فهرست:
فهرست جدولها ح
فهرست شکلها خ
فصل 1- مقدمه. 3
1-1- مقدمه............ 3
1-1-1- انرژی باد........... 3
1-1-2- مزایای استفاده از انرژی باد در مقایسه با سو خت های فسیلی.. 5
1-1-3- معایب... 6
1-1-4- مزایای ژنراتور القایی.. 6
1-1-5- معایب ژنراتور القایی.. 7
1-2- تولیدات پراکنده 8
1-2-1- مقدمه. 8
1-2-2- اهمیت انرژیهای نو و دلیل گرایش به آنها 11
1-3- تاریخچه..... 13
1-3-1- تاریخچه استفاده از انرژی بادی.. 13
1-3-2- تاریخچه میکروتوربین.. 15
1-3-3- تاریخچه باتریها 15
1-3-4- بهرهبرداری از سیستمهای ترکیبی.. 16
1-4- تعریف تولید پراکنده 17
1-4-1- هدف به کار گیری تولیدات پراکنده 19
1-4-2- مکان 19
1-4-3- مقادیر نامی. 20
1-4-4- ناحیه تحویل توان.. 21
1-4-5- فناوری.. 22
1-4-6- عوامل محیطی.. 23
1-4-7- روش بهره برداری.. 24
1-4-8- مالکیت.......... 24
1-4-9- سهم تولید پراکنده در کل مصرف.. 24
1-5- فواید بالقوه تولید پراکنده 25
1-6- عواملی که مانع گسترش تولید پراکنده میشوند. 27
1-7- بهکارگیری منابع انرژی پراکنده در شبکه. 28
1-7-1- مقدمه. 28
1-8- شرح مفاهیم مربوط به نیروگاه مجازی.. 29
1-8-1- تعریف ریز شبکه و نیروگاه مجازی.. 29
1-8-2- نیروگاههای مجازی و حرکت به سمت شبکه هوشمند. 32
1-8-3- منابع انرژی توزیع شده 36
1-8-4- روشهای کنترل و بهره برداری از نیروگاه های مجازی. 38
1-9- ساختار گزارش.... 41
فصل 2- فصل دوم: 44
2-1- ساختمان میکروگرید : 44
2-2- ساختمان توربین های بادی: 46
2-2-1- انواع ساختار فیزیکی توربین بادی.. 49
2-2-1-1- توربین های بادی با محور چرخش عمودی VAWT. 50
2-2-1-2- توربین های بادی با محور چرخش افقی HAWT. 51
2-2-1-3- طبقه بندی توربین های بادی پروانه ای با محور افقی HAW.. 52
2-2-2- انواع ساختار عملکردی توربین های بادی.. 53
2-2-2-1- توربین های بادی با سرعت ثابت : 53
2-2-2-2- توربین های بادی با سرعت متغیر: 54
2-3- انواع ژنراتورهای مدرن: 57
2-3-1- توربین سرعت ثابت نوع A : 57
2-3-2- توربین سرعت متغیر با مقاومت روتور متغیر نوع B (سرعت متغیر محدود): 58
2-3-3- سرعت متغیر همراه با مبدل فرکانس نوع C (مبدل فرکانسی با ظرفیت کسری): 59
2-3-4- توربین سرعت متغیر با مبدل توان کامل نوع D (سرعت متغیر با مبدل فرکانسی با ظرفیت کامل):........ 60
2-4- انواع ژنراتورهای مورد استفاده در توربین های بادی: 61
2-4-1- ژنراتور سنکرون.. 61
2-4-2- ساختار سرعت ثابت: 62
2-4-3- ساختار سرعت متغیر محدود: 64
2-4-4- ساختار سرعت متغیر با کانورتر غیر کامل: 65
2-4-5- ساختار سرعت متغیر کوپل مستقیم با کانورتر کامل: 67
2-4-6- انواع ساختار بدون گیربکسک... 72
2-4-6-1- ژنراتور سنکرون با روتور سیم پیچی شده 74
2-4-6-2- ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم با شار شعاعی.. 74
2-4-6-3- ژنراتورهای آسنکرون (القایی) 75
2-5- پیکربندی مزارع بادی.. 78
2-5-1- لزوم اتصال شبکه. 81
2-5-1-1- کنترل توان اکتیو......... 82
