در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم میلادی تحولات تازه‌ای در استفاده از انرژی باد به وجود آمد و آن استفاده از انرژی باد جهت تولید الکتریسیته بود، توربین‌های بادی ساخته شد که انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کرد [1]. در ابتدا تولید الکتریسیته از باد به دو دلیل عمده مقرون به صرفه نبودن نسبت به سوختهای فسیلی و یکسان نبودن پتانسیل باد در همه مناطق، چندان مورد توجه قرار نگرفت. در سال 1973 میلادی و با به وجود آمدن بحران نفتی، بهره‌برداری از انرژی باد به عنوان یکی از منابع انرژی آغاز گردید [1] که با افزایش بازدهی و قابلیت اطمینان توربین‌های بادی، روند نصب و بهره‌برداری از توربین‌های بادی افزایش پیدا کرد [1]. امروزهبا پیشرفت فناوری، توربین‌های بادی با قدرت چندین مگاوات تولید می‌شوند و به صورتمجتمع در مزارع بادی به کار می‌روند. کشورهای آمریکا، آلمان، دانمارک و اسپانیا از جمله کشورهایی هستند که بیش‌ترین توان را از انرژی باد تولید میکنند. استفاده از انرژی باد برای تولید برق در کشور ما، در سال 1372 با خرید دو توربین 500 کیلوواتی سه پره ساخت شرکت نرد تانک دانمارک توسط سازمان انرژی اتمی و نصب آنها در منجیل آغاز گردید [1].
فهرست مطالب
فصل اول-مقدمه2
1-1-مقدمه2
1-2-آمار نیروگاه بادی نصب شده در ایران و جهان2
1-3-کلیات تحقیق5
1-4-هدف تحقیق6
فصل دوم-انرژی بادی و روابط حاکم بر توربین بادی و انواع ژنراتورهای توربین بادی و روابط آنها و انواع روشهای کنترل9
2-1-مقدمه9
2-2-معادلات پایه مربوط به انرژی باد10
2-3-محاسبه‌ی توان استخراجی از باد11
2-4-محاسبه‌ی ضریب توان روتور15
2-5-انواع ساختارهای توربین بادی15
2-5-1-توربین‌های بادی سرعت ثابت با راه‌انداز نرم16
2-5-2-توربین‌های بادی سرعت متغیر17
2-5-2-1- ژنراتور القائی از دو سو تغذیه18
2-5-2-2- ژنراتور سنکرون20
2-6-مقایسه ژنراتور های به‌کاررفته در صنعت22
2-7-مدلسازی ژنراتور القائی از دو سو تغذیه24
2-7-1-مدل قاب مرجع سنکرون برای ژنراتور القائی از دو سو تغذیه24
2-8-مدلسازی ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم30
2-8-1-مدل قاب مرجع سنکرون برای ماشین سنکرون مغناطیس دائم30
2-9- روشهای کنترل کانورتر طرف ژنراتور القائی از دو سو تغذیه و ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم و کانورتر طرف شبکه34
2-9-1-کنترل کانورتر طرف ژنراتور القائی از دو سو تغذیه34
2-9-2-کنترل کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم35
2-9-3-کنترل کانورتر طرف شبکه36
2-9-4-روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان (MPPT)37
2-10-محدودیتهای شبکه در موقع بروز خطا در شبکه37
2-11-نتیجهگیری38
فصل سوم-اعمال کنترل بر روی کانورتر طرف شبکه و کانورتر طرف ژنراتور و روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان41
3-1-مقدمه41
3-2-روشهای کنترل برای سیستم مورد نظر41
3-2-1-اعمال کنترل ولتاژ جهتدار (VOC)برای کنترل کانورتر طرف شبکه41
