تماس و مشورت با مدرس دوره : 09120821418

 

چکیده:

در میان تکنولوژی‌های مختلف تولیدات پراکنده، پیل‌های سوختی به علت بهره وری بالا و آلایندگی کمی که دارند یکی از مهم ترین منابع تولید توان در شبکه های الکتریکی می‌باشند‌. از اینرو پیل‌های ‌سوختی زمینه مناسبی جهت پژوهش و بررسی به شمار می‌روند‌. یکی از معایب پیل های سوختی این است که فرایند تولید توان (که یک فرایند شیمیایی است) در آنها به کندی صورت می‌گیرد‌. در این پایان‌نامه ابتدا یک مدل دینامیکی مناسبی جهت مدل کردن پیل سوختی در نرم‌افزار DIgSILENT که یکی از قدرتمندترین ابزار جهت شبیه‌سازی سیستم های قدرت گسترده می‌باشد‌‌ از منابع استخراج شده و سپس مدل مربوطه در این نرم‌افزار شبیه سازی شده است. همچنین جهت بهبود عملکرد دینامیکی پیل سوختی و پوشش دادن تاخیر عملکردش، از یک سیستم تولید توان ترکیبی استفاده شده است که شامل پیل سوختی، باطری، کانورتر، اینورتر و راکتورهای سری می‌باشد‌‌. در این سیستم ترکیبی باطری به عنوان المانی که دارای پاسخ سریعی می‌باشد‌‌ پاسخ دینامیکی کند پیل سوختی را جبران می‌کند‌.در ادامه تاثیر و رفتار پیل سوختی بر روی سیستمی که متشکل از یک توربین گازی با عناصر AVR و گاورنر می‌باشد بررسی شده است. بعد از آن تاثیر پیل سوختی در یک شبکه‌ی نمونه‌ مورد مطالعه قرار گرفته است.

 

مقدمه:

در اکثر کشورهای پیشرفته در زمینه صنعت برق، تحول عظیمی در سیستمهای تولید و انتقـال انـرژی به وجود آمده است که تمام نیازها و مزایای پایه تولید و انتقال در موارد فنی، آکادمیک و بازرگانی را بر آورده میکند. این سیستم نوین تولید صنعت انرژی را تولید پراکنده انرژی میگویند.این روش اعتبـار و اطمینان تهیهی برق را نیز بسیار بهبود بخشـیده و سـبب شـده اسـت کـه سـرمایهگـذاری قابـل تـوجهی در راستای به کارگیری واحدهای تولید پراکنده صـورت پـذیرد. در اکثـر کشـورها DG حـدود 10 درصـد ظرفیت نصب شده تولید را تشکیل میدهد، اما در کشورهایی نظیـر هلنـد و دانمـارک بـیش از 30 تـا 40 درصد ظرفیت نصب شده را شامل میشود. در بحث تجدیـد سـاختار، وظـایف توزیـع و انتقـال از وظیفـه تولید جدا شده و به شرکتهای توزیع و انتقال محول گردیده، در این ساختار اجازه انتخاب منـابع تـأمین توان به مصرف کنندگان داده شده است که این نیز پیامـدهـای قابـل تـوجهی از جملـه دسـتیابی مصـرف کنندگان به منابع توان رقابتی و ایجاد بازار رقابتی برای منابع تولید توان به ویژه منابع DG را در پی خواهد داشت. هم اکنون انرژی الکتریکی در ایران توسط نیروگاههای متمرکز و بزرگ انجام میشود. آنچـه کـه طراحان سیستم های قدرت را به ایجاد نیروگاههای بزرگ برای تولید متمرکز علاقه مند کرده است تـأمین بزرگ، افزایش راندمان حرارتی، کاهش هزینه های سرمایه گذاری و هزینه بهره برداری به ازای کیلووات تولیدی است. اما باید توجه داشت در شبکه های برق رسانی درصد قابل توجهی از تـوان و انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاهها، در مسیر تولید به مصرف تلف میشود. تلفات در تمـام سـطوح سیستم قدرت یعنی تولید، انتقال و توزیع وجود دارد، اما 75 درصد از تلفات در شبکه هـای توزیـع اتفـاق می افتد. علت این امر زیاد بودن مقادیر جریان های خطوط، به دلیل پایین بودن سطح ولتـاژ در شـبکههـای توزیع و نیز ساختار شعاعی این شبکه ها است. لذا در زمینـه کـاهش تلفـات شـبکه هـای توزیـع از اهمیـت بالایی برخوردار است. با توجه به ایجاد رقابت و تجدید ساختار در سیستمهای قدرت انتظـار مـیرود کـه واحدهای تولیدی کوچک (تولید پراکنده) نقش فزآیندهای در آینده این سیستمها داشته باشـند. بـه طـور کلی هر نوع تولید انرژی در ظرفیتهای نسبتاًکم که در محل مصرف یا در نزدیکی آن (عمدتاً در بخش توزیع شبکه قدرت) صورت میپذیرد، بدون در نظر گرفتن تکنولوژی مورد استفاده در پروسه تولیـد آن، نوعی تولید پراکنده محسوب می شود. از دیدگاه عملی این سیستم یک نوع امکان برای تولید بـرق اسـت که می تواند در داخل یا کنار محل استفاده مشتری نهایی (که ممکن است یک ناحیه، منطقه صنعتی، یک ساختمان تجاری یا یک مجتمع باشد)، نصب و استفاده شود. واحدهای تولید پراکنده دارای انواع مختلفی هستند که بسته به نوع، ظرفیت نامی و نیز قیمت، متفاوتند. تولید پراکنده میتواند در زمان پیـک بـار روی یک فیدر، در تغذیه بار کمک کند و از این رو قابلیت کاهش هزینه سـرمایه گـذاری روی یـک فیـدر را دارد. استفاده از تولید پراکنده همزمان با استفاده از نیروگاههای بزرگ و شبکه سراسـری نیـز امکـانپـذیر است. در این صورت ظرفیت خطوط انتقال و پستهای توزیع تا حد قابل ملاحظهای آزاد خواهد شد.

