no-img
پرشیا فایل

تخمین با استفاده از فیلتر کالمن - Estimation using the Kalman filter - پرشیا فایل


پرشیا فایل
اطلاعیه های سایت

گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

تخمین با استفاده از فیلتر کالمن – Estimation using the Kalman filter
zip
بهمن 2, 1396
۱۰,۰۰۰ تومان
۱۰,۰۰۰ تومان – خرید

تخمین با استفاده از فیلتر کالمن – Estimation using the Kalman filter


پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق قدرت -گرایش الکترونیک قدرت

با عنوان:

تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

تخمین با استفاده از فیلتر کالمن

خلاصه پایان نامه به شرح ذیل میباشد:

در این پایان نامه، در فایل شبیه سازی از مدل­های واقعی سیستم فتوولتاییک، توربین بادی و ژنراتور سنکرون که از طریق یک خط انتقال ۶۳ کیلو ولت و یک ترانسفورماتور کاهنده ۶۳/۲۰ کیلو ولت و یک بریکیر سه فاز به بار متصل شده استفاده شد. و به منظور ذخیره بخشی از انرژی الکتریکی تولید شده در سیستم فتوولتاییک از یک باتری شارژر نیز استفاده شد. این باتری شارژر در شرایطی که تولید توان الکتریکی از طریق سایر منابع تولید توان الکتریکی با کاهش مواجه شود می تواند با تزریق توان ذخیره شده به شبکه انرژی الکتریکی مورد نیاز بار سیستم را تامین نماید. سلول فتوولتاییک استفاده شده سیستمی غیرخطی می­باشد که بصورت یک منبع جریان موازی با دیود مدل می­شود. با توجه به پایین بودن ولتاژ خروجی سیستم فتوولتاییک، جهت کاربرد در سیستم توزیع الکتریکی لازم است از یک مبدل boost (افزاینده ولتاژ) در خروجی این سیستم استفاده شود  تا ولتاژ خروجی به مقدار مطلوب برسد. الگوریتم استفاده شده در سیستم سلول خورشیدی الگوریتم P&Oمی باشد.

Estimation using the Kalman filter

در این پروژه سرعت ثابت توربین بادی بر روی ژنراتور القایی مورد بررسی قرار گرفته است. سرعت توربین بادی پس از عبور از یک بهره تناسبی وارد تابع محاسبه کننده سرعت توربین بادی می شود. این تابع یک تابع غیر خطی است که سیگنال خروجی این تابع، به عنوان توان خروجی توربین بادی در نظر گرفته می شود. در ضمن توان مکانیکی ورودی توربین بادی پس از مقایسه با مقدار مرجع سیگنال کنترل تیغه پره توربین را تولید می کند که وارد کنترل کننده PI می شود. سیگنال خروجی کنترل کننده وارد بلوک محاسبه گر ضریب قدرت شده و پس از ضرب شدن در سیگنال توان مکانیکی، سیگنال توان خروجی توربین بادی را تولید می کند که به همراه توان خروجی سیستم فتوولتاییک جهت تامین بار سیستم توزیع تولید می شود.

کلمات کلیدی: سیستم فتوولتاییک، باتری شارژر، توربین بادی، کنترل کننده.

بخشی از مقدمه پایان نامه به شرح ذیل میباشد:

کنترل شارژر دستگاهی است که مابین پنل خورشیدی و باتری قرار می گیرد. وظیفه آن در سیستم های خورشیدی بسیار حیاتی و مهم است زیرا طول عمر باتری سیستم که تقریبا ۳۰ درصد از کل هزینه را به خود اختصاص می دهد، بطور مستقیم به آن وابسته می باشد. چنانچه باتری بیش از حد شارژ گردد و یا اینکه بیشتر از حد ممکن تخلیه شود، آسیب جدی خواهد دید از این جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده می شود که در صورت شارژ یا دشارژ بیش از حد، باتری را محافظت نماید. شارژ کنترلرها بر مبنای این‌که تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می‌شوند.
استانداردهای بین‌المللی شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ۲۵% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند. این موضوع باعث می-شود که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد. جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند. انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز، امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی را تحمیل نماید. کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید. جریان معکوس، مقدار جریانی است که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.

