پديد آورنده :
زماني فر، مهران
عنوان :
بهبود عملكرد ديناميكي سيستم توربين بادي مبتني بر ژنراتور القايي دوسو تغذيه از طريق تنظيم بهينه پارامترهاي كنترلي با استفاده از روش تحليل حساسيت مسير حالت و تئوري انشعابات
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده برق و كامپيوتر
صفحه شمار :
شانزده،175ص.: مصور،جدول،نمودار
يادداشت :
ص.ع.به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
محمداسماعيل همداني گلشن، حميدرضا كارشناس
استاد مشاور :
احمدرضا تابش
توصيفگر ها :
DFIG , NSGA-II
تاريخ نمايه سازي :
29/2/93
استاد داور :
مصطفي پرنياني، فريد شيخ الاسلام، محمد دانش
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
كد ايرانداك :
ID627 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده در بين فناوريهاي توليد انرژي الكتريكي مبتني بر توربين بادي در سالهاي اخير سيستم توربين بادي به همراه ژنراتور القايي دو سو تغذيه DFIG به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است اين به خاطر خصوصيات اين طرح از جمله عملكرد سرعت متغير توانايي كار در چهار ناحيه تبادل توان حقيقي و راكتيو كنترل مستقل توانهاي حقيقي و راكتيو خروجي بازده بالا و مبدلهاي با توان كم است به علت شهرت و كاربرد وسيع سيستمهاي توربين بادي مبتني بر DFIG بخش كنترلي آنها نيز در سالهاي اخير مورد تحقيق و پژوهش قرار گرفته است متداولترين و عمليترين طرح كنترلي براي اين سيستمها روش كنترل برداري مبتني بر كنترلكنندههاي تناسبي انتگرالي PI است كنترلكنندههاي PI به خاطر سادگي و داشتن قابليت اطمينان در حوزه مهندسي كاملا شناخته شدهاند اما تنظيم پارامترهاي اين كنترلكنندهها يك مسأله مهم و تأثيرگذار است بنابراين موضوع اصلي اين رساله تنظيم بهينه ضرايب كنترلكنندههاي PI سيستم توربين بادي مجهز به DFIG است با توجه به اصل پيوستگي شار پيوندي هنگامي كه يك سيستم توربين بادي مبتني بر DFIG در معرض اختلالي مانند تغيير سرعت باد قرار ميگيرد شار استاتور نميتواند به طور ناگهاني تغيير كند اين حقيقت باعث پيدايش يك مؤلفه DC در شار استاتور ميشود در اين شرايط ولتاژهاي ضد محركه الكتريكي روتور كه ديناميكهاي استاتور را بر روي ديناميكهاي جرياني روتور منعكس ميكند نقش مهمي در نوسانات جريان روتور خواهد داشت براي ميراكردن اين نوسانات و بهبود عملكرد ديناميكي سيستم تكيه صرف بر تحليل سيگنال كوچك ممكن است كافي نباشد روش جديدي مبتني بر تركيب تحليل سيگنال كوچك و تكنيك تبديل سري فوريه گسسته DFT جهت تعيين مشخصه ميرايي جريان روتور حين وقوع اختلالات بزرگتر پيشنهاد ميشود در اين روش طيف فركانسي يك سيگنال كه از تحليل فوريه به دست ميآيد اطلاعات مربوط به ميرايي هر مؤلفه فركانسي را به دست ميدهد بنابراين در اين رساله براي بهبود رفتار ديناميكي سيستم DFIG با استفاده از بهينهسازي چند هدفه بر اساس الگوريتم تركيبي بالا تنظيم بهينه پارامترهاي كنترلكنندههاي PI سيستم به دست ميآيد مسأله بهينه با استفاده از الگوريتم NSGA II كه ويرايشي از الگوريتم ژنتيك است و براي حل مسائل بهينهسازي با معيارهاي چندگانه طراحي شده است حل ميشود هدف اصلي سيستم كنترل افزايش ميرايي سيستم به همراه تضمين وجود حاشيه پايدار مطمئن است تحليل مقادير ويژه و شبيهسازيهاي زماني نشان ميدهد كه روش بهينهسازي پيشنهادي منجر به پاسخهاي ديناميكي بهتر سيستم در مقايسه با روشهايي كه تنها متكي به تحليل سيگنال كوچك هستند ميشود در ادامه روش تحليل حساسيت مسير حالت جهت استخراج پارامترهاي كنترلي كه داراي تأثير بيشتري در رفتار ديناميكي سيستم هستند به كار گرفته شده و مشخص شده است كه در بين پارامترهاي كنترلي سيستم چهار پارامتر بيشترين تأثير را روي عملكرد ديناميكي سيستم داراست بنابراين الگوريتم تنظيم بهينه پارامتر پيشنهادي با انتخاب تنها اين چهار پارامتر كنترلي به عنوان مجهولات مسأله بهينهسازي اصلاح ميشود معرفي تئوري انشعابات و كاربرد آن بر روي سيستم DFIG از ديگر تحقيقات اين رساله است كه توسط آن تأثير تغيير پارامترهاي سيستم اعم از پارامترهاي كنترلي و غيركنترلي در رخداد انواع انشعابات در سيستم مورد بررسي قرار گرفته است همچنين به كمك اين تئوري روشي جهت استخراج محدوده پايدار پارامترهاي كنترلي سيستم به صورت يك دو سه و چهار پارامتري ارائه ميشود اين اطلاعات ميتواند در زمان جستجوي پارامترهاي كنترلي در الگوريتم تنظيم بهينه پارامترها مفيد واقع شود بسته پيشنهادي شامل روش و تعيين محدوده پايدار پارامترهاي كنترلكنندهها مبتني بر تئوري انشعابات تعيين پارامترهاي مؤثرتر مبتني بر تحليل حساسيت مسير حالت و تعيين مقادير بهينه پارامترهاي كنترلي مبتني بر بهينهسازي چند هدفه با استفاده از تحليل سيگنال كوچك و تحليل DFT شكل موج زماني جريان روتور براي اولين بار در بهبود عملكرد ديناميكي سيستم DFIG استفاده شده است
چكيده انگليسي :
182 Dynamic Performance Improvement of a DFIG Based WT by the Optimization Tuning of the Controller Parameters Using Trajectory Sensitivity Analysis and Bifurcation Theory Mehran Zamanifar m zamanifar@ec iut ac ir April 24 2014 Department of Electrical and Computer EngineeringIsfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranSupervisor Mohammad Esmail Hamedani Golshan hgolshan@cc iut ac irSupervisor Hamid Reza Karshenas karshen@cc iut ac irAdvisor Ahmad Reza Tabesh a tabesh@cc iut ac irDepartment Graduate Program Coordinator Mohammad Ali KhosraviFardAbstract In the development of wind turbine technologies nowadays doubly fed induction generators DFIGs are becoming the dominant type due to their advantages of variable speed operation four quadrant active and reactive power capabilities independent control of their active and reactiveoutput powers high energy efficiency and low size converters Due to the popularity and wideusage of DFIG systems for wind energy generation nowadays control systems suitable for thisapplication have been extensively investigated as well The most popular and practical controlscheme of DFIGs is vector control based on proportional integral PI controllers Due to thesimplicity and reliability PI controllers have been popular in the engineering field However adjustment of these parameters is a very important and considerable problem Thereby in thisthesis optimized adjustment of PI controller parameters of wind turbine based on DFIGs isfocused According to the flux continuity principle once a doubly fed induction generator DFIG is subjected to a disturbance for example by a change in the wind speed the stator flux cannotchange instantly This fact causes the appearance of DC component in the stator flux Under thiscondition rotor back EMF voltages reflect the effects of stator dynamics on rotor currentdynamics and have an important role on the oscillations of the rotor current To damp theseoscillations and to improve system dynamic performance focusing only on small signal analysismay not be efficient So in this thesis a new method is proposed based on combination of smallsignal theory and discrete Fourier transform DFT technique to quantify damping characteristic ofrotor current during occurrence of bigger disturbances Base on this method frequency spectrum ofa signal which is available by the help of DFT gives us the information of damping of eachfrequency component So in this thesis to improve the dynamic performance of DFIG system byusing the multi optimization technique based on above mentioned method optimized adjustment ofPI controller parameters are achieved Optimization problem is solved using NSGA II algorithmwhich is a version of genetic algorithm and designed for multi objective optimization problems Considering small signal stability the main purpose of the control system in the present thesis is toincrease the system damping ratio as well as to guarantee enough stability margin Eigenvalueanalysis and time domain simulations have been presented to demonstrate that the proposedoptimization method yields better control performance in comparison with one designed usingmere eigenvalue relocation In the following in order to find which controller parameters are themost effective ones trajectory sensitivity analysis is used It is shown that four control parametershave the most effect on the dynamic performance of the system Thereby optimization adjustmentalgorithm with these four controller parameters is corrected Introduction of the bifurcation theoryand the use of this theory on the DFIG system are another research subjects that is followed in thisthesis The influence of control and non control parameters in the occurrence of bifurcations has
استاد راهنما :
محمداسماعيل همداني گلشن، حميدرضا كارشناس
استاد مشاور :
احمدرضا تابش
استاد داور :
مصطفي پرنياني، فريد شيخ الاسلام، محمد دانش
