شکل ۳-۳- پاسخ زاویه­ای و سرعت زاویه­ای پلتفرم به ورودی پله اعمالی به گیمبال ۱

شکل ۴-۳- پاسخ زاویه­ای و سرعت زاویه­ای پلتفرم به ورودی پله اعمالی به گیمبال ۲
همان‌طور که در شبیه‌سازی‌ها مشاهده می‌گردد شرایط اولیه زوایا برابر صفر در نظر گرفته شده است. در شکل ۳-۳ که ورودی به گیمبال ۱ اعمال شده در ابتدا شروع به حرکت می‌کند و در نتیجه باعث چرخش (گیمبال خارجی) و (گیمبال داخلی) می‌شود. همچنین در شکل ۴-۳ که ورودی به گیمبال میانی وارد شده است در ابتدا گیمبال میانی شروع به حرکت کرده و سپس گیمبال‌های داخلی و خارجی شروع به حرکت می‌کنند. شکل ۵-۳ پاسخ پلتفرم را به ورودی پله اعمالی به گیمبال ۳ را نشان می‌دهد. این نتایج حرکت و چرخش را تنها در گیمبال ۳ نشان می‌دهد و دیگر گیمبال‌ها بدون حرکت باقی خواهند ماند.

شکل ۵-۳- پاسخ زاویه­ای و سرعت زاویه­ای پلتفرم به ورودی پله اعمالی در گیمبال ۳
با توجه به نتایج بدست آمده در شبیه­سازی­ها و عملکردهای ژیروسکوپ در دنیای واقعی می­توان این به صحت نتایج شبیه­سازی اطمینان حاصل نمود. برای مثال هنگامی که نیروی به گیمبال ۳ اعمال می­­گردد در زاویه‌های مربوط به گیمبال ۱ و ۲ تغییری اتفاق نمی­افتد و همچنین هنگامی که نیروی به گیمبال ۱ یا ۲ اعمال می­­گردد در زاویه‌های مربوط به گیمبال ۳ تغییر اندکی را داریم.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

باید به این نکته توجه نمود که سیستم طراحی شده بدلیل پیچیدگی­های آن به طور مستقیم مورد استفاده قرار نخواهد گرفت. در فصل ۴ و به منظور طراحی کنترلر ابتدا ساده­سازی­هایی بر روی سیستم انجام خواهد گرفت تا طراحی کنترلر به طور مناسبی صورت گیرد. همچنین میزان تاثیرگذاری این ساده‌سازی­ها با بهره گرفتن از شبیه­سازی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
فصل چهارم: طراحی کنترل کننده
در این بخش طراحی کنترل کننده برای یک پلتفرم انجام شده است ابتدا معادلات حرکت پلتفرم استخراج شده در بخش ۲ ساده گردیده و بصورت یک معادله خطی در آمده است و سپس کنترل کننده برای این معادلات خطی طراحی گردید. در انتها نتایج شبیه‌سازی نشان داده شده است.
۱-۴- مقدمه
به منظور کاهش بار محاسباتی در طراحی کنترل کننده، حرکت پلتفرم را با تغییر زاویه‌ای کوچک در نظر می‌گیریم. با این فرض دو کنترل کننده طراحی خواهد گردید. در ابتدا کنترلی برای تنظیم حرکات عمودی پلتفرم و سپس کنترلی برای تنظیم حرکات افقی پلتفرم طراحی خواهد گردید.
در طراحی حلقه فیدبک از تغییرات زاویه‌ای پلتفرم در مختصات گیمبال استفاده شده است. بنابراین می‌توان به راحتی با اعمال سیگنال مرجع سرعت تغییرات زاویه پلتفرم را در جهت دلخواه قرار داد. همچنین با صفر قرار دادن تغییرات زاویه‌ای می‌توان از ثابت بودن پلتفرم اطمینان حاصل نمود. در هر کنترل کننده زوایای ، ، محاسبه شده و به عنوان یک شاخص برای صحت موقعیت پلتفرم استفاده می‌گردد.
۲-۴- معادلات حالت و قانون کنترلی
سیستم برای کنترل حرکات عمودی شامل گیمبال‌های داخلی و میانی می‌باشد. این سیستم دارای دو ورودی و بوده و دو خروجی و را نتیجه خواهد داد که یک سیستم چند ورودی- چند خروجی است. برای طراحی کنترل کننده برای چنین سیستمی از تکنیک معادلات حالت استفاده می‌شود. سیستم را می‌توان طبق معادلات حالت زیر بیان نمود:
(۴٫۱)
(۴٫۲)
در معادلات۴٫۱ و ۴٫۲ بردار حالت با x ، ماتریس حالت با F، بردار ورودی با u، ماتریس ورودی با G، ماتریس خروجی با H و ماتریس فیدبک با J نشان داده شده است. از آنجا که سیستم یک سیستم چند ورودی-چند خروجی می­باشد، فیدبک بصورت ماتریسی ظاهر می­گردد.
اگر در دینامیک حرکتی ژیروسکوپ معادلات حرکتی گیمبال‌های داخلی و میانی را از گیمبال خارجی جدا کنیم خواهیم داشت:
(۴٫۳)
(۴٫۴)
با فرض بردار حالت بصورت
(۴٫۵)
و تعریف توابع زیر
(۴٫۶)
(۴٫۷)
(۴٫۸)
(۴٫۹)
سیستم را می‌توان حول نقطه تعادل خطی سازی نمود و ماتریس حالت خطی سازی شده را بصورت زیر بدست آورد.
(۴٫۱۰)
با اعمال مشتقات جزئی در فرمول (۴٫۱۰) ماتریس خطی سازی شده پس از اعمال نقاط اولیه مورد نظر و با توجه به این واقعیت که و در طول مراحل پایدارسازی کوچک می‌باشند بصورت زیر بدست خواهد آمد:
(۴٫۱۱)
رابطه (۴٫۱۱) نشان می‌دهد که حالت‌های و از حالت‌های و مستقل هستند و لذا می‌توانند از یکدیگر جدا شوند. بنابراین به منظور پلتفرم می‌توان سرعت‌های زاویه‌ای و را کنترل نمود و زوایا را از بردار حالت حذف کرده و معادلات حالت ساده‌تری را تحلیل نمود:
(۴٫۱۲)
(۴٫۱۳)
(۴٫۱۴)
برای پیاده‌سازی این معادلات ابتدا باید آن را گسسته نمود. لذا ماتریس گذر حالت بصورت زیر بدست می‌آید.
(۴٫۱۵)
و همچنین
و معادلات فضای حالت گسسته برابر خواهد بود با:
(۴٫۱۶)
(۴٫۱۷)
از آنجا که در این معادلات حالت، اصطکاک ‌ها در نظر نگرفته نشده است لذا یک عامل انتگرال به سیستم اضافه می‌کنیم تا صفر بودن خطای ماندگار تضمین گردد. بنابراین مدل فضای حالت نهایی که انتگرال‌گیر به آن اضافه گردیده است به همراه سیگنال مرجع ورودی برابر خواهد بود با:
(۴٫۱۸)
(۴٫۱۹)

