نوع فایل: word
قابل ویرایش 185 صفحه
چکیده:
در این پروژه، به تحلیل خطی سیستم های قدرت تک ماشینه متصل به شین بینهایت که برای مطالعه پایداری حالت ماندگار و پایداری ولتاژ مورد نیاز است، می پردازیم. در موارد متعددی، ناپایداری و سر انجام از بین رفتن سنکرونیزم با بوجود آمدن اغتشاشات در سیستم شروع می شود که منجر به رفتار نوسانی شده و در صورتی که این نوسانات میرا نشوند، نهایتا" تقویت می شوند. این مسأله مقدار زیادی به شرایط کار سیستم وابسته است. حتی نوسانات با فرکانس های پایین در صورتی که میرا نشوند، به دلیل آن که باعث محدودیت انتقال توان در خطوط انتقال می شوند و در مواردی موجب وارد شدن فشار بر محور مکانیکی می گردد، نامطلوب هستند. منشأ ایجاد نوسانات بین ناحیه ای مشکل است. در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای در این زمینه صورت گرفته است و توجه قابل ملاحظه-ای بر روی فروپاشی ولتاژ دینامیکی معطوف گشته است. هدف از این پروژه علاوه بر تحلیل خطی مقوله پایداری سیگنال کوچک، شبیه سازی سیستم و طراحی پایدار ساز، با استفاده از برنامه ریاضی MATLAB می باشد.
مقدمه:
سیستم های قدرت از یک مرکز تولید اولیه به یک سیستم کاملا بهم پیوسته مدرن تکامل یافته است که در آن تکنولوژی ها بهبود یافته و هر جزء سیستم را بطور مجزا تحت تأثیر قرار داده است. تکنیک های تحلیل سیستم های قدرت با توسعه روشهای محاسباتی دیجیتالی بطور بسیار وسیعی تحت تأثیر قرار گرفته اند. در مقایسه با سایر قوانین و مقررات موجود در مهندسی برق، مبانی تحلیل اغلب در فرضیات و روشهایی که از سالها تجربه و فراست بدست آمده اند، مستتر شده است. از یک طرف انواع تکنیک ها و مدلهای آمیخته با تجارب مهندسی قدرت را در اختیار داریم و از طرف دیگر با سیستم های کنترل پیشرفته که نیازمند به تئوری قوی سیستم ها هستند مواجه ایم. حال نیاز داریم که تا توازنی را بین این دو حد برقرار کرده بگونه ای که بتوان توسط آنها مسائل مهندسی را بصورت تئوریکی حل کرد. هدف این پروژه جستجوی چنین راه-حلی در حوزه"بررسی پایداری سیستم قدرت" در حالت های ماندگار و گذرا است. چالش اصلی در مدلسازی و شبیه سازی در نیاز به بررسی «پدیده مورد نظر» (با حداقل کردن اندازه و پیچیدگی آن) نهفته است. قبل از اقدام به هرگونه شبیه سازی موثر بایستی پدیده مورد نظر عمیقاً درک شود.[1]
موضوع دینامیک سیستم های قدرت و پایداری، یک موضوع کاملاً گسترده همراه با سابقه تاریخی طولانی و حجم زیادی از مراجع و مقالات است. روش های زیادی جهت طبقه بندی کردن این موضوع در هر دو حوزه آموزش و تحقیقات وجود دارد. در حالیکه مقدار قابل ملاحظه ای از اطلاعات مربوط به رفتار دینامیکی سیستم های قدرت می تواند از طریق تجربه کاری و تست کردن مجزای هر قطعه از تجهیزات بدست آید، اما مسائل پیچیده و عملیات بهره برداری از سیستم های بهم پیوسته بزرگ هنگامی بهتر درک می شوند که بتوان این تجربیات را با مدل ریاضی توام کرد. سیستم هایی که بتوان آنها را با مدل فیزیکی در مقیاس بسیار کوچک پیاده کرد، نظیر تحلیل گرمای گذرای شبکه، از اینکه احساسی فیزیکی از پاسخ دینامیکی سیستم-های قدرت را فراهم می کنند، حائز اهمیت هستند اما آنها محدود به اندازه های کوچک می باشند و به قدر کافی قابل انعطاف نیستند که بتوانند سیستم های پیچیده را در برگیرند. گرچه تکنیک-های شبیه سازی آنالوگ از جایگاهی در مطالعه دینامیک های سیستم برخوردار هستند، اما توانایی و قابلیت انعطاف شبیه سازی دیجیتالی آن را در زمره اولین روش تحلیل سیستم قرار داده است.
