معادلسازی توربین بخار
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : مقدمه 4
فصل دوم : مروری بر کارهای انجام شده 16
1 1-2 ) انواع توربین بادی 7
2-2 ) خصوصیات استاتیکی 17
3-2 ) اجزای نیروگاه بادی 19
1 4-2 ) انواع مختلف توربین های سرعت متغیر 9
1 1-4-2 ) ژنراتور های سنکرون 9
1 1-1-4-2 ) ژنراتورهای سنکرون با سیم پیچ میدان 9
2 2-1-4-2 ) ژنراتور های سنکرون مغناطیس دایم 1
2 2-4-2 ) ژنراتور القایی 2
1-2-4-2 ) ژنراتورالقایی از دو سو تغذیه 23
2 2-2-4-2 ) ژنراتورالقایی روتور قفسی 4
2 3-4-2 ) انواع دیگر 5
2 1-3-4-2 ) ژنراتور القایی ازدو سو تغذیه بدون جاروبک 6
2 2-3-4-2 ) ژنراتور القایی دو سرعته 7
2 5-2 ) انواع توپولوژی اتصال توربین های بادی در مزرعه 7
32 DFIG 6-2 ) سیستم های قدرت بادی مجهز به
3 فصل سوم : مدل سازی و کنترل 7
3 1-3 ) ژنراتور القایی از دو سو تغذیه 8
3 1-1-3 ) مدل ماشین 9
4 2-1-3 ) کنترل 2
51 STATCOM (2-3
54 STATCOM 1-2 ) مدل سازی وکنترل -3
59 crowbar (3-3
6 4-3 ) محدود کننده جریان خطا 0
1-4-3 )راکتور های محدود کننده جریان خطا 60
www.Prozhe.com
ب
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
62 Is limiter (2-4-3
6 3-4-3 ) محدود کننده جریان خطای حالت جامد 3
6 4-4-3 ) محدود کننده جریان خطا ابر رسانا 6
6 1-4-4-3 ) نوع مقاومتی 7
6 2-4-4-3 ) نوع سلفی 8
69 DC 3-4-4-3 ) نوع راکتور
فصل چهارم : شبیه سازی 73
1-4 ) عملکرد بی وقفه توربین بادی 74
7 2-4 ) سیستم قدرت نمونه 5
7 3-4 ) نتایج حاصل از شبیه سازی 6
7 1-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز بدون حفاظت مبدل سمت روتور 6
77 STATCOM 2-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از روش انسداد و
86 STATCOM و بدون FCL 3-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از
88 STATCOM و FCL 4-3-4 ) اتصال کوتاه سه فاز با استفاده از
فصل پنجم : نتیجهگیری و پیشنهادات 95
نتیجهگیری 96
پیشنهادات 97
9 پیوست ها 8
ضمیمه 99
1 0 منابع و ماخذ 0
فهرست منابع فارسی 100
فهرست منابع لاتین 100
10 چکیده انگلیسی 5
www.Prozhe.com
ج
فهرست جدول ها
عنوان شماره صفحه
1 : هزینه های مربوط به ساخت یک توربین بادی دو مگا واتی 8 -1
1 : ظرفیت نصب شده نیروگاه های بادی در چند کشورصنعتی 11 -2
1 : رشد اندازه توربین های بادی 12 -3
2 : شرکت های سازنده توربین های بادی 28 -1
2 : مقایسه بین انواع توپولوژی اتصال توربین بادی درمزرعه بادی 31 -2
در آمریکا 52 STATCOM 3 : نصب -1
www.Prozhe.com
د
فهرست نمودارها
عنوان شماره صفحه
1 : تغییرات سالیانه قیمت و نرخ تغییرات انرژی الکتریکی بادی 6 -1
1 : ظرفیت نیروگاه های بادی نصب شده درجهان 9 -2
1: ظرفیت نصب شده انواع نیروگاه های در اتحادیه اروپا در سال 9 2008 -3
www.Prozhe.com
ه
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
1 1-1 : اجزای اصلی سیستم توربین بادی 0
2-1 : برش پره توربین 17
1 2-2 : مدل سازی توربین بادی 8
2-3 : نمودار ضریب قدرت 18
1 2-4 : اجزای داخلی توربین بادی 9
2 2-5 : ژنراتور سنکرون با سیم پیچی میدان 0
2-6 : ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم 22
22 PWM با مبدل PMSG : 2-7
2 2-8 : ژنراتور القایی از دو سو تغذیه 3
2 2-9 : ژنراتور القایی ازدو سو تغذیه تمام کنترلی 4
2-10 : ژنراتور القایی روتور قفسی 25
26 BDFM 2-11 : نحوه اتصال
26 BDFM 2-12 : جزییات عملکرد
2 2-13 : انواع اتصال توربین بادی در مزارع بادی 9
3 در شبکه آلمان 3 LVRT 2-14 : منحنی
3 در شبکه ایرلند 3 LVRT 2-15 : منحنی
38 DFIG 3-1 : ساختار
3 3-2 : نحوه اتصال مبدل سمت روتور و شبکه به ژنراتور 9
www.Prozhe.com
و
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
41 DFIG 3-3 : مدارمعادل
44 RSC 3-4 : ساختار اصلی کنترل
