برچسب: های مهندسی مکانیک

پایان نامه بررسی گفتمان­های توسعۀ اجتماعی از منظر اعضای هیأت علمی گروه­های علوم اجتماعی دانشگاه­های دولتی استان تهران

 متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته علوم اجتماعی

دانشگاه شاهد

دانشکده علوم انسانی

پایان نامه

جهت دریافت درجۀ ‌کارشناسی ارشد

در رشته علوم اجتماعی

موضوع:

بررسی گفتمان­های توسعۀ اجتماعی از منظر اعضای هیأت علمی گروه­های علوم اجتماعی دانشگاه­های دولتی استان تهران

استاد مشاور:

زمستان 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده و استاد راهنما در سایت درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه 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)

چکیده

     توسعۀ اجتماعی یکی از مهمترین چالش‌های کنونی جوامع در حال توسعه است. زیرا از سویی بیانگر سطح انسجام و ثبات اجتماعی آنها و از سوی ‌دیگر بازگوی ظرفیت‌های انسانی و اجتماعی موجود در این جوامع است. امروزه رابطۀ بین سطح توسعه یافتگی هر کشور و رفاه، آسایش، رضایت اجتماعی، سلامت روحی و روانی و احساس کامیابی شهروندان آن بر هیچ کس پوشیده نیست.  از دهه‌های قبل صحبت توسعۀ اجتماعی در محافل سیاسی و علمی ایران فراوان به گوش می رسید اما به توفیق آنچنانی نرسید. عوامل نرسیدن به توسعه اجتماعی در ایران با فاکتورهای اجتماعی و فرهنگی متعددی در ارتباط هستند. در این تحقیق گفتمان‌های توسعۀ اجتماعی از منظر اعضای هیأت علمی گروه‌های علوم اجتماعی دانشگاه‌ های دولتی استان تهران بررسی شده است. روش تحقیق کیفی است که با استفاده از نظریۀ مبنایی و از طریق مصاحبۀ حضوری با این اساتید انجام شده است. همچنین برای انتخاب مصاحبه شوندگان از روش گلوله برفی استفاده شده است. بر  همین اساس در این تحقیق 20 مصاحبه به عمل آمد که در مجموع زمانی نزدیک به 16 ساعت طول کشید. یافته‌های تحقیق بازگوی آن است که همۀ مصاحبه شوندگان به اهمیت توسعۀ اجتماعی در کشور اعتقاد دارند. آنها لازمۀ رسیدن به توسعه را توجه جدی به حوزۀ اجتماعی و ارتقاء سطح ‌آگاهی و مشارکت واقعی شهروندان در فرایندها و برنامه‌های توسعه می‌دانند.از نظر مصاحبه ‌شوندگان به دلایلی از جمله توسعه نیافتگی‌ فرهنگی، پایین بودن سطح امنیت و اعتماد فردی و اجتماعی، فقدان جامعه ‌مدنی، فاصلۀ بین برنامه‌ها و واقعیت جامعه، بدبینی و شکاف بین مردم و دولت‌ها… جامعه هنوز نتوانسته است به توسعۀ اجتماعی لازم دست پیدا کند. از منظر اطلاع‌رسان‌های این تحقیق رفع این موانع می‌تواندکشور را به توسعۀ اجتماعی برساند در غیر این صورت جامعه در همین وضعیت فعلی درجا خواهد زد و تغییر چندانی نخواهد یافت. مهمترین شاخص‌های لازمۀ توسعۀ اجتماعی از نظر آنها این دو عامل بودند: (1) بازاندیشی در زمینۀ نقش دولت در توسعۀ اجتماعی و (2) تقویت جامعۀ مدنی. اساتید معتقد بودند که دولت در کشور متولی همۀ برنامه‌ها، پروژه‌ها و تصمیم گیری‌هاست. اما برای دستیابی به توسعۀ اجتماعی باید در زمینه حضور دولت در فرایند توسعه تجدیدنظر شود. همچنین در ارتباط با عامل دوم اگر قرار بر کوچک شدن دولت باشد حتماً باید نهادهای‌ مدنی فعال‌تر شوند تا از این طریق دولت بتواند بخشی از وظایف خود را به صورت تدریجی به این قبیل نهادها انتقال دهد.

مفاهیم کلیدی: توسعه، توسعه اجتماعی، اعضای هیئت علمی، گروه علوم اجتماعی.

فهرست مطالب

فصل اولکلیات تحقیق. 1

مقدمه. 2

بیان مسئله. 4

ضرورت و اهمیت تحقیق. 7

اهمیت نظری تحقیق. 7

اهمیت عملی تحقیق. 9

هدف­های تحقیق. 9

هدف کلی. 9

اهداف جزیی:. 10

سؤال­های تحقیق. 10

سؤال اصلی: 10

سؤال­های فرعی:. 10

فصل دوم؛  چهارچوب مفهومی و پیشینۀ تحقیق. 11

تاریخچۀ توسعه و توسعۀ اجتماعی در ایران. 12

چارچوب مفهومی تحقیق …15

گفتمان­های توسعۀ اقتصادی. 18

توسعه از دیدگاه مارکس………………………………………………………………………………….. 23

گفتمان­های نوسازی. 27

نظریۀ نوسازی. 27

نظریۀ وابستگی. 32

نظریۀ نظام جهانی . 38

طبقه بندی کشورها در گفتمان نظام جهانی . 40

نظریۀ تکاملی توسعه……………………………………………………………………………………………..43

گفتمان­های جدید توسعه…………………………………………………………………………………..44

توسعۀ پایدار. 44

توسعۀ انسانی. …………46

گفتمان‌های پساتوسعه‌گرایی…………………………………………………………………………………………………………….47 نقدی برگفتمان­های موجود توسعه در این تحقیق. 49