2-5-1-2- کنترل توان راکتیو و پایداری ولتاژ 83
2-5-2- کیفیت توان 85
2-5-3- قابلیت کارکرد در ولتاژ پایین شبکه (FRT) 85
2-5-4- وضعیت و روند. 87
2-6- ساختار مبدل های بکار رفته در توربین بادی: 90
2-6-1- مبدل پشت به پشت... 90
2-6-2- مبدل توان غیر مستقیم.. 91
2-6-3- مبدل قدرت چند سطحی.. 92
2-6-4- مبدل های قدرت مدوله کننده 93
2-7- مفاهیم کنترل توان.. 93
2-7-1- ساختار روش های کنترلی بکار رفته در توربین های بادی.. 94
2-7-1-1- کنترل توان................... 95
2-7-1-2- کنترل مبدل................ 96
2-7-1-3- کنترل کننده جهت دار ولتاژ سنکرون.. 96
2-7-1-4- روش هیسترزیس......... 97
2-7-2- هماهنگ سازی شبکه. 99
2-8- مقایسه سیستمی توربین های بادی.. 105
2-9- محدودیت های قابلیت توان راکتیو. 106
2-9-1- کنترل مجزای توان اکتیو و راکتیو در نیروگاه بادی متصل بهDFIG.. 106
2-9-1-1- عملکرد ژنراتور القایی در سرعت ثابت... 106
2-9-1-2- عملکرد ژنراتور القایی در سرعت متغیر. 107
2-9-1-3- ژنراتور قفس سنجابی تحت سرعت متغیر. 107
2-9-1-4- ژنراتور روتور سیم پیچی شده تحت سرعت متغیر. 108
2-9-2- مدل ژنراتور القایی DFIG.. 109
2-9-3- کنترل کانورتر سمت روتور 110
2-9-4- کنترل کانورتر سمت شبکه. 115
فصل 3- ساختار کنترل کننده ها 118
3-1- کنترل کننده خارجی (کنترل کننده جریان) 118
3-1-1- روش هیسترزیس.... 118
3-1-2- روشهای مبتنی برتبدیل مراجع جریان به مراجع ولتاژ 123
3-2- انواع روشهای کنترل جریان بر اساس خطی یا غیرخطی بودن.. 130
3-2-1- روشهای خطی.. 130
3-2-1-1- PI ساکن:....................... 131
3-2-1-2- PI سنکرون:................. 131
3-2-1-3- فیدبک حالت............... 133
3-2-2- روشهای غیرخطی.. 134
3-2-2-1- هیسترزیس:.................. 134
3-2-2-2- شبکه عصبی و فازی: 134
3-3- روش های جدید کنترل ماشین های القایی.. 136
3-3-1- کنترلرهای اسکالر ماشین القایی.. 137
3-3-2- کنترل کننده های برداری ماشین القایی.. 139
3-3-3- مطالعه کنترل مبتنی بر میدان ماشین القایی Decoupling. 142
3-3-3-1- کنترل مبتنی بر میدان به روش مستقیم. 146
3-3-3-2- کنترل مبتنی بر میدان به روش غیرمستقیم. 151
فصل 4- مدلسازی و شبیه سازی سیستم مورد مطالعه. 165
4-1- اتصال مستقل ژنراتور القایی به شبکه. 165
4-1-1- مدل توربین بکار رفته در ژنراتور القایی.. 165
4-2- اتصال مستقل ژنراتور سنکرون به شبکه. 172
4-2-1- مدل توربین بکار رفته در ژنراتور سنکرون.. 173
4-2-2- کنترلر موجود در اینورتر سمت ژنراتور 174
4-2-3- کنترلر موجود در اینورتر سمت شبکه. 176
4-2-4- ساختمان ژنراتور سنکرون بکار رفته. 178
4-3- اتصال همزمان دو ژنراتور به شبکه. 181
4-4- اتصال همزمان دو ژنراتور به شبکه با حضور بار محلی.. 183
فهرست مراجع......... 192
منبع:
International Energy Outlook 2011 , Energy Information Administration (EIA) , [online]http://www.eia.doe.gov/iea.
