شبیه سازی توربین بادی در متلب همراه با سنسورهای شارش جریان باد - انجام پروژه متلب |پروژه متلب | انجام پروژه متلب برق | شبیه سازی با متلب

شبیه سازی توربین بادی در متلب همراه با سنسورهای شارش جریان باد

شبیه سازی توربین بادی در متلب همراه با سنسورهای شارش جریان باد :پروژه متلب

پروژه متلب :امروزه انواع زيادي از سيستم هاي توربين بادي در بازار رقابت مي کنند که آن ها را به دو گروه اصلي مـي توان تقسيم کرد. گروه اول ، توربين هاي بادي سرعت ثابت هستند که ژنراتور به طور مـستقيم بـه شـبکه متصل شده است . در واقع هيچ گونه کنترل الکتريکي براي اين سيـستم وجـود نـدارد.بـه عـلاوه تغييـرات سريع در ميزان سرعت باد به سرعت روي بار القار مي شود( به علت تغييرات تـوان). ايـن تغييـرات بـراي توربين بادي که به سيستم قدرت متصل است خوشايند نيـست و باعـث ايجـاد فـشارهاي مکـانيکي روي توربين مي شود و عمر توربين را کم مي کند و نيز از کيفيت توان مي کاهد. در توربين بادي سرعت ثابـت فقط يک سرعت باد وجود دارد که توربين در آن سرعت بهينه کار مي کند، از اين رو توربين بادي سرعت ثابت اغلب خارج از عملکرد بهينه خود کار مي کند و به طور معمول ماکزيمم توان از باد گرفته نمي شود.

پروژه متلب : گروه دوم، توربين بادي سرعت متغير هستند. در اين نوع ژنراتور به طور مستقيم بـه شـبکه متـصل نمـي شود. نوع سرعت متغير توربين بادي قابليت کنترل سرعت روتور را فراهم مي کند، اين کـار بـه مـا اجـازه مي دهد تا توربين بادي نزديک نقطه بهينه خود کار کند. بيشتر توربين هاي بادي با بـازه تـوان بيـشتر از

١.٥ مگا وات از نوع سرعت متغيرمي باشند. يکي از انواع توربين هاي سرعت متغيـر، تـوربين هـاي بـادي مجهز به ژنراتور القايي از دو سو تغذيه است . امروزه اکثر توربين هاي بـادي بـه ژنراتـور القـايي از دو سـو تغذيه مجهز شده اند. . در اين نوع، ژنراتور القايي روتور سـيم پيچـي از طريـق اسـتاتور بـه شـبکه قـدرت متصل مي شود و روتور از طريق مبدل الکترونيک قدرت ac.dc.ac فرکانس متغير با توان نامي در حدود

٢٥-٣٠ درصد توان نامي ژنراتور به شبکه قدرت متصل مي شود.  مبدل الکترونيـک قـدرت شـامل مبـدل طرف روتور و مبدل طرف شبکه است که به طور پشت به پشت از طريـق يـک خـازن اتـصال dc بـه هـم متصل شده اند. ايراد اصلي توربين هاي بادي سرعت متغير به خصوص توربين هايي که به DFIG مجهـز اند، عملکرد آن ها در طي بروز اتصال کوتاه در شبکه است . اتصال کوتاه روي سيستم قـدرت حتـي اگـر از محل توربين بادي دور باشد باعث ايجاد افت ولتاژ در نقطه اتصال توربين بادي با شبکه قـدرت مـي شـود.

پروژه متلب : اين امر باعث افزايش جريان در سيم پيچ استاتور مي شود. به خاطر کوپل مغناطيسي بين استاتور وروتـور،اين جريان در مدار روتور و مبدل الکترونيک قدرت ديده مي شـود، چـون ظرفيـت مبـدل ٢٥-٣٠ درصـد ظرفيت ژنراتور است اين جريان منجر به آسيب ديدن مبدل مي شود. تا پنج سـال پـيش ، بيـشتر اپراتـور هاي شبکه نياز نداشتند تا  توربين هاي بادي در هنگام اتصال کوتاه، شبکه را تغذيه کنند و هنگـامي کـه يک حالت غير عادي در ولتاژ شبکه شناسايي مي شد، آن ها را از شبکه جدا مي کردند. با افزايش ظرفيت انرژي بادي در سيستم قدرت در سال هاي اخير و افزايش سهم آن ها در تامين توان در سيستم قدرت، از دست دادن ناگهاني و بزرگ توربين هاي بادي در طي بروز اتصال کوتاه در شبکه مي تواند باعث خاموشـي هاي وسيع و ناپايداري در سيستم قدرت شود.

در کنار مسايل اقتصادي، نيروگاه هاي بادي از نظر زيست محيطي نيز قابل رقابت بـا انـواع نيروگـاه

هاي رايج هستند که از جمله مي توان به موارد زير اشاره کرد:

 نيروگاه هاي بادي گاز co2 و يا گازهاي سمي ديگري توليد نمي کنند.

 عملکرد نيرو گاه هاي بادي هيچ گونه پس ماند و فاضلابي مانند نيروگاه هاي اتمـي ايجـاد نمي کند.

 در مکان هايي که مزارع بادي قرار دارند مي توان به طور هم زمان از آن مکان ها اسـتفاده هاي ديگري مانند کشاورزي کرد.

يکي از مزاياي مهم اقتصادي انرژي باد اين است که در آن هزينه سوخت وجـود نـدارد و از طرفـي باعث صرفه جويي در ذخاير نفتي مي شود. اين مزيت چنان قابـل توجـه اسـت کـه مـي توانـد بـه سادگي افزايش سهم انرژي باد در تأمين انرژي الکتريکي در بيشتر کشور هاي دنيا را توجيه کند.

تقريبا ٧٥ درصد از کل هزينه مربوط به افزايش قيمـت انـرژي بـاد مربـوط بـه افـزايش قيمـت در توربين ، سازه و پي سازي و تجهيزات الکتريکي است در حالي که ٤٠ تـا ٧٠ درصـد از هزينـه نيـرو گاه هايي که با سوخت فسيلي کار مي کنند مربوط به سوخت و بهره برداري و تعميرات است .

جدول (١-١) هزينه ساخت يک توربين معمولي ٢ مگا واتي را نشان مي دهد[٢].

پروژه متلب : امروزه استفاده از انرژي باد در اروپا و آمريکا به سرعت در حال افزايش است . در پـنج – شـش سـال گذشته استفاده از انرژي باد ٢٨ درصد رشد داشته اسـت کـه در ميـان انـرژي هـاي تجديـد پـذير بيشترين رشد را داشته است . امروزه سهم توليد انرژي الکتريکي از توربين هاي بـادي در دنيـا يـک درصد است که انتظارمي رود تا سال ٢٠١٢ اين ميزان به ٢.٧ درصد برسد. در حال حاضـر ظرفيـت نيروگاه هاي بادي در کل دنيا تقريبا ١٢٠٠٠٠ مگا وات است که انتظار مي رود تـا سـال ٢٠١٢ بـه

٢٤٠٠٠٠ مگا وات برسد. در ايران، کل ظرفيت نصب شده نيروگا هاي بادي تـا پايـان سـال ٢٠٠٨ ميلادي، ٨٥ مگاوات است که ٠.١٥ درصـد از توليـد انـرژي الکتريکـي را بـه خـود اختـصاص داده است

اندازه واحد ها نيز در نيروگاه هاي بادي در حال افزايش است . جدول (٣-١) رشد اندازه توربين هاي بادي را از سال ١٩٨٠ تا سال ٢٠٠٥ نشان مي دهد[٥].

تکنولوژي سيستم تبديل انرژي بادي دردو دهه اخير تغييرات زيادي پيداکرده است . توسـعه و رشـد

انرژي بادي بر اساس سه هدف اصلي زير آغاز شد[٥]:

١.  به دست آوردن انرژي ارزان قيمت با بازده بالا و قابليت اطمينان بالا

٢.  به دستّ اوردن کيفيت توان بهتر واتصال به شبکه بهتر

٣.  مقبوليت عمومي(کاهش سروصدا و اثرات زيست محيطي )

اجزاي اصلي سيستم توربين بادي شامل : روتور توربين ، گيربکس ، ژنراتـور، ترانـسفورمر و در صـورت امکان مبدل الکترونيک قدرت مي باشد که در شکل (١-١) نشان داده شده است .

شکل (١-١) اجزاي اصلي سيستم توربين بادي

پروژه متلب :روتور توربين تغييرات در انرژي باد را به انرژي مکانيکي تبديل مي کند و سپس ايـن انـرژي توسـط ژنراتور به توان الکتريکي تبديل شده و سپس از طريق ترانسفورمر و خطوط انتقال به شـبکه قـدرت منتقل مي شود. توربين هاي بادي به خاطر طراحي آيروديناميکي پره ها، توان را از باد مي گيرنـد و آن را به توان مکانيکي چرخشي تبديل مي کنند. تعداد پره ها معمولا سه عدد است و اگر شعاع پـره ها افزايش يابد، سرعت چرخشي آن ها کاهش مي يابد. براي بازه تواني مگاوات،سـرعت دورانـي پـره هاي توربين بادي ١٥-١٠ دور بر دقيقه مي باشد. راه حل موثر تبديل سرعت پايين و گشتاور بالا بـه توان الکتريکي، استفاده از گير بکس و ژنراتور با سرعت استاندارد است . گيربکس سرعت پايين روتور توربين را به سرعت بالا براي ژنراتور تبديل مي کند.ممکن است براي سيستم هاي ژنراتور چند قطب گير بکس نياز نباشد. نقطه اتصال توربين هاي بادي به شبکه ممکن است در ولتاژ پايين پروژه متلب : ، ولتاژ متوسط ، ولتاژ بالا و حتي ولتاژ هاي خيلي بالا باشد. امروزه بيشتر توربين هاي بادي به سيستم ولتاژ متوسط متصل اند و مزارع بادي در دريا به سطح ولتاژ بـالا و يـا خيلـي بـالا متـصل هـستند. بـراي سيستم هاي توربين بادي مدرن، هر توربين خود يک ترانسفورمر براي افزايش ولتـاژ از سـطح ولتـاژ توربين (٤٠٠ يا ٦٩٠ ولت ) به ولتاژ متوسط دارد. ترانسفورمر معمولا نزديک به توربين بادي است تـا از طولاني شدن کابل هاي ولتاژ پايين جلوگيري شود. فقـط تـوربين هـاي بـادي کوچـک بـه طـور مستقيم به خطوط ولتاژ پايين بدون ترانـسفورمر متـصل مـي شـوند و يـا تعـدادي از تـوربين هـاي کوچک در يک مزرعه بادي به يک ترانسفورمر متصل مي شوند.

خروجی متلب :