3-2-2-ایجاد سیگنال مدولاسیون برای کلید زنی PWM. 46
3-2-3- اعمال کنترل میدان جهت دار (FOC) برای کانورتر طرف ژنراتور القائی از دو سوتغذیه49
3-2-4- روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان (MPPT) برای کانورتر طرف ژنراتور القائی ازدو سو تغذیه54
3-2-5- اعمال کنترل میدان جهت دار (FOC) برای کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم56
3-2-6-روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان (MPPT) برای کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم59
فصل چهارم-نتایج شبیهسازی62
4-1-مقدمه62
4-2-بررسی عملکرد سیستم در موقع تغییرات سرعت باد62
4-2-1-عملکرد ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در موقع تغییرات سرعت باد64
4-2-2-عملکرد ژنراتور القائی از دو سو تغذیه در موقع تغییرات سرعت باد71
4-2-3-بررسی شبکه مورد مطالعه در موقع تغییرات سرعت باد77
4-3-بررسی عملکرد سیستم در موقع بروز خطای سه فاز در شبکه79
4-3-1-بررسی عملکرد ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در موقع بروز خطا81
4-3-2-بررسی عملکرد ژنراتور القائی از دو سو تغذیه در موقع بروز خطا83
4-3-3-. بررسی شبکه مورد مطالعه در موقع بروز خطا86
فصل پنجم-نتیجه گیری و پیشنهاد ادامه کار89
5-1- نتیجه گیری89
5-2- پیشنهادات90
منابع و مآخذ92
چکیده انگلیسی 97
فهرست جداول
جدول 1‑1: ظرفیت نصب شده در نیروگاه منجیل و رودبار4
جدول 1‑2: ظرفیت نصب شده نیروگاه بینالود4
جدول 2‑1: مزایا و معایب انواع ژنراتورها23
جدول 4‑1: پارامتر های توربین بادی مورد مطالعه64
جدول 4‑2: پارامتر ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم مورد مطالعه70
جدول 4‑3: پارامتر ژنراتور القائی از دو سو تغذیه مورد مطالعه76
جدول 4‑4: پارامترهای شبکه مورد مطالعه77
جدول 5‑1: مقایسه کلی مابین ژنراتور سنکرون و ژنراتور القائی90
فهرست اشکال
شکل 1‑1: رشد انرژی باد در تولید انرژی3
شکل 2‑1: شکل یک توربین بادی با جزئیات10
شکل 2‑2: جریان باد در اطراف توربین12
شکل 2‑3: نمودار ضریب عملکرد روتور14
شکل 2‑4: توربین بادی سرعت ثابت با راه‌انداز نرم17
شکل 2‑5: توربین بادی سرعت متغیر از نوع ژنراتور القائی از دو سو تغذیه (DFIG)18
شکل 2‑6: نحوهی اتصال ژنراتور سنکرون به شبکه21
شکل 2‑7: مدار معادل محور ماشین سنکرون مغناطیس دائم32
شکل 2‑8: حاشیه عملکرد ژنراتور توربین بادی در اثر خطای کاهش ولتاژ بر اساس استاندارد NERC 38
شکل 3‑1: ساختار کانورتر منبع ولتاژ طرف شبکه42
شکل 3‑2: دیاگرام فازوری از کانورتر طرف شبکه46
شکل 3‑3: شکل موج مدولاسیون PWM47
شکل 3‑4: ساختار کنترل ولتاژ جهت دار (VOC) برایکانورتر طرف شبکه49
شکل 3‑5: ساختار کنترل میدان جهت دار (FOC) برای کانورتر طرف ژنراتور القائی از دو سو تغذیه54
شکل 3‑6: منحنی ... 55
شکل 3‑7: دیاگرام فازوری روش کنترل میدان جهت دار (FOC)57
شکل 3‑8: ساختار روش کنترل میدان جهت دار (FOC) برای کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم57