همچنین امروزه نیاز به بهینه‌سازی مصرف انرژی بدون به‌وجود آوردن مشکلات جدید برای مصرف کنندگان امریست ضروری، که در عین حال باید قابلیت اطمینان بالایی هم داشته باشد. بنابراین امروزه  استفاده از سیستم هیبرید گریزناپذیر است، که منجر به استفاده از مصرف کننده های الکتریکی بیشتر و قوی‌تر می‌گردد و در نتیجه انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده افزایش می‌یابد…

فهرست مطالب گرداوری شده در این پایان نامه به شرح ذیل میباشد:

فصل اول:  مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….. ۱

۱-۲- مفهوم حالت شارژ ……………………………………………………………………………………………………… ۳

۱-۳- برسی روشهای تخمین حالت شارژ باتری………………………………………………………………………. ۴

۱-۳-۱- اندازه‌گیری حالت شارژ از طریق ویژگیهای فیزیکی الکترولیت………………………………… ۴

۱-۳-۲- ولتاژ مدار باز……………………………………………………………………………………………………  ۵

۱-۳-۳-  شمارش آمپر ساعت…………………………………………………………………………………………  ۶

۱-۳-۴- تخمین با استفاده از منطق فازی…………………………………………………………………………… ۷

۱-۳-۵- شبکه های عصبی مصنوعی………………………………………………………………………………… ۸

۱-۳-۶- تخمین با استفاده از فیلتر کالمن …………………………………………………………………………. ۹

۱-۴ -کنترل حالت شارژ………………………………………………………………………………………………….. ۹

فصل دوم: منابع تولید پراکنده………………………………………………………………………………..  ۱۱

۲-۱- بحران انرژی در جهان……………………. ………………………………………………………………………..  ۱۱

۲-۲- منابع تولید پراکنده…………………… ………………………………………………………………………………. ۱۲

۲-۳- فناوریهای تولید پراکنده………………….. ………………………………………………………………………… ۱۳

۲-۴- انرژی باد و نیروگاه بادی- سلول های خورشیدی و بررسی سیستم های فتوولتائیک(PV) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14

۲-۴-۱-  انرژی باد و نیروگاه بادی………. ………………………………………………………………………. ۱۴

۲-۴-۲- تار یخچه استفاده از انرژی باد….. ……………………………………………………………………… ۱۵

۲-۴-۳-  مزایای نیروگاههای بادی………….. ……………………………………………………………………. ۱۶

۲-۵- توربین بادی…………………… ………………………………………………………………………………………  ۱۹

۲-۵-۱- کاربرد توربینهای بادی………………. …………………………………………………………………..  ۱۹

الف- کاربردهای غیرنیروگاهی …………………….. ……………………………………………………………… ۱۹

ب – کاربردهای نیروگاهی…………………. ………………………………………………………………………… ۱۹

۲-۵-۲- انواع توربینهای  بادی………………………………………………………………………………………. ۲۰

۲-۵-۲-۱- تقسیم بندی از حیث اندازه…………………………………………………………………………… ۲۰

  1. توربین های کوچک (small)………………….. ……………………………………………………………. 20
  2. توربین های متوسط (medium)……….. ………………………………………………………………….. 20
  3. توربین های بزرگ (large) ……. ………………………………………………………………………………20

۲-۵-۳-  بادها و توربینهای بادی………. …………………………………………………………………………. ۲۱

۲-۵-۴ – انرژی دریافتی از توربین…………… …………………………………………………………………… ۲۳

۲-۲-۵- توان پتانسیل توربین………………… …………………………………………………………………….. ۲۳

۲-۵-۶-  ضریب یکپارچگی……………………….. ………………………………………………………………. ۲۵

۲-۵-۷-  برآورد پتانسیل باد……………………… …………………………………………………………………. ۲۶

۲-۵-۸ – ارزیابی آماری داده های باد.. …………………………………………………………………………… ۲۷

۲-۵-۹-  محاسبه انرژی سالانه خروجی یک توربین بادی…………………………………………………. ۲۹

۲-۶- ژنراتور سنکرون  (Synchronous Generator)………………………………………………… 32

۲-۶-۱ رتور در ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………………. ۳۳

۲-۶-۲ ساختمان و اساس کار………………………………………………………………………………………… ۳۴

۲-۷- ژنراتورهای القایی یا آسنکرون……………………………………………………………………………. ۳۵

۲-۷-۱ مشخصه‌های الکتریکی……………………………………………………………………………………….. ۳۶

۲-۷-۲ مزایای ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. ۳۷

۲-۷-۳ معایب ژنراتور القایی…………………………………………………………………………………………. ۳۸

۲-۷-۴ جریان هجومی در بهره‌برداری موازی…………………………………………………………………… ۳۹

۲-۷-۴ اتصال کوتاه سه‌فاز ناگهانی…………………………………………………………………………………. ۴۰

۲-۷-۵ اتصال کوتاه تک‌فاز……………………………………………………………………………………………. ۴۰

۲-۷-۶ پدیده خود تحریکی…………………………………………………………………………………………… ۴۰

۲-۷-۷ سیستم بهره‌برداری و کنترل………………………………………………………………………………… ۴۱

۲-۷-۸ راه‌اندازی………………………………………………………………………………………………………….. ۴۱

۲-۷-۹ بهره‌برداری موازی……………………………………………………………………………………………… ۴۲

۲-۷-۱۰ بارگذاری……………………………………………………………………………………………………….. ۴۲

۲-۷-۱۱ توقف آهسته…………………………………………………………………………………………………… ۴۲

۲-۷-۱۲ از کار افتادن (SHUT DOWN) ………………………………………………………………….. 42

۲-۷-۱۳ توان اکتیو……………………………………………………………………………………………………….. ۴۳

۲-۷-۱۴ نیاز به بانک خازنی………………………………………………………………………………………….. ۴۴

۲-۷-۱۵ اتصال به شبکه و یا منفرد…………………………………………………………………………………. ۴۴

۲-۸- سلول های خورشیدی و بررسی سیستم های فتوولتائیک(PV)…. ……………………………. 46

۲-۹-  سلول خورشیدی……………………… …………………………………………………………………………….. ۴۸

۲-۹-۱-  انواع سلول­های خورشیدی………………. ……………………………………………………………. ۴۸

۲-۹-۲-  ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی……………………………………………………………… ۴۹

۲-۱۰-  پنل خورشیدی ……………………………………………………………………………………………………… ۵۴

۲-۱۱-  نحوه ساخت پنل خورشیدی۲۱۱ واتی………………………………………………………………………. ۵۵

۲-۱۲-  روش­های تولید انرژی خورشیدی …………….. …………………………………………………………… ۵۶

۲-۱۳-  سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic)………………………………………………………………………. 57

۲-۱۳-۱- مزایای نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی………… ………………………………………….. ۶۵

۲-۱۳-۲- معایب نظریه نیروگاههای سلول خورشیدی…… ……………………………………………….. ۶۵

فصل سوم: باتری شارژرها…………………….. …………………………………………………………………. ۶۶

۳-۱-  مبانی سیستم باتری……………. ……………………………………………………………………………………. ۶۶

۳-۱-۱-  سیستم های باتری………………… ………………………………………………………………………. ۶۶

۳-۱-۲-  سلول سرب- اسیدی………. ……………………………………………………………………………. ۶۶

۳-۱-۳-  مشخصه ی تخلیه………………. ………………………………………………………………………… ۶۷

۳-۱-۴-  ملزومات شارژر………………. …………………………………………………………………………… ۶۸

۳-۲- باتری شارژرها…………. ……………………………………………………………………………………………… ۶۹

۳-۲-۱- حالت زیرشارژ…………………….. ……………………………………………………………………….. ۷۱

۳-۲-۲- حالت فوق شارژ………. …………………………………………………………………………………… ۷۲

۳-۲-۳-  شارژ سریع…………. ……………………………………………………………………………………….. ۷۲

۳-۳- ایمنی……………………………… ……………………………………………………………………………………… ۷۳

۳-۳-۱- روش زمین کردن باتریهای ۱۱۰ ولتی…………. ……………………………………………………. ۷۳

۳-۳-۲- زمین کردن سیستم باتری ۴۸ولت………………. ……………………………………………………. ۷۴

۳-۳-۳- سیستم نشان دهنده آلارم باتری…… …………………………………………………………………… ۷۴

۳-۴- سلولهای ترکیب مجدد……………………… ……………………………………………………………………… ۷۵

۳-۵- راه اندازی باتریها ……………………. ……………………………………………………………………………… ۷۷

۳-۵-۱- راه اندازی باتریهای پلانته (سرب- اسیدی)….. …………………………………………………… ۷۷

۳-۵-۱-۱-  آزمایشهای باتری شارژر…………….. ……………………………………………………………… ۷۷

۳-۵-۱-۲- آزمایش های تخلیه (دشارژ) باتری.. ……………………………………………………………… ۷۹

۳-۵-۱-۳- رله اتصال زمین…………… ……………………………………………………………………………. ۷۹

۳-۵-۲- راه اندازی باتریهای آب بندی شده……….. ………………………………………………………….. ۸۰

۳-۶- نقش شارژرها در پست­های برق…………………………………………………………………………………. ۸۰

۳-۷- اصول کار شارژر………….. …………………………………………………………………………………………. ۸۲

۳-۷-۱- حالت شارژ نگهداری ……… …………………………………………………………………………….. ۸۵

۳-۷-۲- حالت شارژ سریع……………. ……………………………………………………………………………. ۸۵

۳-۷-۳- حالت شارژ اولیه…………………………………………………………………………………………….. ۸۶

فصل چهارم: مدل­سازی دینامیکی سلول خورشیدی و توربین بادی…………………… ۸۸

۴-۱ – سلول فتوولتاییک …….. ……………………………………………………………………………………………. ۸۸

۴-۲ – مدل توربین بادی …….. ……………………………………………………………………………………………. ۹۳

۴-۳ مدل باد و مدل شبکه مصرفی…………………………………………………………………………….. ۱۰۱

فصل پنجم: نتایج شبیه سازی شارژر کنترلر سیستم دوگانه خورشیدی و بادی متصل به باتری ……………………………………………………………………………………………………………………………. ۱۰۸

نتیجه گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………………………….. ۱۲۹

مراجع …………………………………………………………………………………………………………………….۱۳۳

 

فهرست جدول ها

جدول ۲-۱  میزان تغییرت دانسیته انرژی دریافتی با تغییر ارتفاع………………………………………………..۲۲

جدول ۲-۲  نسبت انرژی تولیدی به سرعت باد در شرایط استاندارد. …………………………………………۲۳

جدول ۲-۳   منحنی توان توربین مدل NORDEX N-62…. ………………………………………………. 31

جدول ۳-۱  آماری هزینه تولید ۱ کیلووات ساعت از انواع انرژی در سال ۲۰۰۸ در آمریکا……………۵۳

جدول ۵-۱  ویژگی­های الکتریکی سلول خورشیدی مدل BP340… ………………………………………..80

 

فهرست شکل ها

شکل۱-۱ تفسیر تصویری از ظرفیت و حالت شارژ باتری….. ……………………………………………………. ۴

شکل ۲-۱  عامل بوجود آمدن باد…………………………………………………………………………………………. ۱۶

شکل۲-۲ مقایسه قیمت تمام شده تولید انرژی توسط تکنولوژی های مختلف …………………………… ۱۷

شکل ۲-۳ توربین بادی……. ……………………………………………………………………………………………….. ۲۰

شکل ۲-۴ تاثیر ارتفاع در سرعت و انرژی دریافتی از باد.. ………………………………………………………. ۲۲

شکل ۲-۵ نمایی از نمودار گلباد……………. …………………………………………………………………………… ۲۹

شکل ۲-۶  جدول منحنی سرعت- تناوب بعد اعمال ضرایب ویبول.. ……………………………………… ۳۰

شکل۲-۷ مدار معادل یک ژنراتور القایی……………………………………………………………………………….. ۳۶

شکل ۲-۹ سلول­های الف) پولی­کریستال، ب) مونوکریستال ج) پنل حاوی سلول های Amorphous………………………………………………………………………………………………………………….. 49

شکل ۲-۱۰ ساختار اساسی سلول PV………………………………………………………………………………….. 51

شکل ۲-۱۱ یک نمونه مدل سلول خورشیدی………………………………………………………………………… ۵۱
شکل ۲-۱۲  مشخصه­ی الکتریکی ولتاژ جریان  یک سلول خورشیدی………………………………………. ۵۲
شکل ۲-۱۳  مدل الکترونیکی سلول خورشیدی…………………………………………………………………….. ۵۲
شکل ۲-۱۴ تاثیر تغییرات روشنایی بر روی نمودار ولتاژ-جریان در سلول خورشیدی………………… ۵۳
شکل ۲-۱۵ یک نمونه مدل پنل خورشیدی………………………………………………………………………….. ۵۵
شکل ۲-۱۶ مشخصه ولتاژ-جریان یک باتری خورشیدی در یک سطح تابش نور خورشید و در تاریکی………………………………………………………………………………………………………………………………..۶۱

شکل ۲-۱۷  جریان الکتریکی تولید شده در سلول خورشیدی….. …………………………………………… ۶۲
شکل ۳-۱ مقدار ولتاژ باتری شارژرهای مورد استفاده برای شارژ باتری های پلانته در پست فشار قوی……………………………………………………………………………………………………………………………………۷۰

شکل۳-۲  نمونه از یک شارژر مورد استفاده در پست برق…. …………………………………………….. ۸۰
شکل ۴-۱ مدل مداری سلول خورشیدی……………. ……………………………………………………………….. ۸۸

شکل ۴-۲ دیاگرام I-V ویژگی الکتریکی ماژول PV در شرایط نامی…….. ……………………………….. ۹۱

شکل ۴-۳ دیاگرام P-V ویژگی الکتریکی ماژول PV در شرایط نامی…. …………………………………. ۹۲

شکل ۴-۴ زاویه چرخش تیغه………………………………………………………………………………………… ۹۴

شکل ۴-۵ ضرایب توان در برابر زاویه چرخش تیغه…… …………………………………………………………. ۹۴

شکل ۴-۶- شکل موج توان توربین بادی برحسب سرعت آن…………………………………………………. ۹۵

شکل ۴-۷- مدل سیمولینکی توان تولیدی توربین بادی…………………………………………………………… ۹۷

شکل ۴-۸- بلوک دیاگرام کنترل توان توربین و کنترل زاویه گام……………………………………………… ۹۸

شکل ۴-۹- صفحه اصلی مدل سازی سیستم……………………………………………………………………….. ۱۰۰

شکل ۴-۱۰- مدل باد به کار گرفته شده در شبیه سازی………………………………………………………… ۱۰۲

شکل ۴-۱۱- مدل شبکه برق مصرفی برای اتصال به واحد تولیدی………………………………………… ۱۰۲

شکل ۴-۱۲- نتایج مدل سازی به روش اول  (π)………………………………………………………………… ۱۰۴

شکل ۴-۱۳ ترکیب تولیدکننده انرژی بادی و سلول خورشیدی…….. ……………………………………… ۱۰۶

شکل ۵-۱ بلوک دیاگرام مدل شبیه سازی شده…………………………………………………………………….. ۱۰۹

شکل ۵-۲ بلوک جریان خروجی فتولتائیک………………………………………………………………………….. ۱۱۰

شکل ۵-۳ مدل شبیه سازی شده پنل خورشیدی ۶۷ آرایه ای…………………………………………………. ۱۱۱

شکل ۵-۴ مدل شبیه سازی شده باتری……………………………………………………………………………….. ۱۱۲

شکل ۵-۵ مدل شبیه سازی شده اینورتر………………………………………………………………………………..۱۱۳

شکل ۵-۶ مدل شبیه سازی منبع سه فاز  ac……………………………………………………………………….. 114

شکل۵-۷ نمودار توان تولیدی سلول خورشیدی، توربین بادی و توان عبوری از خط انتقال سیستم…………………………………………………………………………………………………………………………….. ۱۱۵

شکل ۵-۸  نمودار duty cycle مبدل boost به کار رفته در سیستم.. ………………………………….. ۱۱۵

شکل ۵-۹ ولتاژ خروجی اینورتر متصل شده به خروجی سیستم فتوولتائیک…………………………….. ۱۱۶

شکل ۵-۱۰  نمودار فرکانس کاری سیستم……. ……………………………………………………………………. ۱۱۶

شکل ۵-۱۱ نمودار سرعت روتور ژنراتور بر حسب پریونیت…………………………………………………. ۱۱۷

شکل ۵-۱۲ نمودارهای توان (الکتریکی و مکانیکی)مربوط به توربین بادی، سلول خورشیدی و کل سیستم
تولید انرژی به همراه نمودار زاویه پره توربین بادی (بر حسب درجه)…………………………… ۱۱۷

شکل ۵-۱۳  نمودار aprespont ولتاژ دو سر یکسوساز پل دیودی متصل شده به شده به منبع ولتاژ AC باتری شارژر…………………………………………………………………………………………… ۱۱۸

شکل ۵-۱۴  نمودارهای توان خروجی باتری شارژر……………………………………………………………… ۱۱۹

شکل ۵-۱۵  نمودارهای ولتاژ reelle باتری شارژر………………………………………………………………. ۱۱۹

شکل ۵-۱۶  نمودار secteur ولتاژ ورودی دوسر منبع AC  تامین کننده توان و ولتاژ اولیه باتری شارژر.. …………………………………………………………………………………………………………………….. ۱۲۰

شکل ۵-۷۱  نمودار ولتاژ ورودی باتری شارژر……….. …………………………………………………………. ۱۲۰

شکل ۵-۱۸  نمودار جریان خروجی سیستم فتوولتاییک……… ……………………………………………….. ۱۲۱

شکل ۵-۱۹ نمودار توان اکتیو خروجی سیستم فتوولتاییک…… ………………………………………………. ۱۲۲

شکل۵-۲۰  نمودار خطای توان اکتیو تولیدی سیستم توربین بادی………………………………………….. ۱۲۳

شکل ۵-۲۱  نمودار انحراف توان مکانیکی بین شفت توربین بادی و روتور ژنراتور القایی………… ۱۲۴

شکل ۵-۲۲  نمودار تغییرات جریان سیم پیچی استاتور ژنراتور القایی…………………………………….. ۱۲۵

شکل ۵-۲۳ نمودار ولتاژ سیم پیچی تحریک ژنراتور القایی…. ……………………………………………….. ۱۲۶

شکل ۵-۲۴  نمودار توان اکتیو خروجی سیستم سه فاز………. ……………………………………………….. ۱۲۷

شکل ۵-۲۵  نمودار توان اکتیو بار متصل شده به خروجی سیستم سه فاز………………………………… ۱۲۸

 



دیدگاه ها


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

من ربات نیستم *