[[1]] Renewables 2011 GLOBAL STATUS REPORT, ren21-GSR 2011, [online] available at:http://www.ren21.net.
[[1]] J. Kennedy, B. Fox and D. J. Morrow “Distributed generation as a balancing resource for wind generation” IET Renew. Power Gener., 2007, 1, (3) , pp. 167–174.
[[1]] Mary Black and Goran Strbac “Value of Bulk Energy Storage for Managing Wind Power Fluctuations” IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, VOL. 22, NO. 1, MARCH 2007.
[[1]] Ronan Doherty, Hugh Outhred, Mark O’Malley, “Establishing the Role That Wind Generation May Have in Future Generation Portfolios” IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 21, NO. 3, AUGUST 2006
[[1]] Eko Adhi Setihavan “Concept and Controllability of Virtual Power Plant” PhD thesis, University of Cassel, defense day 27 April 2007.
[[1]] [online] http://www.suna.org.ir/
[[1]] Rastler, Dan, “New Demand for Energy Storage,” Electricity Perspectives.Sept/Oct, 2008.
[[1]] Gyuk, I., Kulkarni, P., Sayer, J. H., Boyes, J. D., Corey, G. P. and Peek, G. H, “The United States Symposium of Energy Storage.” IEEE Power & Energy Magazine.March/April. 2005.
[[1]] R. W. Wies, R. A. Johnson, A. N. Agrawal, T. J. Chubb, "simulinc model for economic analysis and environmental impacts of a pv with disel-battery system for remote villages", IEEE Trans.Power syst., vol. 20, no. 2, pp. 692-700, may 2005.
[[1]] J. Lagorse, D. Paire, A. Miraoui. "sizing optimization of a stand-alone street lighting system powered by a hybrid system using fuek cell, pv and battery", Renew. Energy, vol.34, no. 3, pp.683-691, march 2009.
[[1]] M. J. Khan, M. T. Iqbal, "analysis of a small wind hydrogen stand-alone hybrid energy system", Applied Energy, vol. 86, no. 11 pp.02429-2442, nov 2009.
[[1]] X. LI, Y-G.Song, S-B. Han, "frequency control in micro-grid power system combined with electrolyzer system and fuzzy PI controler", J. Power source, vol.180 , no. 1, pp. 468-475, may 2008.
[[1]] D. Ipsaakis, S. Vutetakis, et. Al. "power management strategies for a stand-alone power system using renewable energy sources and hydrogen storage", Int. J. Hydrogen Energy, vol. 34, no. 16 pp.7081-7095, Aug 2009.
[[1]] M. Eroglu, E. Dursun, et. Al."a mobile renewable house using pv/wind/fuel cell hybrid power system", Int. J. Hydrogen Energy, feb 2011.
[[1]] KeJun Qian, Chengke Zhou, Yue Yuan, Xiaodan Shi and Malcolm Allan, ''Analysis of the Environmental Benefits of Distributed Generation", EEE, 2008.
[[1]] Sylvain Martel, Dave Turcotte, "Review of distributed generation product and interconnection standards for Canada", IEEE Electrical Power Conference, October 25-26, Montreal, Quebec, Canada, 2007.
[[1]] Caisheng Wang, M. Hashem Nehrir, "Distributed Generation Applications of Fuel Cells", IEEE.
[[1]] Christakis D, et. Al. "the combination of wind energy conversion systems with pumped storage systems for small isolated power production systems", Renewble energy implementation. Athens, may. 1997.
[[1]] J.Driesen, R.Belmans. "Distributed generation: chanlenges and possible solutions ", IEEE, 2006.