شکل 3‑9: پارامتر های ضریب توان ( )توربین بادی59
شکل 3‑10: ساختار کنترل نسبت سرعت نوک ()60
شکل 4‑1: نحوهی اتصال ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم به شبکه62
شکل 4‑2: نحوهی اتصال ژنراتور القائی از دو سو تغذیه به شبکه63
شکل 4‑3: بلوک توریبن بادی استفاده شده63
شکل 4‑4: نمودار تغییرات سرعت باد64
شکل 4‑5: گشتاور اعمال شده به ژنراتور سنکرون65
شکل 4‑6: گشتاور خروجی (الکترومغناطیسی) ژنراتور سنکرون65
شکل 4‑7: سرعت مرجع ژنراتور سنکرون اعمال شده به کانورتر طرف ژنراتور66
شکل 4‑8: سرعت الکتریکی واقعی ژنراتور سنکرون66
شکل 4‑9: توان خروجی توربین بادی (Pref)67
شکل 4‑10: توان خروجی واقعی ژنراتور سنکرون67
شکل 4‑11: جریان مؤلفه‌ی استاتور ژنراتور سنکرون68
شکل 4‑12: تغییرات جریان سه فاز استاتور69
شکل 4‑13: تغییرات گشتاور مکانیکی ژنراتور القائی در موقع تغییر سرعت باد71
شکل 4‑14: تغییرات گشتاور خروجی (الکترومغناطیسی) ژنراتور القائی72
شکل 4‑15: سرعت روتور ژنراتور القائی72
شکل 4‑16: توان مرجع کانورتر طرف ژنراتور القائی73
شکل 4‑17: تغییرات توان اکتیو و توان راکتیو استاتور ژنراتور القائی73
شکل 4‑18: جریان مؤلفه‌ی روتور ژنراتور القائی74
شکل 4‑19: تغییرات جریان سه فاز رو تور ژنراتور القائی74
شکل 4‑20: تغییرات جریان سه فاز استاتور ژنراتور القائی74
شکل 4‑21: فرکانس استاتور ژنراتور القائی در موقع تغییر سرعت باد75
شکل 4‑22: ولتاژ شبکه مورد مطالعه77
شکل 4‑23: جریان شبکه مورد مطالعه78
شکل 4‑24: ولتاژ و جریان یک فاز از شبکه مورد مطالعه78
شکل 4‑25: ولتاژ لینک DC مربوط به ژنراتور سنکرون79
شکل 4‑26: ولتاژ لینک DC مربوط به ژنراتور القائی79
شکل 4‑27: ژنراتور سنکرون همراه با شبکه در موقع بروز خطای سه فاز در شبکه80
شکل 4‑28: ژنراتور القائی همراه با شبکه در موقع بروز خطای سه فاز در شبکه80
شکل 4‑29: تغییرات ولتاژ لینک DC ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در موقع بروز خطا81
شکل 4‑30: تغییرات سرعت روتور ژنراتور سنکرون در موقع بروز خطا81
شکل 4‑31: تغییرات گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور سنکرون در موقع بروز خطا82
شکل 4‑32: تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون در موقع بروز خطا82
شکل 4‑33: تغییرات جریان سه فاز استاتورژنراتور سنکروندر موقع بروز خطا83
شکل 4‑34: تغییرات ولتاژ لینک DC ژنراتور القائی در موقع بروز خطا83
شکل 4‑35: تغییرات سرعت روتور ژنراتور القائی در موقع بروز خطا84
شکل 4‑36: تغییرات گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور القائی در موقع بروز خطا84
شکل 4‑37: تغییرات توان خروجی ژنراتور القائی در موقع بروز خطا85
شکل 4‑38: تغییرات جریان سه فاز روتور ژنراتور القائی در موقع بروز خطا85
شکل 4‑39: تغییرات جریان سه فاز استاتور ژنراتور القائی در موقع بروز خطا86
شکل 4‑40: ولتاژ شبکه مورد مطالعه در موقع بروز خطا86
شکل 4‑41: تغییرات جریان سه فاز شبکه مورد مطالعه در موقع بروز خطا87