پیشینۀ عملی تحقیق. 51

پیشینۀ داخلی. 51

پیشینۀ خارجی. 59

تعریف مفاهیم و عملیاتی کردن آن­ها. 67

توسعه. 67

تعریف مفهومی و نظری توسعه. 67

تعریف عملیاتی توسعه. 68

توسعۀ اجتماعی. 68

تعریف مفهومی و نظری توسعۀ اجتماعی. 68

تعریف عملیاتی توسعۀ اجتماعی. 69

شاخص­های توسعۀ اجتماعی. 70

تعریف مفهومی شاخص­های توسعۀ اجتماعی. 70

تعریف عملیاتی شاخص­های توسعۀ اجتماعی. 70

اعضای هیأت علمی. 70

فصل سوم؛ روش شناسی. 71

روش شناسی. 72

شیوۀ انجام تحقیق. 72

نظریۀ مبنایی. 73

جامعۀ آماری. 76

نمونۀ تحقیق. 76

شیوۀ نمونه­گیری در روش گراندد تئوری. 76

نمونه­گیری : شیوۀ انتخاب اطاع­رسان­ها(مصاحبه­شوندگان) در این پژوهش   78

تکنیک جمع­آوری داده­ها. 79

تکنیک گردآوری داده­ها در این پژوهش. 80

اعتبار تحقیق……………………………………………………………………………………………………..80

قلمرو و محدودۀ تحقیق. 81

محدودۀ زمانی تحقیق. 81

قلمروی مکانی تحقیق. 82

محدودۀ محتوایی و موضوعی تحقیق. 82

فصل چهارم؛ تحلیل داده­ها. 83

تحلیل داده­ها. 84

حساسیت نظری. 86

کدگذاری. 87

کدگذاری باز. 87

کدگذاری محوری. 90

پدیدۀ «سنت­گریزی».. 93

پدیدۀ « بی­برنامه‌گی و بلاتکلیفی».. 98

پدیدۀ «طرد اجتماعی و محرومسازی».. 103

پدیدۀ « تنبلی، بی­خیالی و بدبینی».. 110

 پدیدۀ «فقدان مشارکت اجتماعی».. 117

پدیدۀ «توسعه­نیافتگی ‌فرهنگی».. 122

پدیدۀ «توسعۀ نامتوازن».. 128

پدیدۀ « توسعۀ نیازمحور».. 134

کدگذاری گزینشی. 139

یاداشت تحلیلی………………………………………………………………………………………………………………………………..140

شرح توصیفی یا روایت داستان تحلیل داده‌های این تحقیق……………………………………………………………………….140

فرایند حرکت از توصیف به مفهوم پردازی……………………………………………………………………………………………141

مقولۀ مرکزی. 143

شرایط علّی پدیدۀ « توسعۀ اجتماعی». 144

شرایط مداخله‌گر پدیدۀ « توسعۀ اجتماعی». 147

راهبردهای پدیدۀ « توسعۀ اجتماعی». 150

پیامدهای پدیدۀ « توسعۀ اجتماعی». 151

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری. 153

بحث و نتیجه­گیری. 154

پیشنهادات. 161

منابع. 162

پیوست

فهرست جداول

جدول شمارۀ 2-1 مقایسۀ ویژگی­های دو انگارۀ سنتی و مدرن توسعه………………………………………………………46

جدول شمارۀ 4-1 داده­های اولیه………………………………………………………………………………………………………88

جدول شمارۀ 4-2 مقوله­ها………………………………………………………………………………………………………………89

جدول شمارۀ 4-3 شیوه مفهوم سازی از داده‌‌های خام…………………………………………………………………………..89

جدول شمارۀ 4-4 پدیده‌‌ها………………………………………………………………………………………………………………90

جدول شمارۀ 6 جدول مفاهیم…………………………………………………….. ………………………………………………..169

جدول شمارۀ 7 جدول مقوله ها………………………………………………….. …………………………………………………191

جدول شمارۀ 8  چک لیست سؤال‌ها……………………………………………………………………………………………….198

جدول شمارۀ 9 اسامی اساتید مصاحبه شونده و زمان مصاحبه ………………………………………………………………201

  فهرست نمودارها

نمودار شماره 3-1 فرایند تدوین نظریه……………………………………………………………………………………………….82

نمودار شمارۀ 4-1 مدل پارادایم……………………………………………………………………………………………………….93

نمودارشمارۀ 4-2 مدل پارادیمی پدیدۀ « بی‌توجهی به سنت‌ها و بافت فرهنگی = سنت‌گریزی »……………………97

 نمودارشمارۀ 4-3  مدل پارادایمی ‌پدیدۀ  « بی برنامه‌گی و بلاتکلیفی»…………………………………………………….98

نمودارشمارۀ 4-4  مدل پارادایمی پدیدۀ « طرد اجتماعی و محروم سازی»………………………………………………103

نمودار شمارۀ 4-5. مدل پارادایمی پدیده‌ی « تنبلی، بی خیالی و بدبینی مردم»………………………………………….110

نمودار شمارۀ 5-6  مدل پارادایمی پدیده « فقدان ‌مشارکت اجتماعی». ………………………………………………….117

نمودار شمارۀ 4-7 مدل پارادایمی‌پدیده « توسعه نیافتگی‌فرهنگی»…………………………………………………………122

نمودار شمارۀ 4-8 مدل پارادایمی‌پدیده « توسعۀ نامتوازن»…………………………………………………………………..128

نمودار شمارۀ 4-9  مدل پارادایمی‌پدیده « توسعۀ نیازمحور»………………………………………………………………..134

نمودار شمارۀ 4-10 مقوله هسته‌‌‌ای : توسعۀ اجتماعی………………………………………………………………………….142

مقدمه[1]

    در طول تاریخ و از دیرباز همیشه مفهومی‌از پیشرفت و ترقی در ذهن بشر وجود داشته است. اما مفهوم امروزی توسعه‌ که دارای بار معنایی مشخصی می‌باشد قدمت آنچنانی ندارد. شاید اگر بخواهیم معنایی تخصصی برای‌‌‌این مفهوم پیدا کنیم باید به دوران بعد از مدرنیزاسیون اشاره کرد، که به تدریج‌‌‌این اصطلاح در راستای اهدافی خاص به کار برده شد. توسعه در ابتدا یعنی در دهه‌‌های 1960-1970 در معنای توسعۀ اقتصادی به کار برده می‌شد به تدریج وارد حوزه‌‌های دیگر اجتماعی، سیاسی و  فرهنگی شد. در جریان انقلاب صنعتی و تکنولوژیکی با منسوخ شدن شیوۀ زندگی تمدن گذشته و از بین رفتن ارزش‌ها و هنجارهای آن،‌‌‌این مفهوم وارد حوزۀ علوم مختلف شد. در نتیجه مفهوم توسعه از دیگر دستاوردهای مدرنیته است که به همراه مفاهیم وابسته و نزدیک به آن از یک طرف از طریق فرایند استعمار (یعنی عامل بیرونی) و از طرف دیگر از طریق اعزام دانشجو از کشورهای کمتر توسعه یافته به کشورهای قطب اول (یعنی عامل درونی) وارد کشورهای توسعه نیافته شد. می‌توان ادعا کرد که اصطلاح توسعه فریب آمیزترین مفهومی‌است که از طرف کشورهای جهان اول به کار برده شد تا از‌‌‌این طریق بتوانند ضمن‌‌‌اینکه جای پایی محکم برای خود فراهم کنند بتوانند راه نفوذ دستاوردها و محصولات فرهنگی خود را از طریق تهاجم ( اگر خوش‌بینانه نگاه کنیم تعامل فرهنگی) فراهم بسازند. به این خاطر مفهوم توسعه فریب‌آمیز است که  اولاَ با ارزش‌ها و فرهنگ جامعه در ارتباط است، دوماً در درون آن پیچیدگی معنا و محتوا وجود دارد، سوماً به ظاهر مثبت و خواستنی است.

    توسعه دارای ابعاد و جنبه‌‌های مختلف اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و سیاسی است. ‌‌‌این اصطلاح در لغت به معنای گستردن، شکوفا شدن و ترقی یافتن است. بعد از تخصصی شدن در علوم اجتماعی از جنبه‌های مختلفی  مورد بررسی، مطالعه و ارزیابی صاحب نظران‌‌‌این حوزه قرار گرفت. حتی در جریان‌‌‌این کاربرد گسترده، توسعه، به رشتۀ علمی‌تخصصی تبدیل شده و به گرایش‌های مختلفی را در خود پذیرفته است[2]. امروزه‌‌‌این مفهوم به عنوان پیشوند برای موضوعات کمتر تخصصی شده‌ای از جمله توسعۀ صنعتی، توسعۀ علمی‌و توسعۀ ورزشی هم به کار می‌رود. گسترش‌‌‌این کاربردهای مختلف حاکی از اهمیت موضوع توسعه و ابعاد آن است.

    مفهوم و معنای توسعه بر خلاف مفهوم رشد که دارای جنبۀ کمی ‌است از معنای کیفی هم برخوردار است و دارای بار ارزشی می‌باشد. در نتیجه باید دو بعد اساسی برای توسعه در نظر بگیریم؛ یکی‌‌‌اینکه توسعه مقوله‌ای ارزشی است، دیگری‌‌‌اینکه توسعه مفهومی‌چند بعدی است ( ازکیا، غفاری،1386: 24). توسعه بیشتر به معنای تغییر کیفی ارزش‌ها، هنجارها، باورها، افکار، روابط و تعاملات، ساختارها و نظام و تبدیل آن‌ها به شیوه‌ای جدید از سنخ آن‌ها متناسب با شرایط جامعه است. در اغلب نظریه‌های توسعه، توسعه به معنای گذار از جامعۀ سنتی به جامعۀ نوین در نظر گرفته می‌شود؛ از جمله نظریۀ تونیس که توسعه را تغییر جامعه از گمنشافت به گزلشافت می‌داند یا نظریه دورکیم که توسعه را دگرگونی جامعه از حالت مکانیکی به حالت ارگانیکی می‌داند. در نتیجه مفهوم توسعه بر فرایند دگرگونی اجتماعی تأکید دارد. دگرگونی اجتماعی به معنای ‌‌‌ایجاد تغییر در شاخص‌های زندگی، مثلاً کاهش فقر، افزایش رفاه، بهبود سطح زندگی مردم، گسترش آموزش و پرورش و توسعۀ انسانی، افزایش برابری و عدالت، افزایش امید به زندگی، گسترش مشارکت شهروندان در فرایندهای سیاسی، کاهش نابرابری‌‌ها در قدرت، کاهش نابرابری‌های اجتماعی، گسترش آزادی، دسترسی به تسهیلات بهداشتی و سلامتی افراد است. ‌‌‌این جنبه از توسعه در نظریه صاحب نظران علوم اجتماعی بر جنبۀ خاصی از توسعه تاکید دارد که آن را معادل توسعۀ اجتماعی در نظر می‌گیرند.