توربین به وسیله دو مبدل به شبکه متصل می‌شود. بدین ترتیب مبدل وظیفه کنترل سرعت ژنراتوری را دارد که به صورت مکانیکی به پره وصل است جدول (۳-۱) مزیت­ها و معایب هر یک از توربین­های بادی سرعت ثابت و توربین بادی سرعت متغیر را بیان کرده است.
توربین بادی سرعت متغیر قابلیت‌هایی مانند: خروجی بهتر، قابلیت بهبود کیفیت توان و کاهش تنش مکانیکی را داراست]۲۱[. همچنین معایب آن افزایش هزینه بالای ساخت است. ولی به هر حال هزینه اضافی با بیشتر شدن انرژی تولیدی جبران می‌شود. علاوه بر آن بهره‌برداری نرم به وسیله مبدل تنش مکانیکی را کم می‌کند. این دلایل باعث می‌شود کارخانه‌های تولید توربین بادی، تمایل بیشتری برای تولید توربین بادی سرعت متغیر با هزینه تولیدی کمتر دارند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

توربین بادی تجاری با توجه به سرعت ثابت و متغیر بودن و نوع مبدل بکار رفته در آن‌ها (مبدل نیمه سطح^[۲۲]، مبدل تمام سطح^[۲۳]) به چهار دسته کلی تقسیم می‌شوند.

توربین‌های بادی سرعت ثابت
با توجه به شکل (۳-۱) ،توربین‌های بادی سرعت ثابت که مجهز به ژنراتور القایی با قفسه سنجابی(SCIG)^[24] که به وسیله ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ به شبکه متصل می‌شوند. در این نوع توربین بادی شافت ژنراتور بوسیله توربین بادی حرکت می کند و استاتور نیز به شبکه وصل است. به دلیل شیب تند مشخصه لغزش-گشتاور ژنراتور القایی با قفسه سنجابی، سرعت به طور تقریبی ثابت وابسته به فرکانس است.
توربین سرعت ثابت برای جلوگیری از جریان لحظه‌ای زیاد از شروع‌کننده نرم^[۲۵] استفاده می‌کند. اگر بدون شروع‌کننده نرم به شبکه متصل شود، توربین بادی سرعت ثابت توانایی جذب نوسانات توان را در انرژی جنبشی روتور ندارد. نتیجه آن به صورت نوسانات در گشتاور و توان تولیدی ظهور پیدا می‌کند. نوسانات گشتاور نیز باعث ایجاد تنش روی درایو توربین می‌شود و در نتیجه شاهد نوسانات ولتاژ شبکه خواهیم بود.
برای جلوگیری از جذب توان راکتیو توسط توربین بادی خازن‌های بین توربین بادی و ترانسفورماتور نصب می‌شود. همچنین در حین افت ولتاژ شدید توربین بادی توان راکتیو بسیار زیادی را از شبکه طلب می‌کند. این مسئله باعث افزایش سرعت ژنراتور و قطع آن از شبکه می‌شود.
شماتیک توربین بادی سرعت ثابت

توربین بادی سرعت متغیر محدودشده
در این نوع توربین بادی از ژنراتور القایی با روتور سیم‌پیچی شده (WRIG)^[26] استفاده‌شده است. همچنین مقاومت خارجی متغییری به وسیله مبدل به روتور ژنراتور متصل شده است. به وسیله‌ی کنترل مبدل مقدار مقاومت اعمالی مشخص می‌شود. شماتیک این از توربین بادی در شکل (۳-۲) آمده است.
با افزایش مقاومت روتور حداکثر گشتاور مشخصه گشتاور-لغزش به سمت لغزش بیشتر و سرعت بیشتر تمایل پیدا می‌کند. در نتیجه با فرض مقدار توان ثابت سرعت افزایش خواهد یافت. در این نوع توربین بادی حداکثر سرعت می‌تواند به اندازه ۱۰ درصد از بیش‌ترین محدوده لغزش بیشتر باشد. البته این مقدار به وسیله توان گرمایی تلف‌شده در مقاومت خارجی، محدود می‌شود.
از معایب آن می توان به محدودیت در سرعت، عدم توانایی در کنترل توان راکتیو طرف شبکه و بازده کم به دلیل مقاومت خارجی است . همچنین برتری آن نسبت به نوع سرعت متغیر در قیمت کمتر و سادگی آن است ]۲۲[.
شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده
شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIG

توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویه
در این نوع توربین بادی از DFIG استفاده ‌شده است . استاتور (stator)^[27] آن به صورت مستقیم به شبکه متصل شده است. روتور نیز به وسیله مبدل پشت به پشت^[۲۸] به شبکه وصل شده است. برای اتصال توربین و مبدل پشت به پشت از ترانسفورماتور سه سیم‌پیچه استفاده‌شده است. شمای کلی این نوع از توربین بادی در شکل ۳-۳ آمده است.

توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح
در این نوع از توربین بادی اتصال به شبکه توسط مبدل پشت به پشت تمام سطح^[۲۹] صورت می‌پذیرد. ژنراتور هم می‌تواند القایی و هم سنکرون باشد.
شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح
در این نوع توربین بادی RSC وظیفه کنترل سرعت ژنراتور را بر عهده دارد تا حداکثر توان از باد اخذ شود. از طرفی مبدل طرف شبکه (GSC)^[30] وظیفه کنترل ولتاژ را بر عهده دارد. به طور کلی این نوع قابلیت بیشتری را در تولید توان حداکثر از باد ایجاد می‌کند. علاوه بر آن قابلیت بهبود بیشتر ولتاژ در شرایط خطا را دارد. شمای کلی این نوع توربین بادی در شکل ۳-۴ آمده است.

جریان خطای توربین بادی
در حین خطا توربین‌های بادی جریان خطای مختلفی را به شبکه تزریق می‌کنند،که بر حسب نوع توربین بادی متفاوت است.
مروری مختصر بر انواع جریان اتصال کوتاه بر حسب نوع توربین بادی در قسمت‌های بعد آمده است [۲۱].

جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابت
رفتار مدار اتصال کوتاه توربین بادی سرعت ثابت با ژنراتور القایی قفسه سنجابی، براساس دینامیک ژنراتور تعیین می‌شود. در صورت بروز خطای متقارن جریان اتصال کوتاه از دو قسمت متناوب و ثابت تشکیل می‌شود. این دو مقدار با توجه به ثابت زمانی گذرای استاتور و روتور مستهلک می‌شود. معمولاً جریان اتصال کوتاه به وسیله‌ی راکتانس گذرا محدود می‌شود و مقدار بیشینه آن معمولاً ۵ تا ۹ برابر جریان نامی ژنراتور است[۲۱].

جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشده
رفتار مدار اتصال کوتاه این توربین مشابه نوع قبلی است با این تفاوت که مقاومت خارجی متصل به روتور باعث میرا شدن سریع تر جریان اتصال کوتاه می‌شود.

جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه
در لحظه‌ای که اتصال کوتاه در شبکه اتفاق می‌افتد. جریان زیادی در استاتور و روتور القا می‌شود. به صورت نظری، RSC می‌تواند با اندازه بزرگ‌تر ساخته شود که این راهکار باعث افزایش هزینه می‌شود و مقرون به صرفه نیست. از دیگر راهکارها حفاظت RSC در مقابل جریان اتصال کوتاه به وسیله مقاومت خارجی به نام مقاومت اهرم^[۳۱] است.
از روش‌های مدرن استفاده از چاپرdc است ،که در شکل (۳-۳) نمایش داده شده است. با این روش در لحظه خطا کلیدهای RSC قطع می‌شود و جریان از طریق کلید دیودهای غیر موازی روانه خازن میانی می‌شود. وظیفه چاپرdc در این لحظه تنظیم ولتاژ dc است.
رفتار اتصال کوتاه ژنراتور دو سویه با حفاظت crowbar ،بستگی به این دارد که crowbar در لحظه خطا فعال هست یا غیرفعال.
وقتی crowbar فعال است ژنراتور کنترلی بر جریان ندارد. در این حال می‌توان DFIG را به صورت ژنراتور القایی در نظر گرفت. با این تفاوت که مقاومت روتور می‌تواند تا ۲۰ برابر مقامت حالت پیشین می‌شود.
مقامت بسیار زیاد crowbar، باعث میرا می‌شود جریان متناوب در DFIGسریع‌تر از جریان در SCIG میرا شود. زمانی که RSC دوباره وصل می‌شود، وظیفه‌ی کنترل جریان استاتور را بر عهده می‌گیرد. در این صورت DFIG به صورت منبع جریان ثابت در نظر گرفته می‌شود.
آنالیز جریان اتصال کوتاه DFIG با چاپرdc توجه کمی شده است. اما برای تحلیل خطای متقارن ، خازن میانی و چاپر به عنوان مقاومت معادل در نظر گرفته می­ شود. همچنین این مقاومت معادل وابسته به بار­گذاری اولیه ژنراتور و مقدار افت ولتاژ بستگی دارد.
در شرایط خطای نامتقارن RSC و چاپرdc در لحظه خطا فعال است. زیرا در حین خطا نامتقارن توالی منفی در ولتاژ ایجاد می‌شود که این مؤلفه میرا نمی‌شود ، در این شرایط ولتاژ به وجود آمده بالاتر مقداری است که RSC آن را کنترل کند. در نتیجه چاپرdc فعال می‌شود و برای تحلیل حالت گذرا هر دو را باید باهم در نظر گرفت.

شکل ‏۰‑۱۴: میزان شاخص ریسک برای روزهای مختلف

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

جمع بندی

در این فصل، نتایج بهینه سازی تک هدفه در روزهای مختلف سال تحت سناریوهای مختلف و به منظور کنترل تولیدات پراکنده در بازار خرده فروشی در یک ریزشبکه هوشمند انجام شد. این شبیه سازیها به منظور ارزیابی مدل مدیریت انرژی پیشنهادی انجام شده اند. همان طور که از نتایج شبیه سازی مشاهده شد مدل بهینه‌سازی پیشنهادی نه تنها ساختاری کامل دارند بلکه در رسیدن به جواب‌های بهینه از قدرت بالایی نیز برخوردار است. همچنین استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی اجتماع ذرات باعث افزایش دقت و سرعت در پاسخ‌های موجود شد. در ضمن صحت و دقت این الگوریتم در مقایسه با حل کننده MINLP نرم افزار GAMS تصدیق شد.
علاوه بر این، با معرفی شاخص ریسک ریزشبکه‌ی نمونه در معرض عدم قطعیت‌های مختلف ارزیابی شده‌ است. با مقایسه شاخص ریسک در روزهای مختلف به این نتیجه می‌توان رسید که انحراف بار مصرفی بیشترین و قیمت بازار انرژی کمترین اثر را به عنوان پارامترهای نایقینی داشتند.

فصل پنجم
نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهادات۱٫۵ نتیجه‌گیری

هدف از این پروژه کنترل و برنامه­ ریزی تولیدات پراکنده در بازار خرده فروشی در محیط شبکه هوشمند با در نظر گرفتن عدم قطعیت برای پارامترهای تصادفی است. سه پارامتری که دارای عدم قطعیت هستند، شامل تولید توان فتوولتائیک، میزان بار و قیمت بازار خرده فروشی می­باشد. مسئله برنامه­ ریزی کوتاه مدت مشارکت و کنترل تولیدات پراکنده برای دو سناریو زمستان و تابستان برای دو روز مختلف اول هفته و آخر هفته انجام گرفته است. در ضمن مسئله در حضور خودروهای الکتریکی حل شده و نهایتا مدل بهره ­برداری هوشمند برای برنامه­ ریزی مشارکت واحدها در محیط شبکه هوشمند معرفی شده و این نتایج با برنامه­ ریزی مشارکت واحدها در محیط سنتی مقایسه شده است. این نتایج به شرح ذیل می­باشد:

• • استفاده از لیست حق تقدم برای تشکیل جمعیت اولیه ممکن باعث کاهش زمان محاسبات و همگرایی سریع مسئله می­ شود.

• • استفاده از خودرو الکتریکی در سیستم قدرت علاوه بر اصلاح پیک بار باعث کاهش هزینه بهره ­برداری و آلودگی می­ شود. البته لازم به ذکر است که کاهش آلودگی همیشه رخ نمی­دهد. چون خودرو الکتریکی نمی­تواند توان تولید کند. بلکه توان را از یک ساعت به ساعت دیگر منتقل می­ کند. و به دلیل اینکه عموما واحدهای بزرگ آلودگی بالاتری نسبت به واحدهای کوچک‌تر دارند آلودگی کاهش نمی­یابد. ولی در این پروژه چون تابع هدف کاهش آلودگی و هزینه است مقداری کاهش آلودگی داریم.

• • استفاده از خودروهای الکتریکی در سیستم قدرت باعث افزایش رزرو و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان شبکه می­شوند.

• • برنامه­ ریزی مشارکت واحدها در حضور منابع تجدیدپذیر باعث کاهش هزینه بهره ­برداری و آلودگی می­ شود. بنابراین با مدیریت این منابع در سیستم قدرت می‌توان هزینه­ های بهره ­برداری و آلودگی را کاهش داد.

• • افزایش تعداد سناریوها برای مدل‌سازی عدم قطعیت مسئله باعث افزایش زمان محاسبات می­ شود. چون وقتی سناریوها زیاد می­ شود تعداد تکرارها برای حل مسئله هم زیاد می­ شود، اما تعداد زیاد سناریو باعث ارائه مدل دقیق­تری از مسئله و کاهش خطای می­ شود.