فهرست مطالب:
مقدمه
1-1 زمینه
1-2 ساختارهای فیزیکی
1-3 ساختارهایی با مقیاس بندی زمانی
1-4 پدیده های مورد علاقه
مدلسازی ماشین سنکرون
2-1 حالت های گذرای ماشین سنکرون
2-1-1 اندوکتانس ماشین های قطب
2-2 تبدیل پارک
2-3 اتصال کوتاه نامتقارن
2-4 مدل های ساده ماشینی سنکرون برای تجزیه و تحلیل حالت گذرا
2-5 مولفه های DC جریان های استاتور
2-6 تعیین ثابت های گذرا
2-7 اثر جریان بار
مدل های دینامیکی سیستم یک ماشینه
3-1 قیود ترمینال
3-2 مدل دو محوری
3-3 مدل تک محوری (میراشدن شار)
3-4 مدل کلاسیک
3-5 گشتاورهای میراکننده
محاسبات پایداری
4-1 مقدمه
4-2 معادله نوسان
4-3 مدل های ماشین سنکرون برای مطالعات پایداری
4-3-1 اثر برجستگی قطب در مدل ماشین سنکرون
4-4 پایداری ماندگار اختلال های کوچک
4-5 پایداری گذرا معیار سطوح برابر
4-5-1 کاربرد معیار سطوح برابر در افزایش ناگهانی توان
4-6 حل عددی معادله غیرخطی
4-7 حل عددی معادله نوسان
محاسبات پایدار سازی و طراحی پایدار ساز
5-1 پایدارسازهای سیستم قدرت
5-1-1 روش اساسی
5-1-2 بدست آوردن ثابت های K1-K6 109
5-1-3 گشتاورهای میراکننده و سنکرون کننده
5-1-4 طراحی پایدارساز سیستم قدرت
شبیه سازی توسط برنامه MATLAB
6-1 مقدمه
6-2 معرفی نرم افزار MATLAB 134
6-3 معرفی نرم افزار SIMULINK 135
6-4 سیستم مورد مطالعه
6-5 محاسبه K1 تا K6 و پارامتر های اولیه شبیه سازی
تاثیرات پایدار سازی بر سیستم
7-1 مقدمه
7-2 تاثیر تغییرات مکانیکی نیروگاه بر پایداری سیستم
7-2-1 تاثیر اختلالات ضربه در گشتاور مکانیکی بر ناپایدار سازی
7-2-2 تاثیر اختلالات پله در گشتاور مکانیکی بر ناپایدار سازی
7-3 تاثیر اختلالات ولتاژ ترمینال ژنراتور بر ناپایدار سازی
7-3-1 تاثیر اختلالات ضربه ولتاژ بر پایداری فرکانس
7-3-2 تاثیر اختلالات پله ولتاژ بر پایداری فرکانس
تاثیر دامنه موج بر پایدار سازی
8-1 مقدمه
8-2 بررسی تغیرات دامنه گشتاور مکانیکی بر فرکانس سیستم
8-3 بررسی تغیرات دامنه ولتاژ ترمینال ژنراتور بر فرکانس سیستم
نتیجه گیری و پیشنهادات
9-1 نتایج بدست آمده در این پروژه
9-2 پیشنهادات
فـهـرسـت اشکال و جداول:
شکل 1-1: ساختار سیستم دینامیکی
شکل 1-2: گستره زمانی پدیده های دینامیکی
شکل 2-1: نمایش ساده ماشین سنکرون
شکل 2-2: نمایش ساده مدارهای با تزویج متقابل
شکل 2-3:شکل موج های جریان اتصال کوتاه خط به زمین
شکل 2-4 مدار معادل برای دوره زیرگذرا
شکل 2-5 مدار معادل برای دور گذرا
شکل 2-6 مدار معادل حالت ماندگار
شکل 2-7 لگاریتم تفاضل جریان ∆i//, ∆i/ 44
شکل 2-8 (الف) نمایش تک خطی ژنراتور باردار (ب) نمایش
شکل 3-1: مدار دینامیکی دو محوری ماشین سنکرون
شکل 3-2: مدار دینامیکی تک محوری ماشین سنکرون
شکل 3-3: مدار دینامیکی مدل کلاسیک ماشین سنکرون
شکل 3-4: مدار دینامیکی تک محوری ماشین سنکرون با در نظر گرفتن جمله میرایی
شکل 4-1: ماشین متصل به شین بی نهایت
شکل 4-2: مدار معادل ماشین متصل به شین بی نهایت
شکل 4-3: منحنی توان زاویه
شکل 4-4: نمایش فازوری در دوره گذرا
شکل 4-5: نمایش فازوری در دوره گذرا
شکل 4-6: معیار سطوح برابر تغییر ناگهانی بار
شکل 4-7: معیار سطوح برابر – بیشترین حد توان
شکل 4-8: معیار سطوح برابر برای مثال 4-5 (ب)
شکل 4-9: شرح روش اویلر به صورت ترسیمی
شکل 5-1: سیستم تک ماشین باس بی نهایت
شکل 5-2: بلوک دیاگرام مدل افزایشی کاهش شار با تحریک کننده سریع
شکل 5 - 3: حلقه گشتاور - زاویه
شکل 5 - 4:حلقه گشتاور - زاویه همراه با سایر دینامیک ها
شکل5-5: Pssبا ورودی سرعت
شکل 5-6: نسبت میرایی
شکل 6-1: شماتیک مدل مورد استفاده
شکل 6-2: مدل ماشین سنکرون مورد استفاده
شکل 6-3: نمایش بلوکی سیستم مورد مطالعه
شکل 6-4: نمایش فازوری ولتاژ ها و جریان های شبکه
شکل 6-5: مدل بلوک دیاگرام پایدار ساز کلاسیک
شکل 6-6: مدل سیمولینک دیاگرام شبکه
شکل 6-7: مدل سیمولینک دیاگرام شبکه با اعمال تغییرات مکانیکی
شکل 6-8: مدل سیمولینک دیاگرام شبکه با اعمال تغییرات الکتریکی