45 GSC 3-5 : ساختاراصلی کنترل
4 3-6 : حلقه کنترل جریان مبدل سمت شبکه 7
48 DC 3-7 : حلقه کنترل ولتاژ اتصال
4 3-8 : طراحی حلقه کنترل جریان برای ثابت نگه داشتن فرکانس سوییچینگ 9
49 PWM 3-9 : حلقه کنترل جریان مبدل سمت روتور با در نظر گرفتن دینامیک
50 DFIG 3-10 : حلقه کنترل سرعت
53 SVC برای V-I 3-11 : شمای کلی و مشخصه
54 STATCOM برای V-I 3-12 : شمای کلی و مشخصه
55 STATCOM 3-13 : ساختارکنترل
5 3-14 : مدار مبدل منبع ولتاژ 6
5 3-15 : بلوک دیاگرام کنترلر جریان 8
59 crowbar 3-16 : مدار های
61 CLR 3-17 : برخی اتصالات متداول
61 Is limiter 3-18 : ساختار
3-19 : ساختارهای نمونه ای از محدود کننده جریان خطا جامد 64
6 3-20 : ساختار نمونه ای ازمحدود کننده جریان خطای جامد 5
www.Prozhe.com
ز
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
3-21 : مدار معادل محدود کننده رزونانسی سری موازی در زمان اتصال کوتاه 65
6 3-22 : ساختار دیگری ازمحدود کننده جریان خطای حالت جامد 6
6 3-23 : مدل یک سیم ابر رسانا در دماهاو جریان های مختلف 7
3-24 : تغییرات مقاومت ابر رسانا با تغییرات دما 67
6 3-25 : تغییرات مقاومت ابر رسانا با تغییرات چگالی جریان 7
6 3-26 : مدل مداری یک محدود کننده جریان خطای ابررسانای نوع سلفی 8
3-27 : تغییرات امپدانس محدودکننده با تغییرات چگالی جریان 68
3-28 : ساختار های مختلف محدود کننده جریان خطای ابر رسانای راکتور 69
6 در حالت سه فاز 9 DC 3-29 : محدود کننده جریان خطای ابر رسانا نوع راکتور
3-30 : محدود کننده بدون استفاده از ابر رسانا با مدار جبران کننده 71
مورد استفاده در مدار روتور 74 FCL 4-1 : ساختار
7 4-2 : سیستم قدرت نمونه 5
76 RSC 4-3 : جریان روتور طی اتصال کوتاه سه فاز بدون حفاظت
20 مگاواری 77 STATCOM 4-4 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواری 78 STATCOM 4-5 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواری 78 STATCOM 4-6 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
20 مگاواری 79 STATCOM 4-7 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
50 مگاواری 79 STATCOM 4-8 : جریان روتور با استفاده از
www.Prozhe.com
ح
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
50 مگاواری 80 STATCOM 4-9 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواری 80 STATCOM 4-10 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
50 مگاواری 81 STATCOM 4-11 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
70 مگاواری 81 STATCOM 4-12 : جریان روتور با استفاده از
70 مگاواری 82 STATCOM 4-13 : جریان روتور با استفاده از
70 مگاواری 82 STATCOM 4-14 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
70 مگاواری 83 STATCOM 4-15 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
100 مگاواری 83 STATCOM 4-16 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواری 84 STATCOM 4-17 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواری 84 STATCOM 4-18 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
100 مگاواری 85 STATCOM 4-19 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
85 STATCOM 4-20 : توان تزریقی
4-21 : جریان روتور 86
4-22 : جریان روتور 87
4-23 : ولتاژ شین توربین بادی 87
4-24 : ولتاژ شین توربین بادی درحالت بزرگ شده 88
20 مگاواری 89 STATCOM 4-25 : جریان روتور با استفاده از
www.Prozhe.com
ط
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
20 مگاواری 89 STATCOM 4-26 : جریان روتور با استفاده از
20 مگاواری 90 STATCOM 4-27 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
20 مگاواری 90 STATCOM 4-28 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
50 مگاواری 91 STATCOM 4-29 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواری 91 STATCOM 4-30 : جریان روتور با استفاده از
50 مگاواری 91 STATCOM 4-31 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
50 مگاواری 92 STATCOM 4-32 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
100 مگاواری 92 STATCOM 4-33 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواری 93 STATCOM 4-34 : جریان روتور با استفاده از
100 مگاواری 93 STATCOM 4-35 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
100 مگاواری 93 STATCOM 4-36 : ولتاژ شین توربین بادی با استفاده از
94 STATCOM 4-37 : توان تزریقی
www.Prozhe.com
١
چکیده :
ایراد اصلی توربین های بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه عملکرد آن ها در طی بروز اتصال
کوتاه در شبکه می باشد. در این پروژه یک روش جدید برای عملکرد بی وقفه توربین بادی مجهز به
ژنراتور القایی از دو سو تغذیه در طی بروز خطا در شبکه ارایه شده است. یک محدود کننده جریان خطا
به طور سری با مدار روتور قرار می گیرد، در طی بروز خطا محدود کننده جریان یک سلف بزرگ را وارد
مدار روتورمی کند تا از افزایش جریان در مدار روتور جلوگیری کند. هنگامی که خطا رفع شد سلف نیز از
برای تامین توان راکتیو مورد نیاز در حالت STATCOM مدار روتور خارج می شود. همچنین از یک
دائمی و درطی بروز خطا استفاده شده است. صحت و عملکرد روش با شبیه سازی سیستم قدرت نمونه
تایید می شود. PSCAD/EMTDC در محیط نرم افزار
www.Prozhe.com
٢
مقدمه :
امروزه انواع زیادی از سیستم های توربین بادی در بازار رقابت می کنند که آن ها را به دو گروه اصلی می
توان تقسیم کرد. گروه اول، توربین های بادی سرعت ثابت هستند که ژنراتور به طور مستقیم به شبکه
متصل شده است. در واقع هیچ گونه کنترل الکتریکی برای این سیستم وجود ن دارد.به علاوه تغییرات
سریع در میزان سرعت باد به سرعت روی بار القار می شود( به علت تغییرات توان). این تغییرات برای
توربین بادی که به سیستم قدرت متصل است خوشایند نیست و باعث ایجاد فشارهای مکانیکی روی
توربین می شود و عمر توربین را کم می کند و نیز از کیفیت توان می کاهد. در توربین بادی سرعت ثابت
فقط یک سرعت باد وجود دارد که توربین در آن سرعت بهینه کار می کند، از این رو توربین بادی سرعت
ثابت اغلب خارج از عملکرد بهینه خود کار می کند و به طور معمول ماکزیمم توان از باد گرفته نمی شود.
گروه دوم، توربین بادی سرعت متغیر هستند. در این نوع ژنراتور به طور مستقیم به شبکه متصل نمی
شود. نوع سرعت متغیر توربین بادی قابلیت کنترل سرعت روتور را فراهم می کند، این کار به ما اجازه
می دهد تا توربین بادی نزدیک نقطه بهینه خود کار کند. بیشتر توربین های بادی با بازه توان بیشتر از
1/5 مگا وات از نوع سرعت متغیرمی باشند. یکی از انواع توربین های سرعت متغیر، توربین های بادی
مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است. امروزه اکثر توربین های بادی به ژنراتور القایی از دو سو
تغذیه مجهز شده اند. . در این نوع، ژنراتور القایی روتور سیم پیچی از طریق استا تور به شبکه قدرت
فرکانس متغیر با توان نامی در حدود ac/dc/ac متصل می شود و روتور از طریق مبدل الکترونیک قدرت
30-25 درصد توان نامی ژنراتور به شبکه قدرت متصل می شود. مبدل الکترونیک قدرت شامل مبدل
به هم dc طرف روتور و مبدل طرف شبکه است که به طور پشت به پشت از طریق یک خازن اتصال
مجهز DFIG متصل شده اند. ایراد اصلی توربین های بادی سرعت متغیر به خصوص توربین هایی که به
اند، عملکرد آن ها در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه است. اتصال کوتاه روی سیستم قدرت حتی اگر از
محل توربین بادی دور باشد باعث ایجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربین بادی با شبکه قدرت می شود .
این امر باعث افزایش جریان در سیم پیچ استاتور می شود. به خاطر کوپل مغناطیسی بین استاتور وروتور،
www.Prozhe.com
٣
30 درصد - این جریان در مدار روتور و مبدل الکترونیک قدرت دیده می شود، چون ظرفیت مبدل 25
ظرفیت ژنراتور است این جریان منجر به آسیب دیدن مبدل می شود. تا پنج سال پیش، بیشتر اپراتور
های شبکه نیاز نداشتند تا توربین های بادی در هنگام اتصال کوتاه، شبکه را تغذیه کنند و هنگامی که
یک حالت غیر عادی در ولتاژ شبکه شناسایی می شد، آن ها را از شبکه جدا می کردند. با افزایش ظرفیت
انرژی بادی در سیستم قدرت در سال های اخیر و افزایش سهم آن ها در تامین توان در سیستم قدرت، از
دست دادن ناگهانی و بزرگ توربین های بادی در طی بروز اتصال کوتاه در شبکه می تواند باعث خاموشی
های وسیع و ناپایداری در سیستم قدرت شود. در این پروژه یک روش جدید برای عملکرد بی وقفه
توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه با استفاده از محدود کننده جریان خطا و
ارایه شده است. STATCOM
www.Prozhe.com
٤
فصل اول
مقدمه
www.Prozhe.com
٥
فصل اول : مقدمه
تاریخ استفاده از انرژی باد به دوران باستان بر می گردد، هنگامی که ازآن برای حرکت کشتی های
بادی در دریا استفاده می شده است. کاربرد بیشتر انرژی باد از ایران سرچشمه گرفته است، که از
آن برای آسیاب گندم استفاده می شده است. بعد از فتح ایران توسط اعراب، این تکنولوژی به
مناطق در اختیار اعراب و چین منتقل شد. در اروپا، توربین های بادی در قرن یازدهم میلادی
ساخته شد و بعد از دو قرن به یک وسیله بسیار مهم تبدیل شد. اولین ت وربین بادی برای تولید
انرژی الکتریکی توسط چارلز براش 1 که تحقیقات آن بر عهده لاکور دردانمارک بود در کلیولند 2
اوهایو 3 آمریکا ساخته شد. این توربین دارای 144 پره بود تا استحکام بیشتری پیدا کند، با سرعت
18 متر و ارتفاع مرکز توربین از سطح / کمی می چرخید و دارای گیر بکس بود. قطر این توربین 3
بود که از سال dc 16 متر و کل وزن آن 40 تن توان آن 12 کیلو وات بود و نوع ژنراتور آن / زمین 8
1888 تا 1900 انرژی الکتریکی عمارت چارلز براش را تامین می کرد. با وجود این که باد رایگان
بود، اما به خاطر هزینه بالای سرمایه گذاری و نگهداری آن، در سال 1900 کار آن متوقف شد و
انرژی الکتریکی مورد نیاز عمارت بزرگ براش از شبکه کلیولند تامین شد.
در سال 1939 ، ساخت ژنراتور های بادی بزرگ در ورمونت 4 آمریکا آغاز شد . توان نامی این
15 بود و قطر توربین به 53 متر می رسید . در سال m/s 1 مگا وات در سرعت باد / ژنراتورها 3
1941 ، تغذیه مستقیم شبکه قدرت به صورت سنکرون انجام گرفت اما به خاطر نقص در طراحی
پره ها در سال 1945 کار آن متوقف شد.
بعد از جنگ جهانی دوم، به خاطر ارزان شدن قیمت نفت، تحقیقات زیادی روی انرژی های
جایگزین که انرژی باد نیز شامل آن بود، صورت نگرفت. تا اینکه در سال 1973 به خاطر بحران
نفتی، علاقه زیادی در استفاده از انرژی های جایگزین به خصوص انرژی باد ایجاد شد و بودجه های
Charles Brush - ١
Cleveland - ٢
Ohio - ٣
Vermont - ٤
www.Prozhe.
چگونه یک توربین آبی و بادی بسازیم
چگونه یک توربین آبی و بادی بسازیم به روشی کاملا ساده و با کمترین امکانات مورد نیاز
پروژه پاورپوینت توربین ها-مهندسی مکانیک
تحقیقی کامل از توربین ها که برای دانشجویان مهندسی مکانیک آماده شده است :
توربین ، موتوری چرخنده است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.
توربینهای خاص
- توربینهای آبی
- توربینهای بادی
- توربینهای بخار (که شامل نیروگاه های اتمی نیز می شود )
- توربینهای گاز
نامگذاری آنها بر اساس سیال عامل عبوری می باشد.
