با عنوان : طراحی و شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

 دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دامغان

دانشکده مهندسی برق

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق قدرت -گرایش الکترونیک قدرت

عنوان

طراحی و شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری

استاد راهنما

دکتر عبدالحسین طحانی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….. 1

1-2- مفهوم حالت شارژ ……………………………………………………………………………………………………… 3

1-3- برسی روشهای تخمین حالت شارژ باتری………………………………………………………………………. 4

1-3-1- اندازه‌گيري حالت شارژ از طريق ويژگيهاي فيزيكي الكتروليت………………………………… 4

1-3-2- ولتاژ مدار باز…………………………………………………………………………………………………… 5

1-3-3- شمارش آمپر ساعت………………………………………………………………………………………… 6

1-3-4- تخمين با بهره گیری از منطق فازي…………………………………………………………………………… 7

1-3-5- شبكه هاي عصبي مصنوعي………………………………………………………………………………… 8

1-3-6- تخمين با بهره گیری از فيلتر کالمن …………………………………………………………………………. 9

1-4 -کنترل حالت شارژ………………………………………………………………………………………………….. 9

فصل دوم: منابع تولید پراکنده……………………………………………………………………………….. 11

2-1- بحران انرژی در جهان……………………. ……………………………………………………………………….. 11

2-2- منابع تولید پراکنده…………………… ………………………………………………………………………………. 12

2-3- فناوریهای تولید پراکنده………………….. ………………………………………………………………………… 13

2-4- انرژي باد و نیروگاه بادی- سلول های خورشیدی و مطالعه سیستم های فتوولتائیک(PV) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14

2-4-1- انرژي باد و نیروگاه بادی………. ………………………………………………………………………. 14

2-4-2- تار يخچه بهره گیری از انرژي باد….. ……………………………………………………………………… 15

2-4-3- مزاياي نيروگاههای بادی………….. ……………………………………………………………………. 16

2-5- توربين بادي…………………… ……………………………………………………………………………………… 19

2-5-1- كاربرد توربينهاي بادي………………. ………………………………………………………………….. 19

الف- كاربردهاي غيرنيروگاهي …………………….. ……………………………………………………………… 19

ب – كاربردهاي نيروگاهي…………………. ………………………………………………………………………… 19

2-5-2- انواع توربينهاي بادي………………………………………………………………………………………. 20

2-5-2-1- تقسيم بندي از حيث اندازه…………………………………………………………………………… 20

  1. توربین های کوچک (small)………………….. ……………………………………………………………. 20
  2. توربین های متوسط (medium)……….. ………………………………………………………………….. 20
  3. توربين هاي بزرگ (large) ……. ………………………………………………………………………………20

2-5-3- بادها و توربينهاي بادي………. …………………………………………………………………………. 21

2-5-4 – انرژي دريافتي از توربين…………… …………………………………………………………………… 23

2-2-5- توان پتانسيل توربين………………… …………………………………………………………………….. 23

2-5-6- ضريب يکپارچگي……………………….. ………………………………………………………………. 25

2-5-7- برآورد پتانسيل باد……………………… …………………………………………………………………. 26

2-5-8 – ارزيابي آماري داده هاي باد.. …………………………………………………………………………… 27

2-5-9- محاسبه انرژي سالانه خروجي يک توربين بادي…………………………………………………. 29

2-6- ژنراتور سنکرون  (Synchronous Generator)………………………………………………… 32

2-6-1 رتور در ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………………. 33

2-6-2 ساختمان و اساس کار………………………………………………………………………………………… 34

2-7- ژنراتورهای القایی یا آسنکرون……………………………………………………………………………. 35

2-7-1 مشخصه‌های الکتریکی……………………………………………………………………………………….. 36

2-7-2 مزایای ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. 37

2-7-3 معایب ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. 38

2-7-4 جریان هجومی در بهره‌برداری موازی…………………………………………………………………… 39

2-7-4 اتصال کوتاه سه‌فاز ناگهانی…………………………………………………………………………………. 40

2-7-5 اتصال کوتاه تک‌فاز……………………………………………………………………………………………. 40

2-7-6 پدیده خود تحریکی…………………………………………………………………………………………… 40

2-7-7 سیستم بهره‌برداری و کنترل………………………………………………………………………………… 41

2-7-8 راه‌اندازی………………………………………………………………………………………………………….. 41

2-7-9 بهره‌برداری موازی……………………………………………………………………………………………… 42

2-7-10 بارگذاری……………………………………………………………………………………………………….. 42

2-7-11 توقف آهسته…………………………………………………………………………………………………… 42

2-7-12 از کار افتادن (SHUT DOWN) ………………………………………………………………….. 42

2-7-13 توان اکتیو……………………………………………………………………………………………………….. 43

2-7-14 نیاز به بانک خازنی………………………………………………………………………………………….. 44

2-7-15 اتصال به شبکه و یا منفرد…………………………………………………………………………………. 44

2-8- سلول های خورشیدی و مطالعه سیستم های فتوولتائیک(PV)…. ……………………………. 46

2-9- سلول خورشیدی……………………… …………………………………………………………………………….. 48

2-9-1- انواع سلول­های خورشیدی………………. ……………………………………………………………. 48

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

2-9-2- ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی……………………………………………………………… 49

2-10- پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………………… 54

2-11- نحوه ساخت پنل خورشیدی211 واتی………………………………………………………………………. 55

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

2-12- روش­های تولید انرژی خورشیدی …………….. …………………………………………………………… 56

2-13- سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic)………………………………………………………………………. 57

2-13-1- مزایاي نظریه نيروگاههاي سلول خورشیدی………… ………………………………………….. 65

2-13-2- معایب نظریه نيروگاههاي سلول خورشیدی…… ……………………………………………….. 65

فصل سوم: باتری شارژرها…………………….. …………………………………………………………………. 66

3-1- مبانی سیستم باتری……………. ……………………………………………………………………………………. 66

3-1-1- سیستم های باتری………………… ………………………………………………………………………. 66

3-1-2- سلول سرب- اسیدی………. ……………………………………………………………………………. 66

3-1-3- مشخصه ی تخلیه………………. ………………………………………………………………………… 67

3-1-4- ملزومات شارژر………………. …………………………………………………………………………… 68

3-2- باتری شارژرها…………. ……………………………………………………………………………………………… 69

3-2-1- حالت زیرشارژ…………………….. ……………………………………………………………………….. 71

3-2-2- حالت فوق شارژ………. …………………………………………………………………………………… 72

3-2-3- شارژ سریع…………. ……………………………………………………………………………………….. 72

3-3- ایمنی……………………………… ……………………………………………………………………………………… 73

3-3-1- روش زمین کردن باتریهای 110 ولتی…………. ……………………………………………………. 73

3-3-2- زمین کردن سیستم باتری 48ولت………………. ……………………………………………………. 74

3-3-3- سیستم نشان دهنده آلارم باتری…… …………………………………………………………………… 74

3-4- سلولهای ترکیب مجدد……………………… ……………………………………………………………………… 75

3-5- راه اندازی باتریها ……………………. ……………………………………………………………………………… 77

3-5-1- راه اندازی باتریهای پلانته (سرب- اسیدی)….. …………………………………………………… 77

3-5-1-1- آزمایشهای باتری شارژر…………….. ……………………………………………………………… 77

3-5-1-2- آزمایش های تخلیه (دشارژ) باتری.. ……………………………………………………………… 79

3-5-1-3- رله اتصال زمین…………… ……………………………………………………………………………. 79

3-5-2- راه اندازی باتریهای آب بندی شده……….. ………………………………………………………….. 80

3-6- تأثیر شارژرها در پست­های برق…………………………………………………………………………………. 80

3-7- اصول کار شارژر………….. …………………………………………………………………………………………. 82

3-7-1- حالت شارژ نگهداری ……… …………………………………………………………………………….. 85

3-7-2- حالت شارژ سریع……………. ……………………………………………………………………………. 85

3-7-3- حالت شارژ اولیه…………………………………………………………………………………………….. 86

فصل چهارم: مدل­سازی دینامیکی سلول خورشیدی و توربین بادی…………………… 88

4-1 – سلول فتوولتاییک …….. ……………………………………………………………………………………………. 88

4-2 – مدل توربین بادی …….. ……………………………………………………………………………………………. 93

4-3 مدل باد و مدل شبكه مصرفي…………………………………………………………………………….. 101

فصل پنجم: نتایج شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری ……………………………………………………………………………………………………………………………. 108

نتیجه گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………………………….. 129

مراجع …………………………………………………………………………………………………………………….133

چکیده:

در این پایان نامه، در فایل شبیه سازی از مدل­های واقعی سیستم فتوولتاییک، توربین بادی و ژنراتور سنکرون که از طریق یک خط انتقال 63 کیلو ولت و یک ترانسفورماتور کاهنده 20/63 کیلو ولت و یک بریکیر سه فاز به بار متصل شده بهره گیری گردید. و به مقصود ذخیره بخشی از انرژی الکتریکی تولید شده در سیستم فتوولتاییک از یک باتری شارژر نیز بهره گیری گردید. این باتری شارژر در شرایطی که تولید توان الکتریکی از طریق سایر منابع تولید توان الکتریکی با کاهش مواجه گردد می تواند با تزریق توان ذخیره شده به شبکه انرژی الکتریکی مورد نیاز بار سیستم را تامین نماید. سلول فتوولتاییک بهره گیری شده سیستمی غیرخطی می­باشد که بصورت یک منبع جریان موازی با دیود مدل می­گردد. با در نظر داشتن پایین بودن ولتاژ خروجی سیستم فتوولتاییک، جهت کاربرد در سیستم توزیع الکتریکی لازم می باشد از یک مبدل boost (افزاینده ولتاژ) در خروجی این سیستم بهره گیری گردد تا ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب برسد. الگوریتم بهره گیری شده در سیستم سلول خورشیدی الگوریتم P&Oمی باشد.

در این پروژه سرعت ثابت توربین بادی بر روی ژنراتور القایی مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. سرعت توربین بادی پس از عبور از یک بهره تناسبی وارد تابع محاسبه کننده سرعت توربین بادی می گردد. این تابع یک تابع غیر خطی می باشد که سیگنال خروجی این تابع، به عنوان توان خروجی توربین بادی در نظر گرفته می گردد. در ضمن توان مکانیکی ورودی توربین بادی پس از مقایسه با مقدار مرجع سیگنال کنترل تیغه پره توربین را تولید می کند که وارد کنترل کننده PI می گردد. سیگنال خروجی کنترل کننده وارد بلوک محاسبه گر ضریب قدرت شده و پس از ضرب شدن در سیگنال توان مکانیکی، سیگنال توان خروجی توربین بادی را تولید می کند که به همراه توان خروجی سیستم فتوولتاییک جهت تامین بار سیستم توزیع تولید می گردد.

کلمات کلیدی: سیستم فتوولتاییک، باتری شارژر، توربین بادی، کنترل کننده

فصل اول

 مقدمه

کنترل شارژر دستگاهی می باشد که مابین پنل خورشیدی و باتری قرار می گیرد. وظیفه آن در سیستم های خورشیدی بسیار حیاتی و مهم می باشد زیرا طول عمر باتری سیستم که تقریبا 30 درصد از کل هزینه را به خود اختصاص می دهد، بطور مستقیم به آن وابسته می باشد. چنانچه باتری بیش از حد شارژ گردد و یا اینکه بیشتر از حد ممکن تخلیه گردد، آسیب جدی خواهد دید از این جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده می گردد که در صورت شارژ یا دشارژ بیش از حد، باتری را محافظت نماید. شارژ کنترلرها بر مبنای این‌که تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می شوند. استانداردهای بین‌المللی شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ۲۵% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند. این موضوع باعث می-گردد که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد. جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند. انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز، امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی را تحمیل نماید. کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید. جریان معکوس، مقدار جریانی می باشد که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.

همچنین امروزه نياز به بهينه‌سازي مصرف انرژی بدون به‌وجود آوردن مشكلات جديد براي مصرف کنندگان امريست ضروري، که در عين حال بايد قابليت اطمينان بالایی هم داشته باشد. بنابراين امروزه بهره گیری از سيستم هيبريد گريزناپذير می باشد، که منجر به بهره گیری از مصرف كننده هاي الكتريكي بيشتر و قوي‌تر مي‌گردد و در نتيجه انرژي الكتريكي مورد نياز مصرف کننده افزايش مي‌يابد.

ازاين روي، صنايع باتري‌سازي در صدد عرضه باتري‌هاي نو هستند، كه همگام با تغيير تدريجي ساختار الكتريكي منابع تجدیدپذیر باشد. اين درحالي می باشد که تأثیر باتري به عنوان يك وسيله محوري براي حفظ عملكرد مطلوب و افزايش قابليت اطمينان منابع تجدیدپذیر و مصرف کنندگان، كه قابل نظارت و مديريت نيز باشد، ارتقا يافته می باشد[1].

از طرفي اغلب باتري‌ها نسبت به فراشارژ (overcharge) و فرودشارژ (over discharge) شدن حساسيت دارند و موجب تخريب باتري و صدمه وارد کردن به آن مي‌گردد. علاوه بر آن در فرآيندهاي شارژ سريع، مطلوب می باشد كه باتري با بهره گیری از روشهاي شارژ معمول كه اکثراً با بهره گیری از جريانهاي بالا انجام مي‌گيرد، در كوتاهترين زمان ممكن به حالت شارژ كامل برسد در عين حال كه از ورود به ناحيه فراشارژ، جلوگيري گردد[3,2].

بنابراين عملكرد مطلوب باتري به تخمين حالت شارژ(‌‌SOC) و کنترل مناسب آن بستگي دارد. لذا ضروري می باشد كه با اندازه‌گيري و تخمين آن، شرايط را براي عملكرد مناسب باتري و نيز دستگاه‌هاي الكتريكي، از طريق مديريت باتري در فراهم آورد. نظارت بر باتري سبب مي‌‌‌گردد كه بتوان از تمام توانايي باتري به بهترين شكل براي تأمين انرژي وسايلي كه وابستگي بالايي به انرژي الكتريكي دارند بهره گیری نمود‌[3,1]. از آنجا که موضوع اصلي پايان‌نامه درمورد شارژ باتري و کنترل آن در سطح مشخصي می باشد، در ادامه به ارائه تعريفي از حالت شارژ مي‌پردازيم.

1-2 مفهوم حالت شارژ

حال كه ضرورت آگاهي از حالت شارژ (SOC[1]) باتري بيان گرديد بايد تعريف دقيقي از آن بيان نمود. در نظر نخست مي‌توان گفت كه حالت شارژ به‌گونه ساده، درصد بار الكتريكي ذخيره شده حقيقي به كل باري می باشد كه مي توان در باتري ذخيره نمود. فرض كنيد يك باتري در اختيار داريم كه از قبل داراي مقداري انرژي می باشد و اکنون آن را با جريان شارژ(وارد به باتري) ، شارژ مي‌کنيم. در اين صورت مقدار بار تحويل داده شده به باتري برابر می باشد با و از طرفي اگر باتري کاملاً خالي از انرژي باشد در نتيجه برابر كل باري می باشد كه مي توان در باتري ذخيره نمود. در روابط فوق، راندمان باتري را نشان مي‌دهد که وابسته به جريان باتري می باشد، زيرا در هنگام شارژ مقداري از توان الکتريکي در باتري تلف مي‌گردد. براي جريان شارژ و براي جريان دشارژ می باشد. با بهره گیری از تعريف بالا، حالت شارژ با ارتباط زير تعريف مي گردد:

(1-1 )                                                         

که در آن حالت شارژ اوليه باتري، بار الکتريکي در لحظه و کل بار الکتريکي می باشد که مي‌توان در باتري ذخيره نمود. اما نکته قابل توجه، در دسترس نبودن حالت شارژ اوليه باتري در اغلب کاربردهايي می باشد که به‌گونه پيوسته از آن بهره مي‌گيرند. خاطر نشان می گردد که ارتباط(1-1) يکي از روشهاي مستقيم اندازه‌گيري حالت شارژ باتري در آزمايشگاه می باشد که در ادامه بررسي روشهاي تخمين حالت شارژ به‌گونه اجمالي معرفي خواهد گردید. شكل1-1 تفسير تصويري از حالت شارژ باتري را به‌عنوان يك تابع حالت يكنواخت، با چشم‌پوشي از اثر دما، دشارژ دروني و انتشار جريان الكتريكي، ارائه مي‌دهد. همان‌گونه كه در ادامه بيان مي‌گردد، روشهاي بسياري براي بدست آوردن حالت شارژ باتري، چه با بهره گیری از حسگرهاي ويژه و چه با بهره گیری از الگوريتمهاي كلاسيك و هوشمند، بكار رفته می باشد، كه هركدام داراي مزايا و معايبي می باشد كه به آن تصریح خواهد گردید[1,2,3,4].

شكل1-1: تفسير تصويري از ظرفيت و حالت شارژ باتري

1-3 بررسي روشهاي تخمين حالت شارژ باتري

مشخص كردن حالت شارژ باتري(SOC) بر اساس پيچيدگي يا سادگي نوع باتري و كاربردي كه در آن بهره گیری مي‌گردد، مي‌تواند مسأله‌اي اساسي باشد. در زير به بررسي اجمالي روشهاي بكار رفته براي تخمين حالت شارژ باتري‌ها مي‌پردازيم.

1-3-1 اندازه‌گيري حالت شارژ از طريق ويژگيهاي فيزيكي الكتروليت

در اغـلب باتري‌هاي داراي الکترولـيت مايع، مانند: انواع سربي اسيدي، الكتروليت در بيـشتر واكنشهاي هنگام شارژ و دشارژ شركت مي‌كند. وابستگي خطي(بيشتر در مورد انواع سربي اسيدي) كه بين تغيير چگالي اسيد و حالت شارژ باتري هست، براي تعيين حالت شارژ باتري بكار مي‌رود. اين روش تنها براي باتريهاي داراي الكتروليت مايع کاربرد دارد و براي اندازه‌گيري چگالي اسيد، با بهره گیری از حسگرهاي ويژه، قابل انجام می باشد.

مشكلات ناشي از اين روش اندازه‌گيري، مربوط به لايه لايه شدن اسيد، كاهش آب اسيد، و همچنين عمر و توانايي سنسور مورد بهره گیری مي‌باشد. دو مشكل نخست با بهره گیری از هم زدن الكتروليت داخلي و نيز اضافه كردن آب مورد نياز به‌صورت خودكار مي‌تواند تا حدودي برطرف گردد. از طرف ديگر در نظر داشتن اين نكته اهميت دارد كه اندازه‌گيري خواص فيزيكي اسيد، درون سوراخ و منفذ الكترودها، كه محل مصرف و توليد اسيد می باشد قابل انجام نيست. بنابراين در فرآيندهايي كه جريان بالا هست، انتشار الكتروليت به‌صورت آرام به عنوان يك عامل توليد خطا در اين روش اقدام مي‌نمايد[4].

1-3-2 ولتاژ مدار باز

مشابه آن چیز که كه در مورد اندازه‌گيري چگالي اسيد در بخش قبل گفته گردید، ولتاژ مدار باز باتري به‌صورت مستقيم با حالت شارژ آن بستگي دارد. در كاربردهايي كه عموماً دوره‌هاي طولاني از استراحت، يعني عدم شارژ و دشارژ باتري هست، روش ذكر شده پيشنهاد مي‌گردد. در اين‌صورت اندازه‌گيري ولتاژ مدار باز بيشتر براي تنظيم كردن روشهاي ديگر تخمين حالت شارژ بكار مي‌رود.

تفاوت بين ولتاژ مدار باز باتري هنگامي كه به‌گونه كامل شارژ باشد، با هنگامي كه فرا‌شارژ شده باشد، ناچيز می باشد و درنتيجه در هنگام فراشارژ، آزمون دچار خطا مي‌گردد. همچنين باتري‌هايي وجود دارند که ساعتهاي زيادي طول مي‌كشد به حالت ماندگار خود برسند، تا براي انجام آزمون ولتاژ مدار باز آماده شوند. اين ويژگي مي‌تواند باعث مشكلاتي گردد. علاوه بر آن، در اغـلـب كاربردها مقـداري جـريان به‌گونه دائم بـراي ديگر وسايـل الكتريكي مـورد استفـاده لازم اسـت، كه در اين صورت آزمايش ولتاژ مدار باز براي تخمين حالت شارژ کارا نمي‌باشد.

وابستگي خطي حالت شارژ با ولتاژ مدار باز به‌صورت ارتباط زير نشان داده مي‌گردد:

(1-2)                                                                                      

كه در آن نشان دهنده حالت شارژ باتري برحسب درصد می باشد، ولتاژ پايانه باتري هنگامي كه می باشد و با بهره گیری از و اندازه گيري ولتاژ مدار باز در از معادله   (1-2) قابل محاسبه می باشد. از ارتباط(1-2) براي محاسبه حالت شارژ با بهره گیری از تخمين ولتاژ مدار باز باتري با مدل تونن يا نورتن، در روشهاي كلاسيك تخمين مانند: فيلتر كالمن بهره گیری مي‌گردد، كه در قسمت بعد به اين روش مي‌پردازيم[4].

تعداد صفحه :153

قیمت : چهارده هزار و هفتصد تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :       ———- (فقط پيامک)       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  ***