[[1]] Tony Maine, Paul Chapman," The value of solar: Prices and output from distributed photovoltaic generation in South Australia", Energy Policy pp:461-466,2007
[[1]]Saboori, M. Mohammadi, and R. Taghe, "Virtual Power Plant (VPP), Definition, Concept, Components and Types," in Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2011 Asia-Pacific, 2011, pp. 1-4.
[[1]] A. G. Tsikalakis and N. D. Hatziargyriou, "Centralized Control for Optimizing Microgrids Operation," Energy Conversion, IEEE Transactions on, vol. 23, pp. 241-248, 2008.
[[1]] H. Morais, M. Cardoso, L. Castanheira, and Z. Vale, "A decision-support simulation tool for virtual power producers," in Future Power Systems, 2005 International Conference on, 2005, pp. 6 pp.-6.
[[1]] R. Caldon, A. R. Patria, and R. Turri, "Optimisation algorithm for a virtual power plant operation," in Universities Power Engineering Conference, 2004. UPEC 2004.39th International, 2004, pp. 1058-1062 vol. 2.
[[1]] C. Schulz, G. Roder, and M. Kurrat, "Virtual power plants with combined heat and power micro-units," in Future Power Systems, 2005 International Conference on, 2005, pp. 5 pp.-5.
[[1]]T. G. Werner and R. Remberg, "Technical, economical and regulatory aspects of Virtual Power Plants," in Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, 2008. DRPT 2008. Third International Conference on, 2008, pp. 2427-2433.
[[1]] M. Houwing, G. Papaefthymiou, P. W. Heijnen, and M. D. Ilic, "Balancing wind power with virtual power plants of micro-CHPs," in PowerTech, 2009 IEEE Bucharest, 2009, pp. 1-7.
[[1]]C. R. D. Pudjianto, and G. Strbac, "Microgrids and virtual power plants: Concepts to support the integration of distributed energy re-sources," Proc. IMechE, Part A:J. Power and Energy, vol. 222, pp. 731–741, 2008.
[[1]] M. A. Salmani, A. Anzalchi, and S. Salmani, "Virtual Power Plant: New Solution for Managing Distributed Generations in Decentralized Power Systems," in Management and Service Science (MASS), 2010 International Conference on, 2010, pp. 1-6.
[[1]]A. Y. Saber and G. K. Venayagamoorthy, "Resource Scheduling Under Uncertainty in a Smart Grid With Renewables and Plug-in Vehicles," Systems Journal, IEEE, vol. 6, pp. 103-109, 2012.
[[1]]K. El Bakari and W. L. Kling, "Development and operation of virtual power plant system," in Innovative Smart Grid Technologies (ISGT Europe), 2011 2nd IEEE PES International Conference and Exhibition on, 2011, pp. 1-5.
[[1]] H. Daneshi and A. K. Srivastava, "Security-constrained unit commitment with wind generation and compressed air energy storage," Generation, Transmission & Distribution, IET, vol. 6, pp. 167-175, 2012.
[[1]] N. D. Hatziargyriou, A. Dimeas, A. G. Tsikalakis, J. A. P. Lopes, G. Karniotakis, and J. Oyarzabal, "Management of microgrids in market environment," in Future Power Systems, 2005 International Conference on, 2005, pp. 7 pp.-7.
[35] L. Robertr, A. Akhil, M. Chris, S. John, D. Jeff, G. Ross, A. S. Sakis, Y. Robert and E. Joe, “Integration of Distributed Energy Resources: The CERTS MicroGrid Concept,” U.S. Department of Energy, White Paper LBNL-50829, 2002.
[36] B. A. Robbinsy, A. D. Domínguez-Garcíay, C. N. Hadjicostisz, “Control of distributed energy resources for reactive power support,”North American Power Symposium (NAPS) Conference, Aug. 2011.
[37] P.Kundur, “Power system stability and control,” McGraw-Hill, Inc.1994.
[38] J. A. Peças Lopes, C. L. Moreira and A. G. Madureira, “Defining Control Strategies for Analysing MicroGrids Islanded Operation,” IEEE Transactions on Power Systems, Vol.21, May 2006.
