATCOM 56
شکل 4-19 شماتیک STATCOM به همراه قابلیت در تولید یا تزریق توان اکتیو راکتیو 57
شکل 4-20 شماتیک STATCOM به همراه بردارهای ولتاژ خروجی STATCOM و شبکه 58
شکل 4-21 انواع کنترل‌کننده‌ها برای مبدل 65
شکل 4-22 قابلیت‌های کنترل پیش بین 67
شکل 4-23 انواع مختلف کنترل پیش بین 69
شکل 4-24 شماتیک مبدل DC-AC 70
شکل 4-25 شمای ساده‌شده‌ی مبدل DC-AC 70
شکل 4-26 بردارهای 8 گانه مدولاسیون SVM 73
شکل 4-27 تغییرات توان اکتیو راکتیو به وسیله‌ی اعمال بردارهای 8 گانه ولتاژ 76
شکل 4-28 نحوه‌ی اعمال بردارهای سه گانه انتخاب‌شده برای کنترل P-DPC 77
شکل 5-1 شماتیک شبکه شبیه‌سازی شده 79
شکل 5-2 کمینه شدن تابع هزینه ITAE 81
شکل 5-3 اندازه ولتاژ مؤلفه‌های d و q پس از بهینه‌سازی ODDSRF 81
شکل 5-4 نحوه‌ی اتصال ODDSRF-PLL ،FLC و P-DPC به یکدیگر 83
شکل 5-5 الف) توان راکتیو تولیدشده با توجه به خطا و تغییرات خطای ولتاژ ب)میزان توان راکتیو مرجع بدست آمده 83
شکل 5-6 پروفیل ولتاژ باس توربین بادی قبل و پس از اعمال STATCOM 85
شکل 5-7 مدت زمان تحمل ولتاژ های توربین بادی بر حسب ولتاژ بر اساس Nordic grid code 86
شکل 5-8 الگوریتم کلی برای بهینه کردن عملکرد کنترل پیش بین 87
 
فهرست جدول‌ها
جدول 3-1 مقایسه مزایا و معایب توربین بادی سرعت ثابت و متغیر 11
جدول 3-2 مقایسه ضریب توان توربین بادی در کدهای شبکه 19
جدول 5-1 قواعد فازی برای ضریب یادگیری 53
جدول 5-2 قواعد فازی برای ضریب یادگیری 53
جدول 5-3 قواعد فازی برای 54
جدول 6-1 نمونه‌هایی از کاربردهای کنترل پیش بین 63
جدول 6-2 اندازه بردارهای ولتاژ 8 گانه بر روی محورهای قاب ساکن 73
جدول 6-3 بردارهای انتخاب‌شده برای اعمال آن به کنترل پیش بین توان مستقیم 76
جدول 7-1 پارامترهای ثابت شبکه 80
جدول 7-2 قواعد فازی برای تولید توان راکتیو مرجع به وسیله‌ی خطا و تغییرات خطای ولتاژ 83
جدول 7-3 مقایسه‌ی ولتاژ باس توربین بادی قبل و بعد اعمال STATCOM 85
 

فهرست کلمات اختصاری
 
AFPSO            Adaptive Fuzzy Particle Swarm Optimization
BF                    Best Fitness
DDSRF            Double Decouple Synchronous Reference Frame
DFIG               Doubly Fed Induction Generator
DG                   Distributed Generation
DPC               Direct Power Control
DVR                Dynamic Voltage Restorer
FACTS            Flexible AC Transmission Systems
FLC                 Fuzzy Logic Controller
FOM                First Of Maximum
FRT                 Fault Ride Through
IGBT             Insulated Gate Bipolar Transistor
ISC                  Instantaneous Symmetrical Components
GTO               Gate Turn-Off
LOM                Last Of Maximum
LVRT              Low Voltage Ride Through
ODDSRF         Optimized Double Decouple Synchronous Reference Frame
PDPC               Predictive Direct Power Control
PLL                 Phase Locked Loop
PSO                 Particle Swarm Optimizatiom
RSC                 Rotor Side Converter
SOA                 Center Of Average
SRF                 Synchronous Reference Fram
STATCOM      Static Synchronous Compensator
SVC                 Static Var Compensator
SVM             Space Vector Modulation
TSR                 Tip Speed Ratio
UF                   Unchanged Fitness
VOC             Voltage Oriented Control
VSC                 Voltage Source Converter