 

 

 

1.فصل اول: مقدمه 1

1-1- مقدمه 2

1-2- هدف تحقیق و اهمیت آن 6

1-3- بخش‌های پایان نامه 8

2.فصل دوم: مروری بر پیشینه‏ی تحقیق 9

2-1- مقدمه 10

2-2- مروری بر ادبیات موضوع 10

3.فصل سوم: مروری بر تولیدات پراکنده 15

3-1- مقدمه 16

3-2- چرا از تولیدات پراکنده استفاده می‏کنیم‏؟ 17

3-2-1- آزاد سازی بازار برق 17

3-2-2- نگرانی های زیست محیطی 21

3-3- تعریف تولیدات پراکنده 22

3-4- مروری بر انواع تکنولوژی‏های تولیدات پراکنده 24

3-4-1- مقدمه 24

3-4-2- میکروتوربین‏های گازی 25

3-4-3- پیل‏های سوختی 30

3-4-4- توربین‏های بادی 43

3-4-5- سلول‏های خورشیدی 46

4.فصل چهارم: مدل سازی پیل سوختی در نرم‏افزار DIgSILENT 52

4-1- مقدمه 53

4-2- مدل عمومی پیل سوختی 53

4-3- مدل سازی پیل سوختی در نرم‏افزار DIgSILENT 55

4-3-2- بلوک فریم دیاگرام پیل سوختی در :DSL 57

4-4- روش‏های اتصال پیل سوختی به شبکه 58

4-4-1- استراتژی های کنترل توان که بر اساس اطلاعات محلی عمل می‏کنند‏ 59

4-5- نتایج شبیه‏سازی 65

5.فصل پنجم: استراتژی کنترلی استفاده شده جهت اتصال پیل سوختی به شبکه 70

5-1- مقدمه 71

5-2- استراتژی کنترلی استفاده شده جهت کنترل جریان خروجی پیل سوختی 71

5-2-1- کنترل جریان خروجی پیل سوختی 71

5-2-2- بررسی میزان تغییرات فشار جزئی گازهای موجود در پیل سوختی با و بدون حضور باطری 72

5-2-3- کنترل ولتاژ و فرکانس توسط سیستم پیل سوختی در شبکه مجزا 76

5-2-4- بررسی عملکرد باطری همراه با پیل سوختی با در نظر گرفتن یک مدل دینامیکی برای باطری 81

6.فصل ششم: نتایج شبیه‏سازی 94

6-1- بررسی مقادیر ویژه کنترل کننده‏های سیستم مورد مطالعه 95

6-2- مرور مختصری بر پایداری سیگنال کوچک 96

6-2-1- بیان فضای حالت: 96

6-2-2- مقادیر ویژه و پایداری 101

6-2-3- ضریب مشارکت 102

6-3- مورد مطالعه‏ی اول: بررسی مقادیر ویژه کنترل کننده‏های سیستم مورد مطالعه بدون حضور پیل سوختی 103

6-3-2- بررسی قطب‏های گاورنر: 106

6-3-3- بررسی قطب‏های AVR: 107

6-4- مورد مطالعه‏ی دوم: بررسی کنترل کننده‏های سیستم مورد مطالعه با حضور پیل سوختی 107

6-4-2- بررسی قطب‏های گاورنر 112

6-4-3- بررسی قطب‏‏ها‏ی AVR 113

6-5- مقایسه‏ی دو مورد مطالعه عدم حضور پیل سوختی در سیستم و با حضور پیل سوختی در سیستم با یکدیگر: 113

6-6- مورد مطالعه‏ی سوم: بررسی کنترل کننده‏های سیستم مورد مطالعه با حضور پیل سوختی و باطری 114

6-6-2- بررسی قطب‏‏ها‏ی گاورنر 119

6-6-3- بررسی قطب‏‏ها‏ی AVR 119

6-6-4- مقایسه‏ی سه مورد مطالعاتی اول، دوم و سوم 120

6-6-5- بررسی تاثیر کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی در مورد مطالعهی حضور پیل سوختی همراه با باطری در سیستم: 121

6-6-6- بررسی مستقل متغیرهای حالت کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی و کنترل کننده‏های سیستم قدرت در مورد مطالعه‏ی سوم: 122

6-6-7- بررسی مقادیر ویژه با میرایی کم در سیستم شامل پیل سوختی و باطری 124

6-6-8- بررسی تاثیر کنترل کننده‏های قدرت بر روی کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی 126

6-7- مودر مطالعه‏ی پنجم و ششم: بررسی تاثیر سیستم پیل سوختی شامل پیل سوختی باطری مبدل DC/DC و اینورتر بر روی PSS توربین گازی: 130

6-7-1- مورد مطالعه‏ی پنجم 130

6-7-2- مورد مطالعه‏ی ششم 135

6-8- بررسی تاثیر پیل سوختی بر روی کنترل کننده‏ PSS 140

6-8-2- بررسی حضور PSS بر روی کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی 141

6-9- آنالیز حساسیت 142

6-10- آنالیز گذرا 154

6-10-1- مورد مطالعه 155

7.فصل هفتم: جمع بندی 157

7-1-1- بررسی مقادیر ویژه 158

7-1-2- آنالیز حساسیت 160

7-1-3- آنالیز گذرا 161

7-2- نوآوری 161

7-3- پیشنهادها 162

8.مراجع 163

 

 

 

فهرست شکل‌ها

شکل 3-1 اجزاء اصلی میکروتوربین 26

شکل 3-2 دیاگرام یک میکروتوربین رکوپراتور دار بر اساس واحد تولید همزمان – این سیستم ها دارای یک مبدل حرارتی دیگر بجز رکوپراتور می باشند. 29

شکل 3-3 پروسه‏ی تولید برق در پیل سوختی 31

شکل 3-4 قسمت‏های مختلف پیل سوختی 32

شکل 3-5 چگونگی واکنش اکسیژن و هیدروژن در پیل سوختی 33

شکل 3-6 چگونگی تولید یون در پیل سوختی 34

شکل 3-7 مسیر عبور الکترون‏ها از طریق مدار خارجی 35

شکل 3-8 محل قرار گرفتن الکترولیت در پیل سوختی 36

شکل 3-9 چگونگی واکنش و تولید برق در پیل سوختی قلیایی AFC 37

شکل 3-10 قسمت‏های مختلف پیل سوختی متانول 38

شکل 3-11 چگونگی واکنش و تولید برق در پیل سوختی کربنات مذاب CFC 39

شکل 3-12 چگونگی واکنش و تولید برق در پیل سوختی با الکترولیت اسید فسفریک PAFC 40

شکل 3-13 چگونگی واکنش و تولید برق در پیل سوختی با الکترولیت اکسید پلیمر PEFC 41

شکل 3-14 چگونگی واکنش و تولید برق در پیل سوختی با الکترولیت اکسید جامد SOFC 42

شکل 3-15 پنل و آرایه خورشیدی در سلول خورشیدی 48

شکل 3-16 منحنی مشخصه جریان- ولتاژ پنل‏ها بر اساس دمای ثابت و تابش متغیر 49

شکل 3-17 مشخصه جریان- ولتاژ پنل‏ها بر اساس تابش و دمای متغیر 49

شکل 4-1 مدل دینامیکی پیل سوختی مورد استفاده 55

شکل 4-2 شمای کلی سیستم قدرت پیل سوختی 56

شکل 4-3 شمای کلی سیستم کنترلی پیل سوختی 56

شکل 4-4 بلوک فریم دیاگرام پیل سوختی 57

شکل 4-5 سیستم کنترل، سیستم مدیریت توان و یک اینورتر پیل سوختی 59

شکل 4-6 بلاک تعیین توان اکتیو تولیدی اینورتر پیل سوختی 60

شکل 4-7 چند نمونه از مشخصه‏های (frequency- droop) 61

شکل 4-8 استراتژی‏های کنترل توان راکتیو. 62

شکل 4-9 چند نوع از مشخصه Voltage-Droop 63

شکل 4-10 سیستم قدرت مورد مطالعه و مدار کنترلی اینورتر پیل سوختی جهت اتصال به شبکه قدرت گسترده 65

شکل 4-11 منحنی ولتاژ DC ترمینال پیل سوختی به پریونیت 67

شکل 4-12 منحنی توان اکتیو اینورتر در دو مقیاس مختلف زمانی 67

شکل 4-13 منحنی فشار جزئی هیدروژن پیل سوختی 68

شکل 4-14 منحنی فشار جزئی آب پیل سوختی 68

شکل 4-15 منحنی فشار جزئی اکسیژن پیل سوختی 68

شکل 5-1 کنترل کننده‏ مبدل Boost پیل سوختی جهت کنترل جریان پیل سوختی 72

شکل 5-2 فشار گازهای پیل سوختی در دو حالت بدون حضور باطری و با حضور باطری 73

شکل 5-3 فشار گازهای پیل سوختی در ثابت زمانی‏های مختلف فیلتر پایین گذر 75

شکل 5-4 شمای کلی شبکه‏ی نمونه متشکل از پیل سوختی،باطری، کانورتر، اینورتر، بار و توربین گازی 76

شکل 5-5 کنترل کننده‏های مربوط به اینورتر پیل سوختی 76

شکل 5-6 DSLهای مربوط به کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی 77

شکل 5-7 کنترل کننده‏ استفاده شده جهت تولید جریان‏های مرجع محور مرجع d 78

شکل 5-8 کنترل کننده‏ استفاده شده جهت تولید جریان‏های مرجع محور مرجع q 78

شکل 5-9 DSLهای مربوط به کنترل کننده‏ کانورتر پیل سوختی 78

شکل 5-10 شمای کلی کنترل کننده‏ کانورتر 79

شکل 5-11 منحنی ولتاژ و فرکانس شبکه با و بدون حضور پیل سوختی 79

شکل 5-12 جریان تولیدی پیل سوختی 80

شکل 5-13 ولتاژ ترمینال DC پیل سوختی 80

شکل 5-14 منحنی توان تولیدی المان‏های مختلف در شبکه 81

شکل 5-15 مدار معادل باطری a)مدار معادل ساده b)مدال معادل گسترش یافته 83

شکل 5-16 پروفایل دشارژ باطری Lead- Acid 83

شکل 5-17 مدل باطری مورد استفاده در DSL نرم‏افزار DIgSILENT 85

شکل 5-18 DSL- frame مبدل DC/DC همراه با باطری مورد استفاده در این بخش 86

شکل 5-19 منحنی ولتاژ با و بدون حضور پیل سوختی 86

شکل 5-20 منحنی فرکانس با و بدون حضور پیل سوختی 87

شکل 5-21 جریان تولیدی پیل سوختی 87

شکل 5-22 ولتاژ ترمینال DC پیل سوختی 87

شکل 5-23 توان تولیدی المان‏های مختلف در شبکه 88

شکل 5-24 تغییرات شارژ باطری در طول تغییرات بار 88

شکل 6-1 AVR ژنراتور توربین گازی در سیستم مورد مطالعه 103

شکل 6-2 گاورنر ژنراتور توربین گازی در سیستم مورد مطالعه 104

شکل 6-3 تغییر مکان قطب‏های شبکه به ازای تغییرات ضریب Kf (ضریب کنترل کننده‏ PI در کنترل کننده‏ restoration توان اکتیو) 143

شکل 6-4 تغییر مکان قطب‏های شبکه به ازای تغییر ضریب Kv (ضریب کنترل کننده‏ PI در کنترل کننده‏ restoration توان راکتیو) 144

شکل 6-5 قطب‏های شبکه مورد مطالعه شامل AVR، گاورنر و پیل سوختی 145

شکل 6-6 مکان هندسی مقادیر ویژه‏ی شبکه به ازای تغییر پارامتر Kf (پیکان زرد مقادیر ویژه‏ی AVR را مشخص می‏کند و پیکان نارنجی مقادیر ویژه‏ی گاورنر) 146

شکل 6-7 مکان هندسی مقادیر ویژه‏ی شبکه به ازای تغییر پارامتر Kp (پیکان زرد مقادیر ویژه‏ی AVR را مشخص می‏کند و پیکان نارنجی مقادیر ویژه‏ی گاورنر) 147

شکل 6-8 مکان هندسی مقادیر ویژه‏ی شبکه به ازای تغییر پارامتر Kv (پیکان زرد مقادیر ویژه‏ی AVR را مشخص می‏کند و پیکان نارنجی مقادیر ویژه‏ی گاورنر) 148

شکل 6-9 مکان هندسی مقادیر ویژه‏ی شبکه به ازای تغییر پارامتر Kq (پیکان زرد مقادیر ویژه‏ی AVR را مشخص می‏کند و پیکان نارنجی مقادیر ویژه‏ی گاورنر) 149

شکل 6-10 تاثیر تغییر بار بر روی قطبهای شبکه‏ی متشکل از پیل سوختی اینورتر و کنترل کننده‏های مربوطه اش و یک توربین گازی بدون کنترل کننده‏ 151

شکل 6-11 تاثیر تغییر بار بر روی قطبهای شبکه‏ی متشکل از پیل سوختی اینورتر و کنترل کننده‏های مربوطه اش و یک توربین گازی دارای کنترل کننده‏ AVR 152

شکل 6-12 تاثیر تغییر بار بر روی قطبهای شبکه‏ی متشکل از پیل سوختی اینورتر و کنترل کننده‏های مربوطه اش و یک توربین گازی دارای کنترل کننده‏ گاورنر 153

شکل 6-13 تاثیر تغییر بار بر روی قطبهای شبکه‏ی متشکل از پیل سوختی اینورتر و کنترل کننده‏های مربوطه اش و یک توربین گازی دارای کنترل کننده‏ گاورنر و AVR 154

شکل 6-14 شبکه مورد مطالعه در این بخش 155

شکل 6-15 منحنی فرکانس و ولتاژ شبکه 156

 

 

فهرست جدول‌ها

جدول 3-1 تکنولوژی‏های متفاوت تولیدات پراکنده 23

جدول 4-1 مقدار پارامترهای پیل سوختی 57

جدول 4-2 مقدار پارامترهای پیل سوختی متصل شده به شین بی‏نهایت‏‏ 66

جدول 5-1 پارامترهای مدل دینامیکی باطری مورد استفاده 85

جدول 6-1 مقادیر ویژه‏ی سیستم قدرت مورد مطالعه بدون حضور پیل سوختی 104

جدول 6-2 میزان ضریب مشارکت متغیرهای حالت سیستم بدون حضور پیل سوختی بر روی مقادیر ویژه‏ی سیستم 105

ادامه‏ی جدول 6-2 106

جدول 6-3 مقادیر ویژه‏ی سیستم قدرت مورد مطالعه در حضور پیل سوختی 108

جدول 6-4 میزان ضریب مشارکت متغیرهای حالت سیستم در حضور پیل سوختی بر روی مقادیر ویژه‏ی سیستم 108

ادامه‏ی جدول 6-4 109

ادامه‏ی جدول 6-4 110

ادامه‏ی جدول 6-4 111

جدول 6-5 مقایسه‏ی رفتار کنترل کننده‏های سیستم در دو مورد مطالعه‏ی اول و دوم 113

جدول 6-6 مقادیر ویژه‏ی سیستم قدرت مورد مطالعه در حضور پیل سوختی و باطری 114

جدول 6-7 میزان ضریب مشارکت متغیرهای حالت سیستم در حضور پیل سوختی و باطری بر روی مقادیر ویژه‏ی سیستم 115

ادامه‏ی جدول 6-7 116

جدول 6-8 مقایسه‏ی رفتار کنترل کننده‏های سیستم در سه مورد مطالعه‏ی اول، دوم و سوم 120

جدول 6-9 مقایسه‏ی مقادیر ویژه‏ی معادل در دو مورد مطالعه‏ی دوم و سوم 120

جدول 6-10 بررسی قطب‏های کنترل کننده‏های سیستم به طور مستقل 122

ادامه‏ی جدول 6-10 122

جدول 6-11 مقادیر ویژه‏ی سیستم بر اساس میزان میرایی 125

جدول 6-12 مقادیر ویژه‏ی شبکه با حضور پیل سوختی و عدم حضور AVR و گاورنر 126

جدول 6-13 ضریب مشارکت متغیرهای حالت بر روی مقادیر ویژه‏ی شبکه با حضور پیل سوختی و عدم حضور AVR و گاورنر 127

ادامه‏ی جدول 6-13 128

ادامه‏ی جدول 6-13 129

جدول 6-14 قطب‏های معادل در دو مورد مطالعه‏ی سوم و چهارم 130

جدول 6-15 مشخصه‏های مقادیر ویژه سیستم قدرت شامل ماشین سنکرون دارای کنترل کننده‏های AVR و گاورنر و PSS بدون حضور پیل سوختی 131

جدول 6-16 میزان ضریب مداخله متغیرهای حالت بر روی مقادیر ویژه سیستم قدرت شامل ماشین سنکرون دارای کنترل کننده‏های AVR و گاورنر و PSS بدون حضور پیل سوختی 132

ادامه‏ی جدول 6-16 133

ادامه‏ی جدول 6-16 134

جدول 6-17 مقادیر ویژه سیستم قدرت شامل ماشین سنکرون دارای کنترل کننده‏های AVR و گاورنر و PSS همراه با پیل سوختی 135

جدول 6-18 میزان ضریب مشارکت متغیرهای حالت بر روی مقادیر ویژه سیستم قدرت شامل ماشین سنکرون دارای کنترل کننده‏های AVR و گاورنر و PSS همراه با پیل سوختی 136

ادامه‏ی جدول 6-18 137

ادامه‏ی جدول 6-18 138

ادامه‏ی جدول 6-18 139

جدول 6-19 مقایسه‏ی قطب‏های معادل در دو مورد مطالعه‏ی پنجم و ششم 140

جدول 6-20 قطب‏های معادل متاثر از کنترل کننده‏های اینورتر پیل سوختی در دو مورد مطالعاتی فوق 141

 

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج آموزش دیگساینلت قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج آموزش دیگساینلت را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج آموزشی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج آموزش

————————————————————————————————————————————–