[39] R. Majumder,A.Ghosh, G. Ledwich, & F. Zare, “Enhancing the Stability of an Autonomous Microgrid using DSTATCOM,”International Journal of Emerging Electric Power Systems, (2009).
[40] N. L.Soultanis, S. A.Papathanasiou, N. D.Hatziargyriou, “A stability algorithm for the dynamic analysis of inverter dominated unbalanced LV microgrids,”IEEE Transactions onPower Systems, Vol.22,pp. 294-304.
[41] M. S. Zabihi, E. A. Soleimani, S.Farhangi, “Photovoltaic Manufacturing, System Design and Application Trend in Iran,” Elsevier Science, Renewable Energy, Vol.15, No.1, 12 September 1998.
[42] A. Kalirasu, S. Sekar Dash, “Simulation of Closed Loop Controlled Boost Converter for Solar Instalation,” Serbian Journal of Electrical Engineering, Vol.7,No.1, May 2010,p.121- 130.
[43] Z. Ye, R. Walling, L. Garces, R. Zhou, L.Li, and T.Wang, “Study and Development of Anti- Islanding Control for Grid-Connected Inverters,” General Electric Global Research Center Niskayuna, New York, May 2004,p.21.
[44] J. A. Peças Lopes, C. L. Moreira, A. G. Madureira, F. O. Resende, X. Wu, “Control Strategies for MicroGrids Emergency Operation,” International Conference on Future Power Systems, Nov. 2005.
[45] R. M. Kamel, A. Chaouachi, K. Nagasaka, “Detailed Analysis of Micro-Grid Stability during Islanding Mode under Different Load Conditions,”Engineering journals of SCIRP, May 2011.
[46] A. Engler, “Control of parallel operating battery inverters,” in PV Hybrid Power System, Kassel, 2000, pp. 1-4.
[47] Frede Blaabjerg, Fellow, Remus Teodorescu, “Over- view of Control and Grid Synchronization for Distri- buted Power Generation Systems”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 5, Oct. 2006.
[48] Zhe Chen, Josep M. Guerrero, Frede Blaabjerg, “A Review of the State of the Art of Power Electronics for Wind Turbines”, IEEE Trans. on Power Elec- tronics, Vol. 24, No. 8, Aug. 2009.
[49] F. Blaabjerg, F. Iov, T. Kerekes, R. Teodorescu, “Trends in Power Electronics and Control of Renew- able Energy Systems”, 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE- PEMC 2010.
[50] Serim Heo et. al., “Simulation Analysis of a Renew- able Energy Based Micro-grid using RTDS”, KIEE Tans. Vol. 60, No. 12, December 2011.
[51] Eun-Sik Choi, Heung-Kwan Choi, Jin-Hong Jeon and Jong-Bo Ahn, “A Study on Simulation of Dynamic Characteristic in Prototype Micro-grid”, KIEE Tans. Vol. 59, No. 12, December 2010.
[52] L H Hansen et al, “Conceptual Survey of Generators and Power Electronics for Wind Turbines”, Technical Report, Riso National Lab., Denmark, 2001
[53] S. Drouilhet and M. Shirazi, Wales, Alaska High- Penetration Wind-Diesel Hybrid Power System, NREL, NREL / TP-500-31755, May 2002.
[54] Xiangjun Li et al, “Control Strategy of Battery State of Charge for Wind/Battery Hybrid Power System”, IEEE International Symposium on Industrial Elec- tronics (ISIE), pp. 2723-2726, July 2010.
[55] F. Katiraei, and M. R. Iravani, “Power Management Strategies for a Microgrid with Multiple Distributed Generation Units”, IEEE Trans. on Power Systems, Vol.21, No.4, pp. 1821-1831, Nov. 2006.
[56] Carr J. and McCall L.V. ,“Divergent Evolution and Resulting Characteristics Among the World’s Distribution Systems” ، IEEE Transactions on Power Delivery ، vol.7، no. 3، pp. 1601-9، July 1992.
