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