شکل 6-9: مدل سیمولینک دیاگرام شبکه همراه با پایدار ساز
شکل 6-10: مدل سیمولینک شبکه ی دارای پایدار ساز با اعمال تغییرات مکانیکی
شکل 6-11: مدل سیمولینک شبکه ی دارای پایدار ساز با اعمال تغییرات الکتریکی
شکل 7-1: اعمال تغییرات گشتاور مکانیکی نیروگاه به سیستم
شکل 7-2: نمایش ولتاژ ضربه اعمالی به سیستم
شکل 7-3: نمودار تغییرات فرکانس قبل از نصب پایدار ساز
شکل 7-4: اعمال پایدار ساز متصل به سیستم
شکل 7-5: نمودار تغییرات فرکانس بعد از نصب پایدار ساز
شکل 7-6: نمودار پله اعمالی به سیستم
شکل 7-7: نمودار تغییرات فرکانس قبل از نصب پایدار ساز
شکل 7-8: نمودار تغییرات فرکانس بعد از نصب پایدار ساز
شکل 7-9: نحوه اعمال اثر تغییرات ولتاژ بر سیستم
شکل 7-10: ولتاژ ضربه اعمالی
شکل 7-11: نمودار تغییرات فرکانس قبل از نصب پایدار ساز
شکل 7-12: نمودار تغییرات فرکانس بعد از نصب پایدار ساز
شکل 7-13: ولتاژ پله اعمالی
شکل 7-14: نمودار تغییرات فرکانس قبل از نصب پایدار ساز
شکل 7-15: نمودار تغییرات فرکانس بعد از نصب پایدار ساز
شکل 8-1: نمودار تغییرات فرکانس بعد از نصب پایدار ساز
شکل 8-2: نحوه اعمال تغییرات مکانیکی به سیستم
شکل 8-3: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.001
شکل 8-4: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.005
شکل 8-5: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.01
شکل 8-6: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.02
شکل 8-7: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.03
شکل 8-8: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.04
شکل 8-9: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.05
شکل 8-10: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.1
شکل 8-11: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.2
شکل 8-12: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.3
شکل 8-13: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.4
شکل 8-14: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 0.5
شکل 8-15: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 1
شکل 8-16: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه مکانیکی 2
جدول 8-1: نمودار تغییرات ISE , ITAE در مقابل تغییر دامنه
شکل 8-17: نحوه اعمال ولتاژ پله به سیستم
شکل 8-18: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.001
شکل 8-19: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.005
شکل 8-20: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.01
شکل 8-21: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.02
شکل 8-22: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.03
شکل 8-23: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.04
شکل 8-24: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.05
شکل 8-25: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.1
شکل 8-26: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 0.5
شکل 8-27: نمودار تغییرات فرکانس به ازای تغییر دامنه الکتریکی 1
جدول 8-2: نمودار تغییرات ISE , ITAE در مقابل تغییر دامنه
منابع و مأخذ:
1- دینامیک و پایداری سیستم های قدرت/ پیتر و. سائر، ام. آ. پای؛ برگردان مرتضی خاتمی، رضا قاضی. - [برای] شرکت برق منطقه ای خراسان و شرکت تعمیر و ...،1382. تهران: گل آفتاب،1382
2- بررسی سیتم های قدرت/ هادی سعادت؛ ترجمه احد کاظمی، شهرام جدید، حیدر علی شایانفر.- انتشارات دانشگاه علم و صنعت. تهران:1380-1383
3- Electric power system dynamics\ Yu. Yao-nan;- ACADEMIC PERSS, INC. New York:1983
4- Design of power system stabilizer for single machine system …\ Rajeev Gupta, B. Bandyopadhyay. A.M. Kulkarni. - Electric power system Research 65 (2003) 247-257.
پروژه بـررسی و شبیه سازی پایدار سازی سیستم قدرت. doc