• • با مدیریت صحیح خودروهای الکتریکی در سیستم قدرت می‌توان علاوه بر ایفای نقش موثر در سیستم، باعث کاهش آلودگی­های زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت فسیلی در خودروهای الکتریکی شد.

• • استفاده از خودروهای الکتریکی در شبکه به عنوان یک منبع ذخیره­ساز انرژی در کنار منابع تجدیدپذیر باعث کمرنگ شدن نوسانات ناشی از منابع تجدیدپذیر در سیستم قدرت و افزایش قابلیت اطمینان در شبکه می­ شود.

• • استفاده از خودروهای الکتریکی و ذخیره انرژی در ساعات ارزان قیمت و فروش آن در ساعات پیک بار که قیمت برق بالاست، باعث افزایش سود می­ شود.

• • در نظرگیری برنامه مناسب پاسخگویی بار باعث کاهش پیک بار، مسطح شدن نمودار مصرف انرژی الکتریکی و در نهایت کاهش هزینه نهایی می‌شود.

پیشنهادها

• • برنامه­ ریزی مشارکت واحدها با در نظر گرفتن محدودیت­های شبکه

• • پیاده­سازی مدل ذکر شده با در نظر گرفتن بازار خدمات جانبی

• • برنامه­ ریزی مبتنی بر قیود امنیت مشارکت واحدها با حضور خودروهای الکتریکی و منابع تجدیدپذیر

• • بهینه سازی ارائه شده می‌تواند در بازه های بلند مدت انجام شود. در این حالت شاخص‌های قابلیت اطمینان مانند عدم تامین بار نیز می‌تواند به سیستم اضافه شده و مدل را چند منظوره کند.

منابع و مراجع

[۱] J. Wood and B. F. Wollenberg, “Power Generation, Operation and Control”. New York: John Wily & Sons, 2^nded, 1996.
[۲] Ahmed Yousuf Saber, and Ganesh Kumar Venayagamoorthy.: ‘Resource Scheduling Under Uncertainty in a Smart Grid with Renewables and Plug-in Vehicles’IEEE SYSTEMS JOURNAL-1932-8184/$26.00-2011 IEEE.
]۳[ امیر عبداللهی، “برنامه­ ریزی تولید بهینه نیروگاه­ها با در نظر گرفتن قیود امنیتی با بهره گرفتن از روش کلاسیک و ترکیبی” پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده برق دانشگاه شریف، مرداد ۸۸٫
[۴] Fred N. Lee, “Short-term Thennal Unit Commitment-A New Method,” IEEE Transactions on Power Systems, Vol.3,No.,pp.421,May 1998.
[۵] A. Borghetti, A. Frangioni, F. Lacalandra, A. Lodi, S. Martello, C. A. Nucci, and A. Trebbi, “Lagrangian Relaxation and Tabu Search Approaches for the Unit Commitment Problem,” IEEE Porto Power Tech Conference, Porto, Portugal, September, ‘ 2001 ‘.
[۶] Ahmed Yousuf Saber, Ganesh Kumar Venayagamoorthy’Intelligent unit commitment with vehicle-to-grid —A cost-emission optimization’Elsevier Journal of Power Sources 195 (2010) 898–۹۱۱٫
]۷[ مصطفی اسماعیلی شاهرخت،”برنامه­ ریزی میان مدت واحدهای حرارتی در حضور نیروگاه بادی”، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده برق دانشگاه علم و صنعت ایران، مهرماه ۹۰٫
[۸] Marnay, C., Venkataramanan, G., Stadler, M., Siddiqui, A.S., Firestone, R., Chandran, B.: ‘Thermal Units Commitment Considering Voltage Constraint Based on Controllable Loads Reactive Control in Smart Grid’, IEEE Trans. Power Syst., 2011.
[۹] J.C. Inostroza V.H. Hinojosa ‘Short-term scheduling solved with a particle swarm optimiser’IET Gener. Transm. Distrib. , 2011, Vol. 5, Iss. 11, pp. 1091 – ۱۱۰۴٫
[۱۰] Pablo A. Ruiz ,. C. Russ Philbrick. Eugene Zak,. Kwok W. Cheung. Peter W. Sauer , ‘Uncertainty Management in the Unit Commitment Problem’, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 24, NO. 2, MAY 2009.
[۱۱] Aidan Tuohy, Peter Meibom, Eleanor Denny , Mark O’Malley.”Unit Commitment for Systems With Significant Wind Penetration” IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 24, NO. 2, MAY 2009.
[۱۲] Shengrong Bu, F. Richard Yu, and Peter X. Liu;” Stochastic Unit Commitment in Smart Grid Communications”, IEEE Conference on ۲۰۱۱-page 307-312.

[۱۳] Tsikalakis, A.G.; Hatziargyriou, N.D., “Centralized Control for Optimizing Microgrids Operation,” Energy Conversion, IEEE Trans., vol.23, no.1, pp.241, 248, March 2008.

[۱۴] Xiaohong Guan; Zhanbo Xu; Qing-Shan Jia, “Energy-Efficient Buildings Facilitated by Microgrid,” Smart Grid, IEEE Trans. , vol.1, no.3, pp.243,252, Dec. 2010
[۱۵] CIGRE. “Impact of increasing contribution ofdispersed generation on the power system” WorkingGroup 37.23, 1999.
[۱۶] D. Gautam, and N. Mithulananthan, 2007, “OptimalDG placement in deregulatedelectricity market,”Electric Power Systems Research, vol. 77, 1627-1636.

‌
قاعده کلی کنترل برداری یا
کنترل جهت یابی میدان موتور القایی (FOC)
۱-۱-مقدمه
ماشین‌های القایی نسبتاً ارزان و مقاوم هستند زیرا آن‌ها را می‌توان بدون حلقه‌های لغزان یا کموتاتور ساخت. این ماشین‌ها بصورت گسترده ای در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. بدین خاطر باید توجه بیشتری به کنترل موتور القایی برای شروع به کار ، ترمز کردن ، عملکرد چهار ناحیه ای و غیره نمود. کنترل حلقه باز ماشین با فرکانس متغیر ممکن است هنگامی که موتور عملکردی در گشتاور پایدار با نیاز به تنظیم سرعت دارد، درایو با تغییر سرعت رضایت بخشی را ارائه دهد. اما زمانی که به یک درایو با پاسخ دینامیکی سریع و سرعت صحیح یا کنترل گشتاور نیاز است یک کنترل حلقه باز، رضایت بخش نیست. بنابراین نیاز است که موتور در مد حلقه بسته عمل کند. عملکرد دینامیکی سیستم درایو ماشین القایی روی عملکرد کلی سیستم اثر زیادی می‌گذارد. از آن جایی که کنترل موتور القایی یک مدل غیر خطی دارد، انجام آن، یک کار مشکل می‌باشد. چرا که متغیرهای رتور به ندرت قابل اندازه گیری هستند و پارامترهای آن تحت شرایط کار تغییر می‌کنند. برای کنترل سرعت موتور القایی از چندین تکنیک استفاده می‌شود.این طرح می‌تواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود:

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

الف) کنترل اسکالر : یکی از اولین روش های کنترل ماشین های القایی، کنترل سرعت ولت بر هرتز که آن را به عنوان یک روش اسکالر می‌شناسیم، می‌باشد که ماشین با نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت ، به منظور ثابت نگه داشتن شار فاصله هوایی و تولید ماکزیمم حساسیت گشتاور ، تحریک می‌شود. این روش نسبتاً ساده است. اما نتایج رضایت بخشی برای کاربردهای با عملکرد سطح بالا ، به بار نمی‌آورد. این موضوع ناشی از این حقیقت است که در روش اسکالر یک کوپلینگ ذاتی بین گشتاور و شار فاصله هوایی وجود دارد و این امر موجب کندی پاسخ ماشین القایی می‌گردد.
ب) کنترل برداری یا کنترل جهت یابی میدان^[۱]: برای غلبه بر محدودیت های روش کنترل اسکالر ، روش های جهت یابی میدان توسعه داده شدند. دراین روش متغیرها به یک چهارچوب مرجع انتقال داده می‌شوند که از نظر دینامیکی همانند کمیت های dc می‌گردند. کنترل مجزا بین شار و گشتاور این اجازه را می‌دهد که ماشین القایی به یک پاسخ گذرای سریع برسد. بنابراین جهت یابی میدان درایو ماشین القایی می‌تواند برای کاربردهای با عملکرد بالا جایی که به طور سنتی ماشین های dc استفاده می‌شدند، استفاده شود. طرح های بهتر از کنترل سنتی به یک حس گر سرعت برای عملکرد حلقه بسته نیاز دارد. حس گر سرعت چندین عیب از نقطه نظر درایو نظیر قیمت ، قابلیت اعتماد و ایمنی در مقابل نویز دارد. اخیراً دیدگاه های مختلف سرعت بدون حس گر در مقالات مختلف پیشنهاد شده است. اما به دلیل وجود متغیرهای متعدد و غیر خطی دینامیک موتور القایی ، تخمین سرعت روتور و شار بدون اندازه گیری متغیرهای مکانیکی هنوز نیز کاری مشکل می‌باشد.
در یک درایو موتور القایی سه قسمت عمده اصلی وجود دارد : یک موتور القایی ، یک دستگاه الکترونیک قدرت و یک کنترل کننده .
۱-۲-کنترل جهت یابی میدان موتورهای القایی
یک موتور القایی را می‌توان به عنوان یک منبع کنترل شده گشتاور تصور کرد. گشتاور توسعه یافته در موتور القایی نتیجه بر هم کنش بین جریان در آرمیچر و میدان مغناطیسی تولید شده در موتور است. کنترل مستقل جریان تحریک و آرمیچر در موتور DC تحریک مستقل امکان پذیر است. در یک موتور القایی، جریان سیم پیچی استاتور میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند و جریان در سیم پیچ رتورمی‌تواند به عنوان وسیله مستقیم کنترل گشتاور به کار رود. در یک حالت مشابه با موتورهای DC ، کنترل سرعت موتور القایی می‌تواند بوسیله کنترل جداگانه شار و گشتاور انجام شود. عمل ثابت نگه داشتن زاویه فضایی متعامد بین شار میدان و mmf آرمیچر در ماشین های القایی برای رسیدن به کنترل جداگانه شار و گشتاور توسط جهت یابی جریان استاتور و به واسطه رابطه آن با شار رتور تقلید می‌شود. چنین کنترل کننده هایی ، کنترلرهای جهت یابی میدان نامیده می‌شوند. مفهوم اساسی که از کنترل جداگانه شار و گشتاور از جهت یابی میدان نتیجه می‌شود می‌تواند از مدل محورهای d-q یک ماشین القایی با محورهای مرجع گردان با سرعت سنکرون به دست آورده شود. این کنترل روی یک طرح که سه فاز زمانی و سرعت وابسته سیستم را به سیستم زمان ثابت دو محور متعامد (محورهای d و q) تبدیل می‌کند ، استوار است.
۱-۲-۱-تبدیل متعامد
ولتاژهای سه فاز، جریان ها و شارهای موتورهای القایی را می‌توان در جملات بردارهای فضایی مختلط تجزیه و تحلیل نمود. با توجه به جریان ها ، بردارهای فضایی را می‌توان به صورت های زیر تعریف کرد. فرض اینکه i_c , i_b , i_a جریان هایی لحظه ای در فازهای استاتور هستند و داریم:
i_a + i_b + i_c = ۰ و بردار جریان مختلط استاتور به صورت زیر تعریف می‌شود:

(۱-۱)

که در آن و اپراتور فضایی است و .
دیاگرام زیر بردار فضایی مختلط جریان استاتور را نشان می‌دهد.

شکل ۱‌-۱- بردار فضایی جریان استاتور.
که (a,b,c) محورهای سیستم سه فاز هستند. این بردار فضایی جریان یک سیستم سه فاز لحظه ای را نمایش می‌دهد. این بردار فضایی هم چنین می‌تواند در یک چهار چوب مرجع دیگر تنها با دو محور متعامد رسم شود. قسمت حقیقی بردار فضایی مساوی مقدار لحظه ای مؤلفه جریان استاتور روی محور مستقیم است. قسمت موهومی ، برابر با مؤلفه جریان استاتور روی محور عمودی می‌باشد. بنابراین بردار فضایی جریان استاتور در چهارچوب مرجع ساکن وابسته به استاتور می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

(۱-۲)

بردارهای فضایی کمیت‌های دیگر موتور (ولتاژها ، جریان های رتور ، شارهای مغناطیسی) نیز می‌توانند به همان روش بردار فضایی جریان استاتور تعریف شوند.
۱-۲-۲-تبدیل کلارک
در ماشین های سه فاز متقارن محور مستقیم و متعامد جریان های استاتور که در شکل ۱-۱ نشان داده شده است مؤلفه های جریان دو فاز ساختگی هستند. با فرض یکسان بودن محور با محور a ما روابط زیر را در ارتباط با جریان های سه فاز واقعی استاتور داریم:

(۱-۳)

ثابت برای تبدیل غیر توانی ثابت است. در این مورد ، مقادیر و با هم برابر هستند.
اگر نتیجه این شود که i_a + i_b + i_c = ۰ ، مؤلفه‌های فاز متعامد می‌تواند با بهره گرفتن از تنها دو فاز از سیستم سه فاز بیان شود.

(۱-۴)

(۲-۱۵)

جریان اکتیو استاتور گشتاوری را بر مبنای رنج سرعت بیان می‌کند، بدین خاطر در خروجی کنترل کننده سرعت نمایش داده شده است. تخمین سرعت بر روی سیگنال فرکانس استاتور و جریان اکتیو استاتور استوار شده است که این نیز با فرکانس رتور متناسب است. یک حلقه داخلی، جریان اکتیو استاتور را کنترل می کند. داشتن سیگنال مرجع محدود جهت جلوگیری از اضافه بار و شکست می باشد. شکل (۲-۴) نشان می دهد که جبران افت i_s.r_s، افت ولتاژ اهمی داخلی را حذف می کند. این موضوع خط سیر بردار شار استاتور از جریان استاتور و بار را مستقل می کند. چنین عاملی رفتار دینامیکی مطلوب ماشین را فراهم می کند و نیاز به شتاب معمولی محدود کننده را در کانال سرعت مرجع حذف می‌کند. زمان خیز گشتاور در حدود ۱۰ میلی ثانیه است که این مورد مطابق عملکرد دینامیکی مبدل تایریستوری کنترل درایو dc است.
۲-۳-۳-تخمین سرعت بر پایه هارمونیک‌های فضایی
اثرات ثانویه مغناطیس های ماشین توانایی برای تخمین سرعت ارائه می کند. زینگر۱ ]۷[ از هارمونیک های شیاری رتور در میدان فاصله هوایی بهره برداری نمود که این خود نیز شار پیوندی استاتور را با فرکانسی متناسب با سرعت رتور مدوله می کند. متناسب با مؤلفه های ولتاژ القایی از افت ولتاژ اهمی با قرار دادن حس گرهای مخصوص در انشعابات سیم پیچ استاتور مجزا می شوند. تحت این شرایط تعداد شیارهای رتور مضربی از سه نیست که این موضوع برای بیشتر ماشین ها صادق است. سیگنال های هارمونیک شیاری مطلوب می تواند از نیروی محرکه (emf) اصلی بزرگتر با به دست آوردن مجموع ولتاژهای سه فاز در اتصال ستاره سیم پیچ‌ها جدا گردد. حذف مؤلفه های ولتاژ مرتبه غیر سه شامل مؤلفه اصلی است ، در صورتی که ولتاژهای هارمونیک دار شیاری افزایش می یابند. فرکانس این هارمونیک ها مضربی از سرعت مکانیکی رتور می باشد. دیگر مؤلفه های هارمونیکی که با یک فیلتر تطبیقی باند عبور ، جلوی هارمونیک های شیاری را می گیرند ، یک فرکانس مرکزی برای ردیابی هارمونیک های شیاری با بهره گرفتن از حلقه قفل شده فاز (PLL)^[10] می سازند. سیگنال سرعت از خروجی PLL گرفته می شود. با انتگرال گیری از ولتاژ emf اصلی اندازه گیری شده در انشعابات سیم پیچی استاتور ، بردار شار فاصله هوایی تخمین زده می شود و اساس سیستم کنترل جهت یابی شار را می سازد. به دلیل تعداد شیارهای کم رتور ، تفکیک سرعت در سرعت های پایین بد صورت می گیرد. این اجبارها دینامیک کنترل سرعت را محدود می کند. به هر حال دقت در سرعت های بالا در حالت پایدار خیلی خوب است. هم چنین اشباع توسط موج فوران اصلی هسته استاتور ، مؤلفه های هارمونیک سوم را در emf استاتور تولید می کند. این اثر توسط کریندلر برای کنترل سرعت بدون حس گر مطالعه شده است. مقاله ایشان ]۸[ نتایج مقدماتی را ارائه می‌کند.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۲-۴- عملکرد سطح بالای درایوها
درعملکردهای سطح بالا از روش های زیر برای کنترل سرعت درایو استفاده می کنند.
۲-۴-۱-جهت‌یابی میدان رتور
معمولاً یک سیستم کنترل سریع جریان برای توزیع نیروی محرکه مغناطیسی استاتور mmf طوری که نیازی به مکان و شدت در فضا نداشته باشد به کار برده می‌شود و دینامیک ماشین مستقل از آن است. سپس مرتبه دینامیکی کاهش می یابد. سیستمی که اکنون توسط تنها یک معادله مختلط مشخص می شود که شامل معادلات (۲-۱-ب) و (۲-۲) می‌گردد.
با رجوع به مختصات سنکرون خواهیم داشت:

(۲-۱۶)

جایی‌که سرعت زاویه ای ولتاژ القایی رتور است. شکل (۲-۵) نشان می دهد که جریان استاتور مانند یک تابع اجبارآور۱ عمل می‌کند.

شکل۲‌-۵- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی : جریان های استاتور اجباری.
خطوط نقطه چین سیگنال های صفر در جهت یابی میدان رتور را بیان می کند. این جریان به وسیله سیگنال مختلط مرجع از حلقه کنترل جریان فرمان می گیرد. برای کنترل دینامیکی جداگانه تمام بردارهای فضایی به جهت یابی میدان در سیستم مختصات ـ dq اشاره می‌کنند. جهت‌یابی میدان رتور محور حقیقی را تعریف می کند که با بردار شار رتور تعریف می شود. مؤلفه موهومی شار رتور طبق این تعریف صفر است و تمام سیگنال های نقطه چین در شکل (۲-۵) مقادیر صفر فرض می شوند. تعادل در مجموع نقاط شکل (۲-۵) شرایطی را برای جهت‌یابی میدان رتور که می تواند با انتخاب صحیح قانع کننده باشد، تعریف می‌کند.

(۲-۱۷)

فرض می شود که دیاگرام گذر سیگنال موتور که شبیه به ساختمان شکل (۲-۶) است ، اجازه کنترل جداگانه گشتاور ماشین را می دهد.
شکل۲‌-‌‌۶- گذر سیگنال در جهت یابی میدان رتور.
کنترل توسط جهت یابی میدان رتور به شناسایی بلادرنگ بردار شار رتور از زمانی که متغیرهای حالت رتور به طور مستقیم در ماشین قفس سنجابی نمی توانند اندازه گیری شوند ، نیاز دارد. در یک سیستم سرعت بدون حس گر ، سیگنال سرعت باید به خوبی توسط یک تکنیک تخمین زنی به دست آورده شود.
۲-۴-۲-سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)
دیدگاه مدل مرجع باید به طور اضافی برای مدل دو ماشین با ساختمان مختلف که متغیر حالت یکسانی را برای مجموعه ای از متغیرهای مختلف ورودی تخمین می زنند به کار رود.
مدل استاتور در قسمت بالایی شکل (۲-۷) همانند مدل مرجع رفتار می کند. معادله آن در دستگاه مرجع ساکن با از معادلات( ۲-۱-الف) و (۲-۲) چنین به دست می آید:

(۲-۱۸)

خروجی این قسمت بردار شار تخمینی رتور است.
شکل ۲-‌‌۷- سیستم تطبیقی مدل مرجع برای تخمین سرعت.
معادله مدل رتور از معادلات (۱-۲-ب) و (۲-۲) با مرجع چهارچوب مرجع ساکن چنین به دست می آید: