فهرست مطالبفصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق1-1 مقدمه............... 21-2 اهداف پایان نامه............. 31-3 ساختار پایان نامه ......................... 4فصل دوم:پیشینهتحقیق2-1 مقدمه...................................... 62-2 تولید پراکنده ............................. 62-2-1تعریف تولید پراکنده....................... 62-2-2 انواع تولیدات پراکنده..................... 62-2-3 مزایای تولیدات پراکنده .................. 72-2-4 بهرهبرداری از واحدهای تولید پراکنده ...... 82-2-5 مشارکت منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع82-3 سیستمهای مستقل و وابسته.................... 92-3-1 سیستم متصل به شبکه....................... 102-3-2 مفهوم ناحیه کنترلی در سیستم قدرت......... 102-4 سیستم ترکیبی(هیبریدی)..................... 102-4-1 مزایای ریز شبکهها و چالشهای سیستمهای ترکیبی122-5 انرژیهای تجدیدپذیر....................... 122-5-1 انرژی باد............................... 132-5-1-1 مزایای بهره برداری از انرژی بادی....... 142-5-1-2 توربینهای بادی متصل به شبکه ........... 152-5-1-3 توربین بادی منفرد متصل به شبکه......... 152-5-1-4 توربین بادی یا مزارع بادی متصل به شبکه162-5-2 انرژی خورشیدی........................... 162-5-2-1 فتوولتائیک............................. 172-5-2-2 کاربرد سلولهای فتوولتائیک.............. 182-5-2-3 مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک192-5-2-4 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه..... 202-6 سیستمهای ترکیبی در شبکه قدرت.............. 202-7 نیروگاه آبی............................... 222-7-1 مزایای نیروگاه آبی...................... 232-7-2 معایب نیروگاه آبی....................... 232-8 نیروگاههای دیزلی.......................... 242-9 کنترل فرکانس شبکه......................... 252-9-1 اهداف کنترل فرکانس شبکه................. 252-10کنترل کنندهها.............................. 292-11 کنترل کلاسیک.............................. 292-11-1 زمان صعود............................... 292-11-2 زمان نشست............................... 292-11-3 بیشترین فراجهش.......................... 302-11-4 انتگرال قدر مطلق خطا.................... 302-12 تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID با روش زیگلرنیکلز 312-13 سیستمهایFuzzy.............................. 322-14 طراحی کنترل کنندههای فازی................ 332-15 ساختار یک کنترل کننده فازی............... 332-15-1 پیش پردازنده............................ 342-15-2 فازی کننده.............................. 342-15-3 پایگاه قواعد............................ 342-15-4 موتور استنتاج........................... 342-15-5 غیر فازی ساز............................ 352-15-6 پس پردازنده............................. 352-16 الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات........... 372-17 تاریخچه الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات... 392-18 هوش جمعی................................. 402-19 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات432-20 الگو بهینه محلی و بهینه سراسری........... 46فصل سوم: ساختار شبکه3-1 ساختار شبکه پیشنهادی...................... 493-1-1 مدل تولید واحد بخار..................... 503-1-2 مدل تولید واحد هیدرو.................... 503-1-3 مدل دیزل ژنراتور........................ 513-1-4 مدل تولید ژنراتور توربین بادی........... 523-1-5 مدل تولید توان فتوولتائیک............... 543-2 مدل و روش کنترلی پیشنهادی................. 54فصل چهارم: نتایج شبیهسازی4-1 مقدمه..................................... 574-2 ساختار شبکه............................... 574-3 سیستم با کنترل کننده PID................... 594-4 بهره کنترل کننده کلاسیک.................... 604-5 مقایسه نتایج کنترل کننده کلاسیک با کنترل کننده فازی 614-5-1 ساختار کنترل کننده فازی................. 614-5-2 بهره کنترل کننده فازی................... 624-5-3 بخش فازی ساز............................ 624-5-4 پایگاه قواعد کنترل کننده فازی........... 644-6 سیستم با کنترل کننده فازی................. 654-7 ساختار کنترل کننده Fuzzy-pso................. 674-7-1 بهره کنترل کننده Fuzzy-pso.................. 674-7-2 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات684-8 سیستم در حضور کنترل کنندهFuzzy-pso.......... 69فصل پنجم: جمعبندی نهایی ، پیشنهادات و منابع5-1 جمعبندی نهایی............................. 735-2 پیشنهادات................................ 745-3 منابع..................................... 75فهرست جداولعنوان صفحه جدول (2-1) تنظیم ضرایب کنترل کننده کلاسیک با استفاده از روش زیگلرنیکولز.................................. 32جدول(2-2) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی...... 36جدول (3-1) مقادیر مورد استفاده در شبکه دو ناحیهای پیشنهادی 55جدول(4-1) بهره کنترل کننده PIDناحیه اول....... 61جدول(4-2) بهره کنترل کننده PIDناحیه دوم ...... 61جدول(4-3) بهره کنترل کننده فازی ناحیه اول.... 62جدول(4-4) بهره کنترل کننده فازی ناحیه دوم.... 62جدول(4-5) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی ..... 64جدول(4-6) اختصارات پایگاه قواعد کنترل کننده فازی65جدول(4-7) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه اول68جدول(4-8) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه دوم68جدول(4-9) پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات 69 فهرست شکل هاعنوان صفحه شکل(2-1) نیروگاه بادی منجیل ................. 14شكل (2-2) انرژی ساطع شده از خورشید.......... 17شكل (2-3) نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا18شکل (2-4) نمونهای از یک شبکه ترکیبی ......... 22شکل (2-5) سد بتنی کارون 4 .................... 23شکل (2-6) تابع کنترلی کنترلکنندهTCPS........ 26شکل (2-7) واحد خازنی ذخیره انرژی............. 27شکل (2-8) شبکه ایزوله با کنترلکننده PI ....... 28شکل (2-9) مدل کنترل فرکانسی ریز شبکه ........ 28شکل (2-10) نمایش بلوکی استفاده از کنترل کننده فازی به صورت مستقیم....................................... 33شکل (2-11) دیاگرام بلوکی ساختار کنترل کننده فازی34شکل (2-12) گروهی از ماهیها که خطر شکارچی را پشت سر میگذارند 38شکل (2-13)چند مثال از الگوههای موجود در طبیعت39شکل (2-14) مراحل الگوریتم بهینهسازی انبوه ذرات43شکل (3-1) بلوک دیاگرام شبکه پیشنهادی......... 49شکل (3-2)) مدل دینامیکی یک نیروگاه حرارتی.. 50شکل (3-3)مدل دینامیکی یک واحد آبی........... 51شکل (3-4)مدل دیزل و گاورنر توسط معادله خطی مرتبه اول 51شکل (3-5) مدل استاندارد دیزل ژنراتور و سرعت گاورنر 51شکل (3-6) توان خروجی ژنراتور توربین بادی..... 53شکل (3-7) تابه انتقال ژنراتور توربین بادی.... 53شکل (3-8) مدل طراحی شده توربین بادی.......... 53شکل (3-9) مدل دینامیکی واحد خورشیدی.......... 54شکل (4-1) ساختار شبکه پیشنهادی............... 57شکل (4-2) تغییرات بار مصرفی در شبکه.......... 58شکل (4-3) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده PID59شکل (4-4) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده PID59شکل (4-5) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID(روش سعی و خطا)......................................... 60شکل (4-6) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID(روش زیگلرنیکولز)................................. 60شکل (4-7) ساختار کنترل کننده فازی............. 62شکل (4-8)تابع عضویت ورودی اول................. 63شکل (4-9) تابع عضویت ورودی دوم................ 63شکل (4-10) تابع عضویت خروجی کنترل کننده فازی.. 64شکل (4-11) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده فازی 65شکل (4-12) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده فازی 65شکل (4-13) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکننده فازی66شکل(4-14) انحراف فرکانسT-line شبکه در حضور کنترلکننده فازیو کلاسیک به صورت مجزا.................. 66شکل(4-15)بلوک دیاگرام سیستم کنترلی Fuzzy-PSO..... 67شکل(4-16) انحراف فرکانس ناحیه اول در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 69شکل(4-17) انحراف فرکانس ناحیه دوم در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 70شکل(4-18) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 70شکل(4-19) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور سه کنترلکننده Fuzzy, Fuzzy-PSO , PIDبه صورت مجزا......................... 71 فصل اولمقدمهوکلیاتتحقیق1-1 مقدمهپیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانیهای مربوط به بیشینه شدن مصرف سوختهای فسیلی باعث برانگیخته شدن تحقیقاتی راجع به انواع مختلف منابع انرژی جایگزین شده است. انرژی الکتریکی در زندگی روزمره ما رایج ترین نوع انرژی است ولی تولید آن اغلب از طریق سوزاندن سوختهای فسیلیحاصل میآید که این ذخایر سوختی محدودیتهای بسیاریدارد. این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژیهای تولید توان تجدید پذیر از قبیل باد، خورشید و ...جلب شود. در این میان استفاده از باد یکی از بهترین راههای تولید انرژی است. باد میتواند در مناطق دور دست از سیستم تامین انرژی متمرکز، به عنوان یک مکمل و یا حتی جایگزین نیروگاههای مرکزی مرسوم مورد استفاده قرار بگیرد[3]. تولید توان باد مشخصات خاص خودش را دارد که متفاوت از سیستمهای تولید موجود است. یک نیروگاه بادی ممکن است در یک لحظه به طور کامل یک بار را تامین کند ولی چند ثانیه بعد کمبود توان قابل توجهی داشته باشد. بنابراین، تولید توان در سیستمهای قدرت دارای عدم قطعیت میباشد، که به طور پیوسته در حال تغییر بوده و پیشبینی آن سخت است [6-4].از آنجایی که توان باد به طور نامنظم تغییر میکند لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو یک نیاز به ترکیب منابع، مانند باد و فتوولتائیک احساس میشود. سیستم باد- فتو ولتائیک یکی از سیستمهای توان هیبرید است که بیش از یک منبع انرژی استفاده مینماید. سیستم توان هیبرید ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدید پذیر باشند [8-7]. سیستم هیبرید باد- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم نمینماید، زیرا فتوولتائیک در برابر تغییرات سرعت باد و کمبود توان همواره به عنوان یک پشتیبان عمل میکند از طرفی چون خورشید در شب یا روزهای ابری وجود ندارد این پشتیبانی با مشکل مواجه میشود. لذا حس میشود که انرژی فتوولتائیک به تنهایی جهت پشتیبانی سیستم کافی نیست[10-9].لذا شبکهای با واحدهای متشکل از سوختهای فسیلی با این شبکه اتصال داده شده است.
کاهش انحراف فرکانس یک ریزشبکه متصل به شبکه اصلی با استفاده از منطق فازی و الگوریتم PSO
فهرست مطالبفصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق1-1 مقدمه............... 21-2 اهداف پایان نامه............. 31-3 ساختار پایان نامه ......................... 4فصل دوم:پیشینهتحقیق2-1 مقدمه...................................... 62-2 تولید پراکنده ............................. 62-2-1تعریف تولید پراکنده....................... 62-2-2 انواع تولیدات پراکنده..................... 62-2-3 مزایای تولیدات پراکنده .................. 72-2-4 بهرهبرداری از واحدهای تولید پراکنده ...... 82-2-5 مشارکت منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع82-3 سیستمهای مستقل و وابسته.................... 92-3-1 سیستم متصل به شبکه....................... 102-3-2 مفهوم ناحیه کنترلی در سیستم قدرت......... 102-4 سیستم ترکیبی(هیبریدی)..................... 102-4-1 مزایای ریز شبکهها و چالشهای سیستمهای ترکیبی122-5 انرژیهای تجدیدپذیر....................... 122-5-1 انرژی باد............................... 132-5-1-1 مزایای بهره برداری از انرژی بادی....... 142-5-1-2 توربینهای بادی متصل به شبکه ........... 152-5-1-3 توربین بادی منفرد متصل به شبکه......... 152-5-1-4 توربین بادی یا مزارع بادی متصل به شبکه162-5-2 انرژی خورشیدی........................... 162-5-2-1 فتوولتائیک............................. 172-5-2-2 کاربرد سلولهای فتوولتائیک.............. 182-5-2-3 مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک192-5-2-4 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه..... 202-6 سیستمهای ترکیبی در شبکه قدرت.............. 202-7 نیروگاه آبی............................... 222-7-1 مزایای نیروگاه آبی...................... 232-7-2 معایب نیروگاه آبی....................... 232-8 نیروگاههای دیزلی.......................... 242-9 کنترل فرکانس شبکه......................... 252-9-1 اهداف کنترل فرکانس شبکه................. 252-10کنترل کنندهها.............................. 292-11 کنترل کلاسیک.............................. 292-11-1 زمان صعود............................... 292-11-2 زمان نشست............................... 292-11-3 بیشترین فراجهش.......................... 302-11-4 انتگرال قدر مطلق خطا.................... 302-12 تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID با روش زیگلرنیکلز 312-13 سیستمهایFuzzy.............................. 322-14 طراحی کنترل کنندههای فازی................ 332-15 ساختار یک کنترل کننده فازی............... 332-15-1 پیش پردازنده............................ 342-15-2 فازی کننده.............................. 342-15-3 پایگاه قواعد............................ 342-15-4 موتور استنتاج........................... 342-15-5 غیر فازی ساز............................ 352-15-6 پس پردازنده............................. 352-16 الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات........... 372-17 تاریخچه الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات... 392-18 هوش جمعی................................. 402-19 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات432-20 الگو بهینه محلی و بهینه سراسری........... 46فصل سوم: ساختار شبکه3-1 ساختار شبکه پیشنهادی...................... 493-1-1 مدل تولید واحد بخار..................... 503-1-2 مدل تولید واحد هیدرو.................... 503-1-3 مدل دیزل ژنراتور........................ 513-1-4 مدل تولید ژنراتور توربین بادی........... 523-1-5 مدل تولید توان فتوولتائیک............... 543-2 مدل و روش کنترلی پیشنهادی................. 54فصل چهارم: نتایج شبیهسازی4-1 مقدمه..................................... 574-2 ساختار شبکه............................... 574-3 سیستم با کنترل کننده PID................... 594-4 بهره کنترل کننده کلاسیک.................... 604-5 مقایسه نتایج کنترل کننده کلاسیک با کنترل کننده فازی 614-5-1 ساختار کنترل کننده فازی................. 614-5-2 بهره کنترل کننده فازی................... 624-5-3 بخش فازی ساز............................ 624-5-4 پایگاه قواعد کنترل کننده فازی........... 644-6 سیستم با کنترل کننده فازی................. 654-7 ساختار کنترل کننده Fuzzy-pso................. 674-7-1 بهره کنترل کننده Fuzzy-pso.................. 674-7-2 پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات684-8 سیستم در حضور کنترل کنندهFuzzy-pso.......... 69فصل پنجم: جمعبندی نهایی ، پیشنهادات و منابع5-1 جمعبندی نهایی............................. 735-2 پیشنهادات................................ 745-3 منابع..................................... 75فهرست جداولعنوان صفحه جدول (2-1) تنظیم ضرایب کنترل کننده کلاسیک با استفاده از روش زیگلرنیکولز.................................. 32جدول(2-2) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی...... 36جدول (3-1) مقادیر مورد استفاده در شبکه دو ناحیهای پیشنهادی 55جدول(4-1) بهره کنترل کننده PIDناحیه اول....... 61جدول(4-2) بهره کنترل کننده PIDناحیه دوم ...... 61جدول(4-3) بهره کنترل کننده فازی ناحیه اول.... 62جدول(4-4) بهره کنترل کننده فازی ناحیه دوم.... 62جدول(4-5) پایگاه قواعد کنترل کننده فازی ..... 64جدول(4-6) اختصارات پایگاه قواعد کنترل کننده فازی65جدول(4-7) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه اول68جدول(4-8) بهره کنترل کننده Fuzzy,Fuzzy-pso ناحیه دوم68جدول(4-9) پارامترهای الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات 69 فهرست شکل هاعنوان صفحه شکل(2-1) نیروگاه بادی منجیل ................. 14شكل (2-2) انرژی ساطع شده از خورشید.......... 17شكل (2-3) نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا18شکل (2-4) نمونهای از یک شبکه ترکیبی ......... 22شکل (2-5) سد بتنی کارون 4 .................... 23شکل (2-6) تابع کنترلی کنترلکنندهTCPS........ 26شکل (2-7) واحد خازنی ذخیره انرژی............. 27شکل (2-8) شبکه ایزوله با کنترلکننده PI ....... 28شکل (2-9) مدل کنترل فرکانسی ریز شبکه ........ 28شکل (2-10) نمایش بلوکی استفاده از کنترل کننده فازی به صورت مستقیم....................................... 33شکل (2-11) دیاگرام بلوکی ساختار کنترل کننده فازی34شکل (2-12) گروهی از ماهیها که خطر شکارچی را پشت سر میگذارند 38شکل (2-13)چند مثال از الگوههای موجود در طبیعت39شکل (2-14) مراحل الگوریتم بهینهسازی انبوه ذرات43شکل (3-1) بلوک دیاگرام شبکه پیشنهادی......... 49شکل (3-2)) مدل دینامیکی یک نیروگاه حرارتی.. 50شکل (3-3)مدل دینامیکی یک واحد آبی........... 51شکل (3-4)مدل دیزل و گاورنر توسط معادله خطی مرتبه اول 51شکل (3-5) مدل استاندارد دیزل ژنراتور و سرعت گاورنر 51شکل (3-6) توان خروجی ژنراتور توربین بادی..... 53شکل (3-7) تابه انتقال ژنراتور توربین بادی.... 53شکل (3-8) مدل طراحی شده توربین بادی.......... 53شکل (3-9) مدل دینامیکی واحد خورشیدی.......... 54شکل (4-1) ساختار شبکه پیشنهادی............... 57شکل (4-2) تغییرات بار مصرفی در شبکه.......... 58شکل (4-3) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده PID59شکل (4-4) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده PID59شکل (4-5) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID(روش سعی و خطا)......................................... 60شکل (4-6) انحراف فرکانسT-Line شبکه با کنترل کننده PID(روش زیگلرنیکولز)................................. 60شکل (4-7) ساختار کنترل کننده فازی............. 62شکل (4-8)تابع عضویت ورودی اول................. 63شکل (4-9) تابع عضویت ورودی دوم................ 63شکل (4-10) تابع عضویت خروجی کنترل کننده فازی.. 64شکل (4-11) انحراف فرکانس ناحیه اول با کنترل کننده فازی 65شکل (4-12) انحراف فرکانس ناحیه دوم با کنترل کننده فازی 65شکل (4-13) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکننده فازی66شکل(4-14) انحراف فرکانسT-line شبکه در حضور کنترلکننده فازیو کلاسیک به صورت مجزا.................. 66شکل(4-15)بلوک دیاگرام سیستم کنترلی Fuzzy-PSO..... 67شکل(4-16) انحراف فرکانس ناحیه اول در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 69شکل(4-17) انحراف فرکانس ناحیه دوم در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 70شکل(4-18) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور کنترلکنندهFuzzy-PSO 70شکل(4-19) انحراف فرکانسT-Line شبکه در حضور سه کنترلکننده Fuzzy, Fuzzy-PSO , PIDبه صورت مجزا......................... 71 فصل اولمقدمهوکلیاتتحقیق1-1 مقدمهپیامدهای محیطی، کمبود انرژی و نگرانیهای مربوط به بیشینه شدن مصرف سوختهای فسیلی باعث برانگیخته شدن تحقیقاتی راجع به انواع مختلف منابع انرژی جایگزین شده است. انرژی الکتریکی در زندگی روزمره ما رایج ترین نوع انرژی است ولی تولید آن اغلب از طریق سوزاندن سوختهای فسیلیحاصل میآید که این ذخایر سوختی محدودیتهای بسیاریدارد. این محدودیتها سبب شده تا تمایلات جدید به سمت تکنولوژیهای تولید توان تجدید پذیر از قبیل باد، خورشید و ...جلب شود. در این میان استفاده از باد یکی از بهترین راههای تولید انرژی است. باد میتواند در مناطق دور دست از سیستم تامین انرژی متمرکز، به عنوان یک مکمل و یا حتی جایگزین نیروگاههای مرکزی مرسوم مورد استفاده قرار بگیرد[3]. تولید توان باد مشخصات خاص خودش را دارد که متفاوت از سیستمهای تولید موجود است. یک نیروگاه بادی ممکن است در یک لحظه به طور کامل یک بار را تامین کند ولی چند ثانیه بعد کمبود توان قابل توجهی داشته باشد. بنابراین، تولید توان در سیستمهای قدرت دارای عدم قطعیت میباشد، که به طور پیوسته در حال تغییر بوده و پیشبینی آن سخت است [6-4].از آنجایی که توان باد به طور نامنظم تغییر میکند لذا لازم است یک منبع توان آماده به کار برای تامین تقاضای بار وجود داشته باشد. از این رو یک نیاز به ترکیب منابع، مانند باد و فتوولتائیک احساس میشود. سیستم باد- فتو ولتائیک یکی از سیستمهای توان هیبرید است که بیش از یک منبع انرژی استفاده مینماید. سیستم توان هیبرید ترکیبی از دو یا چند منبع توان الکتریکی است که حداقل یکی از آنها از نوع تجدید پذیر باشند [8-7]. سیستم هیبرید باد- فتوولتائیک قابلیت اطمینان کاملی را فراهم نمینماید، زیرا فتوولتائیک در برابر تغییرات سرعت باد و کمبود توان همواره به عنوان یک پشتیبان عمل میکند از طرفی چون خورشید در شب یا روزهای ابری وجود ندارد این پشتیبانی با مشکل مواجه میشود. لذا حس میشود که انرژی فتوولتائیک به تنهایی جهت پشتیبانی سیستم کافی نیست[10-9].لذا شبکهای با واحدهای متشکل از سوختهای فسیلی با این شبکه اتصال داده شده است.