[57] D. Arabkhaburi، A. Kazemi، M.Yari، J. Aghaei، “Optimal Placement of UPFC in Power Systems Using Genetic Algorithm”، Center of Excellence for Power System Automation and Operation، Department of Electrical Engineering Iran University of Science and Technology (IUST)، Tehran، Iran.
[58] M.T. Bina, M.D. Eskandari، “Consequence of unbalance supplying condition on a distribution static compensator”، Power Electronics Specialists Conference، 2004. PESC 04. 2004 IEEE 35th Annual ، Volume 5 ، 20-25 June 2004 Pages:3900 - 3904 Vol.5 .
[59] Yuang-Shung Lee, San-Yung Sun، “STATCOM Controller Design for Power System Stabilization with Sub-Optimal Control and Strip Pole Assignment”، Elsevier 2002، Electrical and Energy Systems 24، Pages: 771-779.
[60] Stella Moris, P.K. Dash, K.P. Basu، “A Fuzzy Structure Controller For STATCOM”، Elsevier 2003، Electric Power Systems Research 65، Pages 23-34.
[61] Eun-Chul Shin, Sung-Min Park، “A Novel Current Controller to Reduce the Switching Frequency and Current Error in D-STATCOM”، the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society، November 2004.
[62] P. Kazmierkowski, L. Malesani، “Current Control Techniques for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters: A Survey”، IEEE Transaction on Industrial Electronics، Vol. 45، No. 5، October 1998.
[63] Jong-Woo Chio, Seung-Ki Sul، “Fast Current Controller in Three-Phase AC/DC Boost Converter Using d-q Axis Crosscoupling”، IEEE Transaction on Power Electronics، Vol.13، No. 1، January 1998.
[64] P.W. Lehn, M.R. Iravani, “ Experimental Evaluation of STATCOM Closed Loop Dynamics ”، IEEE Transaction on Power Delivery، Vol. 13، No. 4، October 1998.
[65] D. Shen, X. Liang, Y. Han، “A Modified Per-unit STATCOM Model and Analysis of Open Loop Response Control”، IEEE 2000 .
[66] Blaschke, F., “The principle of field orientation as applied to the new transvector closed loop system for rotating field machines”, Siemens Review, Vol.39, no.3, pp. 217 -220, May 1972.
[67] Marino, R., Tomei, P, and Verrelli, C., “Induction motor control design”, Textbook © Springer-Verlag London limited, 2010.
[68] B. K. Bose, “Modern Power Electronics and AC Drives”, Prentice- Hall, New Jersey, 2002.
[69] Abdul Wahab, H.F., and Sanusi, H., " Simulink Model of Direct Torque Control of Induction Machine", Amircan Journal of Applied Sciences, pp.1083 – 1090, 2008.
[70] Cruz,M. , Gallegos, A., Alvarez,R., and Pazos, F., “Comparsion of several nonlinear controllers for induction motor” ,in IEEE Int’l. Power Electronics Congress (CIEP), pp.134-139, 2004.
[71] Karlis, A.D., Kiriakopoulos, K., Papadopoulos, D.P., and Bibeau,E.L., " Comparison of the Field Oriented and Direct Torque Control Methods for Induction Motors used in Electric Vehicles", Democritus University of Thrace.
[72] I. Takahashi, T. Noguchi, “A new quick-response and high efficiency control strategy of an induction motor”, IEEE Trans. Ind. Appl.,Vol. IA-22,No. 5, pp. 820-827, 1986.
[73] Esmaily, G., Khodabakhshian, A., and Jamshidi, K., “ Vector Control of Induction Motors Using UPWM Voltage Source Inverter ”,Isfahan University.
[74] Chapuis, Y.A. and D. Roye, “Direct torque control and current limitation method in start-up of an induction machine'', IEE Conf. Power Electronics and Variable speed Drives, pp. 451 – 455, 1998.
[75] Silva, N.M., Martins, A.P., and Carvalho, A.S., “ Torque and Speed Modes Simulation of A DTC Controlled Induction Motor ”, Proceedings of the 10th IEEE Mediterranean Conference on Control Automation, MED'2002