پایان نامه کارشناسی ارشد برق گرایش برق: تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته برق

گرایش : قدرت

عنوان : تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات یزد

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق (M. Sc.)

گرایش قدرت

عنوان :

تعیین تعداد حالت بهینه در مدل تحلیلی قابلیت اطمینان نیروگاه بادی

استاد راهنما :

دکتر علی اکبر دامکی علی آباد

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شودتکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)فهرست مطالب:چکیده         ............................................................................................................................................... 1فصل اول (مقدمه )
  • اهمیت موضوع ............................................................................................................................. 5
  • مرور مقالات و کارهای صورت گرفته ............................................................................................9
  • نتیجه­گیری از مقالات مطالعه شده .................................................................................................11
فصل دوم (قابلیت اطمینان سیستم قدرت)2-1-        مفهوم قابلیت اطمینان سیستم قدرت .............................................................................................14
  • مدل قابلیت اطمینان ......................................................................................................................16
  • ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل منابع تولید تجدیدپذیر .........................................................19
2-3-1- تکنیک محاسبه شاخص­های قابلیت اطمینان در سطح اول ..........................................................19فصل سوم (مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی)
  • انواع تکنولوژی­های تولید برق در نیروگاه­های بادی .....................................................................23
3-1-1- نوع اول- نوع سرعت ثابت .........................................................................................................243-1-2-نوع دوم- توربین با سرعت متغیر محدود مجهز به جعبه دنده چند مرحله­ای ..............................253-1-3- نوع سوم- نوع سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ...................................................253-1-4- نوع چهارم- تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم و مجهز به مبدل قدرت کامل ...................263-1-5- نوع پنجم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل............................................................................................................................................................ 293-1-6- نوع ششم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل .....................................................................................................................................................................303-1-7- نوع هفتم- تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک .................................................................................................................313-2- چگونگی تولید برق توسط نیروگاه­های بادی ....................................................................................323-2-1- مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی بر اساس تکنولوژی ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده .....................................................................................................................................................................333-2-1-1- معرفی اجزای تشکیل دهنده واحد بادی و به دست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحد بر اساس خرابی اجزا ................................................................................................................................................343-2-1-2- تأثیر عدم قطعیت سرعت باد بر مدل قابلیت اطمینان واحد بادی ..........................................413-2-1-3-مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ...................................................................................43فصل چهارم (تکنیک­های مختلف خوشه­بندی)4-1- اساس خوشه­بندی ...........................................................................................................................464-2- انواع روش­های خوشه­بندی ............................................................................................................474-3- خوشه­بندی فازی ............................................................................................................................484-4- معیارهای کارایی .............................................................................................................................554-4-1- تابع ارزیابی ضریب افراز ............................................................................................................564-4-2- تابع ارزیابی آنتروپی افراز ...........................................................................................................564-4-3- تابع Fukuyama and Sugeno ..........................................................................................574-4-4- تابع Xie and Beni ...............................................................................................................574-4-5 تابع N.Zahid .............................................................................................................................584-4-6- تابع M.Ramze Rezaee .......................................................................................................60فصل پنجم (مقایسه روش­های مختلف خوشه­بندی بر اساس ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل مزارع بادی)5-1- خوشه­بندی میانگین فازی .................................................................................................................645-1-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ............................................................................................................655-1-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS ................................................................................665-2- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن نقطه میانی به عنوان مرکز خوشه   .....................................................................................................................................................................665-3- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن مرکز خوشه بر اساس وزن دهی داده­های موجود در خوشه   .............................................................................................................................705-4- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت و تعیین محدوده خوشه­ها و مراکز آن­ها بر اساس بهینه­سازی تابع هدف مبتنی بر فاصله بین داده­ها   ..............................................................................................................735-5- خوشه­بندی میانگین فازی .................................................................................................................765-5-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ............................................................................................................765-5-2- نتایج شبیه­سازی بر اساس مدل مناسب قابلیت اطمینان مزرعه بادی .....................................785-5-2-1- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS............................................................................785-5-2-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS .........................................................................80فصل ششم (نتیجه­گیری و پیشنهاد برای انجام کارهای آتی)
  • نتیجه­گیری ...................................................................................................................................83
  • پیشنهاد برای انجام کارهای آتی ..................................................................................................8
 فهرست جدول هاجدول 1-1- تعدادی از مزارع بادی با ظرفیت زیاد ....................................................................................6جدول 1-2 : ظرفیت تولید برق در 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا .........................................7جدول 3-1- قسمت­های تشکیل دهنده جعبه دنده و نرخ خرابی آن­ها در سال­های 1997 تا 2005 .........36جدول 3-2- اطلاعات مربوط به نرخ خرابی و زمان متوسط تعمیر المان­های تشکیل دهنده واحد بادی.............................................................................................................................................................38جدول 4-1- معیارهای تشابه بر اساس توابع فاصله مختلف........................................................................54جدول5-1 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی................................................................................66جدول 5-2 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی...............................................................................66جدول 5-3 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی .............................................................................67جدول 5-4 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی...............................................................................67جدول 5-5 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی .............................................................................68جدول 5-6 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف.............................................................68جدول 5-7 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی...............................................................................69جدول 5-8 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی...............................................................................69جدول 5-9 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی..............................................................................70جدول 5-10 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی............................................................................70جدول 5-11 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی...........................................................................71جدول 5-12 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف.........................................................71جدول 5-13 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی...........................................................................72جدول 5-14 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی............................................................................72جدول 5-15 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی............................................................................73جدول 5-16 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی............................................................................73جدول 5-17 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی............................................................................74جدول 5-18 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف..........................................................74جدول 5-19- نتایج اعمال الگوریتم خوشه­بندی به واحد بادی 3 مگاواتی.................................................75جدول 5-20- مدل قابلیت اطمینان واحد 3 مگاواتی...................................................................................76جدول 5-21- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی......................................................................76جدول 5-22- شاخص مقدار متوسط بار قطع شده بر حسب ساعت در سال ............................................78جدول 5-23- شاخص مقدار متوسط انرژی تأمین نشده.............................................................................78جدول 5-24- تأثیر افزایش سرعت باد بر شاخص­های قابلیت اطمینان.......................................................79جدول 5-25- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ........................................................................80 فهرست شکل هاشکل 1-1- افزایش ظرفیت توربین­های بادی نصب شده در جهان ............................................................ 5شکل 1-2 : 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا .............................................................................. 7شکل 2-1- سطوح سلسله مراتبی به منظور مطالعه قابلیت اطمینان سیستم قدرت ................................. 15شکل 2-2- مدل سلامت سیستم قدرت ................................................................................................... 16شکل 2-3- مدل مارکوف دوحالته ........................................................................................................... 17شکل 2-4 حالت­های زمانی مختلف برای یک واحد تولید انرژی الکتریکی .............................................18شکل 2-5- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت در سطح اول ...............................................................19شکل 2-6- نحوه محاسبه شاخص میزان متوسط بار قطع شده ..................................................................20شکل 2-7- نحوه محاسبه میزان انرژی تغذیه نشده ...................................................................................21شکل 3-1- اجزای نیروگاه بادی سرعت ثابت ............................................................................................24شکل 3-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم سرعت متغیر محدود ................................................................25شکل 3-3- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ...................26شکل 3-4- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی ......................................................................................................................................27شکل 3-5- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با مغناطیس دائم ...........................................................................................................................................28شکل3-6- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل ..............................................................................................................................................29شکل3-7- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ................................................................................30شکل 3-8- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل، مجهز به ژنراتور القایی قفس سنجابی ...................................................................................31شکل3-9- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک..................................................................................................31شکل 3-10- منحنی توان توربین بادی ....................................................................................................32شکل 3-11- اجزای تشکیل دهنده توربین بادی V90.............................................................................33شکل 3-12- اجزای تشکیل دهنده واحدهای بادی مبتنی بر تکنولوژی ژنراتورهای دو سو تغذیه شده ....34شکل 3-13- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی بر اساس خرابی اجزای تشکیل دهنده.................................38شکل 3-14- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی با در نظر گرفتن نرخ خرابی اجزا.........................................39شکل 3-15- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی شامل N توربین مشابه........................................................39شکل 3-16- الگوی وزش باد در سال 2008 در منطقه منجیل در ارتفاع 40 متری به صورت ساعت به ساعت ..........................................................................................................................................................40شکل 3-17- منحنی توان توربین V90.......................................................................................................41شکل 3-18- مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ...................................................................................43شکل 4-1- اساس خوشه­بندی ....................................................................................................................45شکل 4-2: مجموعه داده پروانه­ای................................................................................................................49شکل 4-3: خوشه بندی فازی داده ..............................................................................................................50شکل 4-4 : توزیع یک بعدی نمونه­ها...........................................................................................................50شکل 4-5-: خوشه­بندی کلاسیک نمونه­های ورودی...................................................................................51شکل 4-6: خوشه­بندی فازی نمونه­ها...........................................................................................................51شکل 5-1- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت شامل مزارع بادی در سطح اول....................................63شکل 5-2- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت سرعت باد.................................................................................................................................................................64شکل 5-3- هیستوگرام سرعت وزش باد.....................................................................................................65شکل 5-4- نمودار مقدار تابع هدف بر حسب تعداد خوشه­ها....................................................................75شکل 5-5- نمودار انرژی تأمین نشده بر حسب پیک بار............................................................................79شکل A-1 : شماتیک شبکه تست RBTS................................................................................................84شکل B-1 : شماتیک تک خطی سیستم تست IEEERTS......................................................................86چکیدهامروزه به دلایل زیست محیطی و اقتصادی روند استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر به ویژه توربین­های بادی به منظور تولید برق در کشورهای مختلف دنیا افزایش یافته است. از طرف دیگر توان تولیدی توربین­های بادی وابسته به سرعت باد بوده و با توجه به عدم قطعیت سرعت باد، توان خروجی این نیروگاه­ها متغیر می­باشد. این امر بر مسائل مختلف سیستم قدرت از جمله قابلیت اطمینان تأثیر می­گذارد. به منظور بررسی تأثیر مزارع بادی بر مطالعات قابلیت اطمینان سیستم قدرت نیاز به یک مدل تحلیلی قابلیت اطمینان می­باشد که در این مدل هم خرابی اجزا و هم عدم قطعیت سرعت باد در نظر گرفته می­شود. با توجه به اینکه تنوع توان­های خروجی مربوط به توربین بادی بسیار زیاد می­باشد لازم است به کمک تکنیک خوشه­بندی تعداد حالت­های مربوط به مدل قابلیت اطمینان این توربین­ها کاهش یابد. در این مقاله به منظور تعیین تعداد حالات مناسب برای مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی روش­های خوشه­بندی مختلف مورد استفاده قرار گرفته و نتیجه می­شود که بر اساس معیار متوسط انرژی تعیین نشده روش فازی میانگین مناسب­ترین روش می­باشد.پیشگفتاردر سال­های اخیر استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به خصوص انرژی باد به منظور تولید برق در سراسر جهان رشد زیادی داشته است. پاک بودن و نداشتن مشکلات زیست محیطی، ارزان بودن و نداشتن نگرانی از پایان یافتن منابع این انرژی­ها از دلایل این امر بوده است. از طرف دیگر توان تولیدی این نیروگاه­ها بدلیل وابستگی به منابع تجدیدپذیر در طول زمان متغیر بوده و نمی­توان توان ثابتی از این نیروگاه­ها انتظار داشت. به عنوان نمونه توان تولیدی نیروگاه­های بادی به سرعت باد وابسته بوده و چون سرعت باد تغییر می­کند توان تولیدی نیز متغیر خواهد بود. این امر بر مسائل مختلف سیستم قدرت شامل این نیروگاه­ها از جمله قابلیت اطمینان تأثیر می­گذارد. بر همین اساس لازم است در سیستم­های قدرت امروزی که درصد قابل توجهی از توان را نیروگاه­های بادی تولید می­کنند مطالعه دقیق­تری در زمینه قابلیت اطمینان صورت پذیرد. در این تحقیق با در دست داشتن داده­های ساعت به ساعت سرعت باد و منحنی توان توربین نیروگاه­های بادی توان خروجی واحدهای بادی بدست می­آید. از آن­جا که سرعت باد از تنوع بسیار زیادی برخوردار است مدل بدست آمده دارای تعداد زیادی حالت خواهد بود که برای انجام مطالعات قابلیت اطمینان به هیچ وجه مناسب نیست. بر همین اساس لازم است به کمک تکنیکی مناسب، تعداد حالت­های بهینه و همچنین توان این حالت­ها تعیین شود و یک مدل قابلیت اطمینان مناسب چند حالته برای نیروگاه­های بادی تعیین شود.مدل تحلیلی بدست آمده می­تواند در مطالعات مختلف سیستم قدرت به مانند برنامه­ریزی استفاده شود و همچنین تعداد و ظرفیت نیروگاه­هایی که لازم است در آینده به منظور تأمین بار پیش­بینی شده نصب گردند، با این مدل بدست می­آید. در تعیین مدل مناسب قابلیت اطمینان (تعداد حالت­ها و ظرفیت مربوط به هر حالت) از روش­های مختلف خوشه­بندی استفاده شده و مناسبترین تکنیک که می­تواند بهینه­ترین مدل را از نقطه نظر قابلیت اطمینان بدست دهد تعیین می­شود. این تکنیک از مقایسه نتایج مربوط به روش­های مختلف خوشه­بندی حاصل می­شود.در مطالعات قابلیت اطمینان روش­های تحلیلی (مدل چند حالته با احتمال رخداد مربوط حالت­ها) و غیر تحلیلی (مبتنی بر روش شبیه سازی مونت کارلو) وجود دارد. در این تحقیق از روش تحلیلی استفاده شده و یک مدل قابلیت اطمینان چند حالته برای نیروگاه­های بادی بدست می­آید و لذا مدل بدست آمده مشکلات ناشی از روش شبیه سازی به مانند نیاز به حجم حافظه بالا، صرف نمودن زمان طولانی در شبیه سازی و ... را به همراه ندارد.تعداد صفحه : 103قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید