محیط نرم افزار و توان مکانیکی

دانلود پایان نامه

شکل 4-5 – ضرایب توان در برابر زاویه چرخش تیغه
با توجه به اشکال بالا مشاهده می شود که کنترل زاویه پره توربین برای اخذ حداکثر توان الکتریکی از توربین بادی ضروری است. با کاهش زاویه چرخش پره توربین ضریب توان توربین بادی افزایش می یابد. منحنی ضریب توان (Cp) بر حسب λوθp در شکل (4-5) ، نشان داده شده است، که مقادیر مختلفی از آن برای مدل توربین بادی لازم است.
که λi مقادیر مختلف این متغیر است.ماکزیمم مقدار Cp در این مدل، ۴٨/0 است که متناظر زاویه گام صفر و 1/8= λ است، که این مقدار لاندا را مقدار نامی می نامیم و که مقدار پایه ای برای پریونیت لاندا خواهد بود و برابر نسبت سرعت اوج پره به سرعت ماکزیمم باد است :
پس باداشتن تابعcp و سرعت باد، توان خروجی توربین برحسب سرعت آن، بدست آمده و مطابق شکل) 4-6 (خواهد بود. و مدل آن در محیط نرم افزار Matlab/Simulink به صورت شکل (4-7) طراحی شده است که تمام مقادیر پریونیت می باشند.

شکل 4-6- شکل موج توان توربین بادی برحسب سرعت آن
همان طوری که در بلوک دیاگرام شکل زیر نشان داده شده است سرعت توربین بادی (از نوع سرعت ثابت) پس از عبور از یک بهره تناسبی وارد تابع محاسبه کننده سرعت توربین بادی می شود. این تابع یک تابع غیر خطی می باشد که سیگنال خروجی این تابع، به عنوان توان خروجی توربین بادی در نظر گرفته می شود. 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 شود. این کنترل کننده زاویه پره توربین را طوری تنظیم می کند که ضریب قدرت و توان خروجی توربین حداکثر شود. 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 شود. البته لازم به ذکر است که تولید توان الکتریکی در توربین بادی توسط ژنراتور القایی (آسنکرون) صورت می گیرد.
ژنراتور تولیدکننده توان بادی بطور مستقیم وابسته به سرعت باد می باشد. از اینرو بیشتر توان تولیدی بادی در سرعت بالا تولید می شود. نصف انرژی تولیدی توربینهای بادی در 15% زمان کاری ایجاد می شود. از اینرو، نیروگاههای تولید توان بادی مانند نیروگاههای سوخت فسیلی توان تولید نمیکنند. برای تولید میدان مغناطیسی در روتور ژنراتور القایی مورد استفاده در توربین بادی از سیستم تحریک استفاده می شود. با عبور جریان از سیم پیچ تحریک ژنراتور القایی و چرخش روتور از طریق نیروی باد مطابق قانون القای مغناطیسی فارادی ولتاژی در سیم پیچی روتور القا می گرددو این میدان مغناطیسی از طریق فاصله هوایی بین روتور و استاتور بر روی سیم پیچی استاتور القا می گردد و موجب تولید ولتاژ در استاتور می شود که با متصل شدن استاتور به شبکه توزیع (بار الکتریکی) جریان در سیم پیچی استاتور جاری شده و موجب انتقال توان الکتریکی به بار می شود.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   اندازه گیری رضایت مندی مشتری و تئوری رفتار برنامه ریزی شده

شکل 4-7- مدل سیمولینکی توان تولیدی توربین بادی
کنترل زاویه گام به صورت بلوک دیاگرامی در شکل (4-8) آمده است و مقادیر کنترل کننده های PI استفاده شده در آن نیز ثوابت دیگر در مدل سیمولینکی ارایه شده اند .

شکل 4-8- بلوک دیاگرام کنترل توان توربین و کنترل زاویه گام
پس از بیان مدل مکانیکی، کنترل سیستم الکتریکی را بررسی خواهیم کرد. برای تریگر کردن مناسب المانها و فراهم سازی پالس های گیت آنها، دو کنترل برداری برای مبدل طرف ژنراتور و مبدل طرف شبکه مصرفی بدست آوردن مقادیر نقطه به نقطه آن، و طراحی بلوکی که مقادیر سرعت را به عنوان ورودی و مقادیر توان را به عنوان خروجی حاصل تحویل دهد، مدل این قسمت را فراهم می- سازد.
صفحه اصلی مدلسازی و شبیه سازی سیستم در محیط سیمولینک مطابق شکل) 4-9 (است، که اگر مدل باد، و مدل شبکه نیز که Vds، Vqs را معلوم می سازد، به مدل اضافه شود، مدل سازی تکمیل می گردد.

شکل 4-9- صفحه اصلی مدل سازی سیستم
4-3 مدل باد و مدل شبکه مصرفی :
اگر مدل باد، به عنوان محرک اولیه برای اعمال به توربین بادی و مدل شبکه مصرفی برای اتصال مستقیم به استاتور و غیرمستیم به روتور )توسط مبدل ها ( نیز به آنچه گذشت اضافه گردند، مدل سازی یک واحد کامل نیروگاه بادی انجام شده است، که البته می توان با تعمیم این روش و موازی کردن چند واحد و اتصال آنها به شبکه برق مصرفی، یک مزرعه بادی را شبیه سازی نمود.
مدل باد در تعیین مشخصه های خروجی و رفتار سیستم نقش بسیار مؤثر دارد، هر چه این مدل ساده تر در نظر گرفته شود، پاسخ خروجی نیز ساده تر خواهد بود. در یک تقریب خوب غیر- خطی می توان رفتار آن را با یک نویز که روی شکل موج سوار شده، مدل کرد.
براین اساس مدل فیلتر کایمال، از طریق تولید نویز سفید برای مدل سازی سرعت باد به کار رفته است، که در شکل (4-10) نشان داده شده است. در مدل شبکه مصرفی هم مطابق شکل(4-11) سعی شده است یک نوع کلی از شبکه با خطوط این انتقال نیرو با دو پست فشار قوی، تعبیه شده که به یک باس بینهایت )ولتاژ سه فاز کنترل پذیر) ، متصل شده است.
برای مدل سازی خطوط نیرو نیز از مدل π با در نظر گرفتن مسافت خط، استفاده شده است.
در نقطه اتصال واحد به شبکه عملیات اندازه گیری اندازه و فاز ولتاژ صورت می گیرد، که از روی آن مقادیر مؤلفه های مستقیم و عرضی ولتاژ استاتور ژنراتور که مستقیماً به شبکه مصرفی متصل است، برای مدل به دست می آید.