    پارادایم توسعه از آغاز شکل‌گیری تاکنون گفتمان‌های متعددی در حوزه‌های مختلفی از جمله اقتصاد، سیاست، جامعه شناسی، روان شناسی را در درون خود پرورانده است. همین امر باعث شد که توسعه به یک گرایش مستقل در علوم اجتماعی تبدیل شود و گفتمان‌ها، نظریه‌ها و متفکران مخصوص به خود را پیدا کند. یکی از دلایل تعدد بحث‌های توسعه‌ای در بینابینی بودن‌‌‌این رشته می‌باشد. به طورکلی گفتمان‌های مختلفی در زمینۀ توسعه مطرح شده‌اند، هریک از‌‌‌این گفتمان‌ها به فراخور علایق ،تمایلات و توانایی‌های متفکران وابسته به خود به بررسی جامعه و ارزیابی و تجزیه و تحلیل مسائل مختلف اجتماعی دست زده‌اند. هر گفتمانی برای نیل به توسعه و توسعۀ اجتماعی شیوه‌‌های خاص،  طرح‌ها و برنامه‌های  متفاوت، راه حل‌های جداگانه و استدلالات مختلفی برای برخورد با مسائل، آسیب‌ها و تنگناهای اجتماعی ارائه داده است. هدف همۀ گفتمان‌های توسعه ‌‌‌این است که برای محقق نمودن توسعه و ترقی به گونه‌ای خاص جامعه را مهندسی کنند. بنابراین می‌توان خوش بین باشیم و بگوییم گفتمان‌های مطرح شده در حوز‌ۀ توسعه برای رفع مسائل و مشکلات به وجود آمده‌اند و ‌‌‌این اشتراک تمام نظریه های مطرح شده است اما آن‌ها در طرح‌ها، برنامه‌ها و شیوه‌های تصمیم‌گیری با هم متفاوتند. بعضی از ‌‌‌این گفتمان‌ها در واکنش به گفتمان مسلط موجود به وجود آمده‌اند زیرا به زعم آن‌ها گفتمان مسلط نتوانسته جامعه را از ورطۀ مشکلات و مسائل نجات دهد یعنی به تعبیری از مد افتاده شده و باید مدل جایگزین برای آن را پیدا کرد، در نتیجه برای جبران نارسایی‌های گفتمان‌های قبلی، خود برای تحقق توسعه، با برنامه‌ها و طرح‌‌های جدید وارد حوزه نظریه‌پردازی می‌کردند. ‌‌‌این چنین است که در دهه‌های اخیر با تنوع دیدگاه‌ها و متفکران در حوزه‌‌های مختلف توسعه برخورد کردیم.

1-2 بیان مسئله[3]

    نسبی بودن ویژگی اصلی یک مسئلۀ اجتماعی است یعنی فرهنگ و هنجارهای هر جامعه‌ای مسئله دار بودن یک پدیده و یا موضوع‌‌‌ای را مشخص می‌کند و مسئله بر مبنای فرهنگ و هنجارهای آن جامعه تعریف می‌شود. بر همین مبنا توسعۀ اجتماعی در ‌‌‌ایران باید در مطابقت و هماهنگی با نهادها، هنجارها، باورها و رسوم و به طور کلی فرهنگ مردم باشد.

    توسعه [4]مفهوم بسیارگسترده‌‌‌ای است که دارای ابعاد مختلف اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، نظامی، توسعۀ انسانی و توسعۀ پایدار است. بین ‌‌‌این انواع توسعه یک نوع رابطۀ متقابل و هماهنگ وجود دارد. برای رسیدن به توسعه باید تمامی ‌‌‌این انواع به تناسب و هماهنگ با هم در نظر گرفته شوند. « امروزه تلقی ما از مفهوم توسعه، فرایندی همه جانبه است(نه فقط توسعۀ اقتصادی) که معطوف به بهبودی تمامی ‌ابعاد زندگی مردم یک جامعه ( به عنوان لازم و ملزوم) است. »(دعائی ،1385: 7). شیخی توسعه را جریانی می‌داندکه مستلزم ‌سرمایه، همکاری، نظارت ‌مستمر و مدیریت مطلوب می‌داند. از نظر او چنین ‌جریانی هنگامی‌که بخش‌های ‌مختلف اقتصادی-اجتماعی یک جامعه دارای همکاری‌های همه جانبه باشند، صورت می‌گیرد(1385: 168). « بنابراین، توسعه زمانی تحقق پیدا خواهد کرد که همۀ وجوه و جوانب آن همراه با یکدیگر و رو به جلو در تحقق باشند» (میرهاشمی‌ و دیگران، 1387: 170). امروزه توسعه در حوزه‌های مختلف به کار بسته می‌شود. ضرورت مطالعه و بررسی ‌‌‌این حوزه جهت شناخت آن‌ها و تلاش در جهت رفع‌ موانع توسعه، پیشرفت و ترقی ‌انسان و جامعۀ ‌انسانی امروزه بر همگان آشکارگشته است و ارتباط تنگاتنگ توسعه با زندگی بشر را نشان می‌دهد. به طوری‌که امروزه در زمینه‌های مختلف توسعه مقالات، پایان‌نامه‌ها و تحقیقات مختلف نوشته شده است. یکی از مهمترین ابعاد توسعه، توسعۀ اجتماعی[5] است.

    در یک  نظر  می‌توان گفت تمام تلاش‌ها در زمینه توسعه و پیشرفت یک جامعه از نوع توسعۀ اجتماعی است؛ به عبارت دیگر توسعۀ اجتماعی به مثابه یک کل یکپارچه رویکردی مستقل است که در آن هم توسعۀ اقتصادی لحاظ می‌شود و هم سایر انواع توسعۀ سیاسی، فرهنگی و… . توسعۀ اجتماعی هم به معنای مجموعۀ تغییر و تحولات ساختاری در ساختارهای فرهنگی، اجتماعی، سیاسی و اقتصادی جامعه تلقی می‏شود و هم می‌تواند یکی از پیامدهای توانایی و ظرفیت جامعه در سازمان‏دهی به توانمندی انسان‌ها و منابع مولد برای مواجهه با فرصت‌ها و چالش‏ها پیشرو باشد. در معنای تخصصی توسعه، توسعۀ اجتماعی یعنی تغییر در مولفه‌های اساسی زندگی انسان از جمله کاهش فقر، کاهش بیکاری، افزایش درآمد… است. یعنی رسیدن به ارزش‌های مطلوب زندگی اجتماعی. ازکیا و غفاری معتقد هستند که توسعۀ اجتماعی با چگونگی وشیوۀ زندگی افراد در جامعه رابطه‌ای نزدیک و تناتنگ دارد. آن‌ها‌‌‌این بعد از توسعه را ناظر بر بالا بردن سطح زندگی می‌دانند که می‌تواند شرایط مطلوب و بهینه‌ای فراهم کند (1386: 47). «توسعۀ اجتماعی درپی ‌‌‌ایجاد بهبود در وضعیت اجتماعی افراد یک جامعه است که برای تحقق چنین بهبودی در پی تغییر در الگوهای دست و پاگیر و زاید رفتاری، شناختن و روی آوردن به یک نگرش، آرمان و اعتقاد مطلوب‌تری است که بتواند پاسخگوی مشکلات اجتماعی باشد »(ازکیا،1379: 19).

    موسایی توسعه را در سه سطح پیگیری و طبقه بندی کرد: سطح توسعه شاخص‌های رفاه اجتماعی و کیفیت زندگی، سطح پیامدها و کاربردها و سطح نتایج مطلوب اجتماعی مثل برنامه‌ریزی و یا مشارکت در جهت توسعه. او هدف اولیه هر برنامه توسعه را رفع نیازهای اولیه و اساسی مردم جامعه می‌داند تا از‌‌‌این طریق بتوانند به توسعۀ همه جانبه کمک کند. هدف اساسی توسعه از نظر او ارتقائ سطح و کیفیت زندگی افراد است(1388: 103). ‌‌هایامی‌تعریفی دیالکتیکی از مفهوم توسعۀ اجتماعی ارائه می‌کند. او توسعۀ اجتماعی را تکامل دیالکتیکی بین اجزای مولفه‌های نظام اجتماعی می‌داند. او اجزای نظام اجتماعی را شامل دو زیر نظام الف) فرهنگی-ارزشی، و ب) زیرنظام اقتصادی می‌داند که زیرنظام فرهنگی-ارزشی دارای دو جزئی فرهنگ و نهادها است که‌‌‌این دو جزء مولفه‌‌هایی مانند قوانین و نظام ارزشی را در بر می‌گیرد. زیرنظام اقتصادی دارای دو بعد فن آوری و منابع است. در نتیجه اجزای نظام اجتماعی عبارت‌اند از نهادها، فرهنگ، فن آوری و منابع که دارای ارتباط متقابل و دیالکتیکی با هم هستند و از این طریق جامعه را به تکامل و توسعه مواجهه می‌گردانند (1386: 39).

    اهمیت توسعه باعث شده که از چند دهه قبل کشورهای مختلف جهان به طرق مختلف وارد فاز توسعه شوند. اکثر ‌‌‌این کشورها حاضر به تغییر دادن و دگرگون کردن ساختارها و ارزش‌های حاکم بر جامعۀ خود شده‌اند تا بتوانند از ‌‌‌این طریق ترقی و پیشرفت برای جامعه خود حاصل کنند. یکی از ‌‌‌این کشورها که بیش از یک قرن است خود را با آن درگیر کرده ‌‌‌ایران است. ‌‌‌ایران از عصر قاجار پی درپی با ‌‌‌ایجاد تغییرات و اصلاحاتی و مبارزه با موانع آن دست و پنجه نرم می‌کرد. بعد از ‌‌‌این دوره است که دست به نوسازی در بعضی زمینه‌ها زده می‌شود.

    از اولین تلاش­ها برای نوسازی در ‌‌‌ایران باید به تلاش­های عباس میرزای قاجار بعد از شکست در جنگ با روس که عامل شکست ‌‌‌ایران را مجهز بودن روس‌‌ها به تجهیزات و جنگ افزارهای مدرن می‌دانست یا تلاش گستردۀ امیرکبیر در دوران صدارت سه سال و سه ماه خود برای نوسازی در زمینه‌های مختلف اجتماعی، فرهنگی و نظامی‌در دورۀ پادشاهی ناصرالدین شاه اشاره کرد. اگر چه نوسازی‌های آن‌ها به دلیل ‌‌‌این­که دست عده‌ای را از رسیدن به منافع خود کوتاه می‌کرد بعد از آن‌ها ادامه پیدا نکرد و در هر دو مورد سیاست‌های اصلاحی آن‌ها از طرف حکومت مرکزی پشتیبانی نمی‌شد ولی نیاز به دگرگونی درکشور و عقب ماندگی‌‌‌ایران نسبت به همسایه‌‌ها را آشکار کردند.

    نوسازی امری است که به ‌‌‌ایجاد تغییر درحوزه‌های مختلف زندگی اجتماعی منجر می‌شود. برای رسیدن به توسعه، تغییر و دگرگونی لازم و ضروری به نظر می‌رسد به طوری که دستیابی به امر توسعه و نوسازی ساختارها به ‌اندازه‌ای پر اهمیت جلوه داده شده که مسئولان و دست‌اندرکاران اکثرکشورهای درحال توسعه وکم توسعه دستیابی به این هدف را تنها راه علاج و چارۀ خود در رفع مشکلات اجتماعی و اقتصادی مختلفی جامعۀ خود می‌دانستند. از جملۀ‌‌‌این  مشکلات  می‌توان به وجود فقر گسترده، بیکاری، محرومیت، وکمبودهای غذایی اشاره کرد. «رهبران سیاسی و نخبگان اجتماعی جهان سوم در نیمۀ دوم قرن بیستم، صنعتی شدن ( لازمۀ نوسازی و توسعه) را اکسیری تلقی می‌کردند که از طریق آن رفع مشکلات اقتصادی و اجتماعی نظیر فقر، بیکاری و عدم امنیت درکوتاه‌ترین مدت ممکن میسر می‌شود » (زاهدی،1390: 133).

    به تبعیت از ‌‌‌این سیاست، زمام داران وقت‌‌‌ایران دستیابی به امر توسعه و نوسازی ساختارهای کشور را به صورت نظری در دستور کار خود قرار داده‌اند ولی ‌‌‌این مهم تا دهه‌ها بعد به صورت عملی و به طور مؤثر مورد توجه قرار نگرفت و در بعضی موارد که دست به اصلاحاتی زده شد با موانع بزرگ فرهنگی و انسانی مواجه می‌شد. کشور ما در دهه‌های اخیر تلاش بسیار کرده تا در حوزه‌های مختلف توسعه لازم را علارغم مشکلات متعدد و متنوع کسب کند. در دورۀ پهلوی اول و دوم تلاش‌هایی برای نوسازی کشور یا به تعبیری غربی کردن کشور انجام شده است. البته باید اشاره کردکه در این دوره آن چیزی که بیشتر مورد توجه بود جنبه سخت افزاری توسعه، صنعت و تکنولوژی بود تا توجه به بعد نرم افزاری آن. موفقیت توسعه در گرو توجۀ همزمان به هر دو بعد سخت افزاری و نرم افزاری توسعه است. چرا که نرم افزارها یعنی فرهنگ و ارزش‌ها و شرایط  جامعه باید مهیای تغییر و دگرگونی و یا پذیرش سخت افزارها باشد. توسعه بدون توجه همزمان به هر دو بعد میسر نمی‌شود. همان طور که دیدیم در دوران رضاه شاه و محمدرضاه شاه مشکلات فراوانی در نتیجۀ اهمال کاری در این حوزه برای جامعه‌‌‌ایجاد شد و در بعضی زمینه‌ها نه تنها توسعه‌ای‌‌‌ایجاد نشد بلکه مشکلات عدیده‌ای برای مردم به وجود آورد. در این دوره مبارزۀ بین فرهنگ سنتی حاکم بر ساختار جامعه و فرهنگ مدرن و سرمایه‌داریانۀ وارداتی و به تبع آن مبارزۀ فکری و‌اندیشه‌ای حاصل از آن را در بین مخالفان و موافقان آن مشاهده می‌کنیم. البته باید اشاره کنیم که در این دوره پیشرفت‌هایی حاصله شده و در نتیجه فرهنگ پذیرش مسالمت آمیز ابزارهای و تکنولوژی‌‌های مدرن در جامعۀ سنتی‌‌‌ایران در دوره‌های بعد فراهم شد.

    در مقابل‌‌‌این سیاست، در دوره‌های بعد از انقلاب رویکردی تقریباً مخالف در میدان توسعه در پیش گرفته شد؛ به این منوال که دست‌اندرکاران امر توسعه بیشتر به گفتمان فرهنگی و ارزش‌های حاکم بر جامعه توجه می‌کردند به طوری که آن جنبه از صنعت را وارد فرایند توسعه سازی کشور می‌کردند که با ارزش‌های حاکم بر جامعه در ستیز نباشند. در این دوره برای بعضی از صنایع و فن آوری‌‌ها خطوطی قرمز  قرار دادند که گذر از آن‌ها جرم و مخالف منافع ملی تلقی می‌شد. امروزه هم چنان توجه به فرایند توسعه درکانون نظریه و برنامه‌های کشور قرار دارد. برای رسیدن به توسعه، گفتمان‌ها، رویکردها و نگاه‌های مختلفی به وجود آمده است. به تعبیری گفتمان‌های توسعۀ اجتماعی متأثر  از سلیقه‌ها و علایق مختلف صاحب ‌نظران و برنامه‌ریزان و تصمیم‌ ‌سازان امور توسعه ‌است. بنابراین، از آنجایی ‌که سیاست توسعه در کشور ما با تغییر ساختارهای سیاسی جامعه تغییر می‌کند لازم است که دیدگاه اساتید که جریان ‌سازان و کنشگران اصلی در‌‌‌ایجاد فضای فکری و فرهنگی در این زمینه‌اند مورد تحقیق و بررسی قرار گیرد. در نتیجه مسئله‌‌‌این تحقیق بررسی‌‌‌این موضوع‌‌‌این است که از بین گفتمان‌های[6] مختلفی که در زمینه توسعه مطرح شده‌اند از نظر اعضای هیأت علمی‌گروه‌های علوم اجتماعی دانشگاه‌های استان تهران، جامعۀ‌‌‌ایران کدام گفتمان توسعه را بیشتر پذیرفته است؟ و چگونه ‌می‌کوشد که ‌در ابعاد مختلف، شرایط مورد نیاز جامعه را برای توسعه و پیشرفت آماده کند؟

1-3  ضرورت و اهمیت تحقیق[7]

 1-3-1  اهمیت نظری تحقیق

    نظریه‌های اجتماعی مختلف به شیوه‌های متفاوت موضوع توسعۀ اجتماعی را مد نظر قرارداده‌اند. دلیل‌‌‌این امر آن است که از یک طرف مفهوم توسعۀ اجتماعی پیچیده و چند بعدی است و از طرف دیگر در علوم مختلف کاربردهای متفاوتی از آن به کاربرده شد. امروزه یکی از مهمترین رویکردها به توسعه‌‌‌این است که جوامع از نظر شاخصه‌های اجتماعی  توسعه درچه مرتبه‌ای قرار دارند. شاخصه‌های اجتماعی مختلفی وجود دارد که از مهمترین آن‌ها می‌توان به امید به زندگی، نرخ مرگ و میر، میزان باسوادی، سطح درآمد، رشد اقتصادی و میزان رفاه اشاره کرد.

    از زمان پیدایش علم جامعه شناسی و گرایش‌های مربوط به آن از جمله توسعه، رهیافت‌های متفاوتی در زمینۀ توسعه مطرح شد. هرکدام از‌‌‌این رهیافت‌ها در دوره‌های مختلف و جوامع گوناگون به کارگرفته شده‌اند. در‌‌‌ایران نیز از زمان پیدایش اولین جرقه‌های توسعه و نوسازی تا به امروز نگاه‌های مختلفی نسبت به آن شکل گرفته است. هر کدام از‌‌‌این نگاه‌ها به نوعی بهبود زندگی انسان‌ها را در نظر می‌گرفتند و هرکدام با نگاهی متفاوت مولفه‌های توسعۀ اجتماعی، که در بالا ذکر شده‌اند، را مد نظر قرار می‌دادند. همیشه بین‌‌‌این شاخص‌ها ارتباط متقابل وجود داشته ولی امروزه با پیچیده‌تر شدن زندگی اجتماعی‌‌‌این همبستگی و ارتباط هم پیچیده‌تر شد. تنوع رویکردها و رهیافت توسعه نشانگر‌‌‌این ارتباط متقابل است زیرا زندگی اجتماعی به قدری دارای پیچیدگی است که با یک رویکرد فکری و از یک زاویه نمی‌توان آن را بررسی و مطالعه کرد. در نتیجه تنوع رویکردها نتیجۀ تنوع نگاه‌ها به امر توسعۀ اجتماعی و پیچیدگی‌‌‌این امر است. کاربرد همین نگاه‌های متفاوت باعث شده در‌‌‌ایران در هر دوره‌ای به جنبه‌هایی از توسعه توجه شود و جنبه‌های دیگری نادیده گرفته شوند. در این زمینه می‌توان با نگاهی به سیاست‌های توسعه‌ای در دورۀ قاجاربه، پهلوی و جمهوری اسلامی‌صحت‌‌‌این امر را متوجه شد. به طوری که می‌توان با بررسی زندگی اجتماعی هر دوره تفاوت در توجه به ابعاد توسعه و رویکردها را ملاحظه کرد.

    در زمینۀ توسعه و توسعۀ ‌اجتماعی می‌توان به دیدگاه‌های اساتید و هیأت علمی‌دانشگاه‌ها به عنوان نشر دهندگان اصلی علم و دانش توسعه در هر جامعه‌ای اشاره کرد. به طوری که اگر در جامعه دانشگاه‌های موفق و کارآمد و اساتید برجسته و صاحب نظر وجود داشته باشد توسعه و ترقی آن جامعه می‌تواند با سرعت و سهولت بیشتری به نتیجه برسد. سریع ‌القلم در زمینه اهمیت علم در بحث توسعه معتقد است‌که «توسعه، فرهنگ علمی‌می‌طلبد. علم، زمینه برخورد سازمانی، استدلالی و منظم را با مشکلات و معضلات اجتماعی- اقتصادی فراهم می‌آورد. بنابراین در فرهنگ و آموزش اجتماعی مربوط به توسعه، برخورد علمی‌و مبنای علمی، زمینه ساز تحول دراندیشه‌ها، مکانیسم و روش‌ها است»(1391: 185). با توجه به این نکات در این پژوهش هدف آن است که مفهوم توسعۀ اجتماعی از منظر هیأت علمی‌و اساتید علوم اجتماعی دانشگاه‌های دولتی استان تهران مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. رفع موانع و مشکلاتی که در زمینه توسعه درجامعه ما وجود دارد‌‌‌ایجاب می‌کند که در این باره تحقیق و بررسی به عمل‌‌‌اید. البته تلاش‌‌هایی در این باره صورت گرفته و تحقیقات و مطالعاتی انجام شده است که نشان دهنده اهمیت و ارزشی است که توسعۀ اجتماعی در توسعه کلی کشور دارد. اما در این زمینه باید مطالعات بیشترصورت گیرد تا از‌‌‌این طریق بتوان موانع ساختاری و ارزشی در دستیابی به توسعه و تعالی اجتماعی‌‌‌ایران را از سر راه برداشته و شرایط زندگی شایسته و سزاوار افراد‌‌‌این مرز و بوم را فراهم کرد.

1-3-2 اهمیت عملی تحقیق

  • فراهم کردن زمینه برای پژوهش‌های مهم در زمینه توسعۀ‌ اجتماعی تا از‌‌‌این طریق بتوانیم موانع نرم افزاری و سخت افزاری را در حد توان‌‌‌این تحقیق از سر راه توسعه و بویژه توسعۀ اجتماعی کشور برداشته یا در حد توان به آن‌ها اشاره‌ای کنیم تا شاید توانسته باشیم در این زمینه کمکی به توسعه کشور کرده باشیم.
  • فراهم کردن زمینۀ لازم برای آشنایی بیشتر با ابعاد و جوانب مختلف توسعۀ اجتماعی، شاخصه‌های توسعۀ اجتماعی و تحقیقات مختلفی که در این زمینه انجام شده‌اند تا کسانی که می‌خواهند در زمینۀ توسعۀ اجتماعی قدم بردارند و در این زمینه دست به پژوهش بزنند کار خود را آسانتر دیده و انگیزۀ بیشتری به خود بگیرند.
  • یکی دیگر از ضرورت‌های‌‌‌این تحقیق‌‌‌این است که با انجام آن می‌خواهیم به برنامه‌ریزان امر توسعه کمک کنیم تا در زمینه توسعۀ اجتماعی کشور برنامه‌های بهتر، مهم‌تر و متناسب با شرایط جامعه تدوین، تنظیم و اجرا کنند.
  • آشنایی بیشتر دانشجویان با نظریه‌هایی که در زمینه توسعه و توسعۀ اجتماعی مطرح شده‌اند.
  • و همچنین آشنایی آن‌ها با دیدگاه اعضای هیأت علمی‌در رابطه با توسعه‌ی اجتماعی کشور.

1-3-3 هدف‌های تحقیق[8]

    اهداف تحقیق شامل دو دسته هستند: اهداف کلی و اهداف جزیی. هر تحقیق معمولاً یک هدف کلی دارد و شامل چند هدف جزئی است که هدف‌های جزئی زیر مجموعۀ و مرتبط با هدف کلی تحقیق هستند.

1-3-4  هدف کلی:

  • ارزیابی و تحلیل دیدگاه‌های اعضای هیأت علمی‌گروه‌های علوم اجتماعی دانشگاه‌های دولتی استان تهران در زمینه گفتمان‌های توسعۀ اجتماعی.

1-3-5 اهداف جزیی:

– تعیین گفتمان‌هایی که با شرایط و موقعیت جامعه‌‌‌ایران سازگار بیشتری دارند؛

– تعیین‌‌‌اینکه هیأت علمی‌بیشتر به کدام یک از شاخصه‌های توسعۀ اجتماعی توجه دارد و کدام را مطابق شرایط فعلی جامعه می‌دانند؛

– تعیین‌‌‌این که‌کدام‌گفتمان‌ها بهتر می‌توانند یا توانسته‌اند شرایط توسعۀ ‌اجتماعی را برای جامعه فراهم بیاورند؛

–  مشخص کردن گفتمان و رویکرد توسعه‌ای مسلط جامعه‌‌‌ایران؛

– مشخص کردن مهمترین شاخص به کاربرده شده برای دستیابی به توسعه در جامعۀ‌‌‌ایران؛

– مشخص کردن موانع و مشکلات موجود بر سر راه گفتمان‌های مختلف از نظر هیأت علمی؛

– مشخص کردن نظر هیأت علمی‌دربارۀ به کاربردن نوع غربی توسعۀ اجتماعی در جامعۀ‌‌‌ایران؛

تعداد صفحه :259

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت  serderehi@gmail.com

پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 7

حاصله بیان می‌شود.

4-2- حضور DFIG در کنترل فرکانس سیستم قدرت

در شبیه سازی حاضر، بنا بر این است که پاسخ دینامیکی سیستم قدرت تحت  ضرایب مختلف نفوذ تولید بادی و با داشتن سطوح گوناگونی از پشتیبانی توان اکتیو از جانب DFIG بررسی شود. مدل سیستم قدرت مورد استفاده قرار گرفته در شبیه سازی در شکل2-8 نشان داده شده است. پارامترهای سیستم قدرت دو ناحیه ای حرارتی در جدول-1 در بخش ضمیمه آمده است. هنگامیکه اغتشاش باری سبب بروز افت فرکانس در ناحیه می‌شود، تولیدات سنتی و همچنین مزرعه ی بادی DFIG باید برای پشتیبانی فرکانس توان بیشتری را تأمین نمایند. از مدل خطی شده ی سیستم دو ناحیه ای حرارتی که در فصول قبل معرفی شد، به همراه مدل معرفی شده DFIG برای پشتیبانی توان اکتیو جهت نشان دادن قابلیّت‌های رویکرد کنترلی عنوان شده تحت ضرایب نفوذ مختلف استفاده شده است. تنظیم سیستم‌های دروپ و همچنین محاسبه ثابت لختی شبکه در حضور ضریب نفوذ مشخّصی از تولید بادی مطابق رابطه‌های 3-10 و 3-11 محاسبه می‌شود.
تولید بادی DFIG و پشتیبانی توان اکتیو تأمین شده از جانب آن را می‌توان تحت چند حالت بررسی کرد:
DFIG با ضریب نفوذ مشخّص، هیچگونه پشتیبانی فرکانسی را تأمین نمی‌کند. در چنین شرایطی تمام توان مورد نیاز برای جبران افت فرکانس از ژنراتورهای سنکرون و تولید متداول حاصل می‌شود. اغتشاش باری  معادل با 0.1 مبنای واحد در ناحیه ی 1 که مزرعه بادی در آن واقع شده، در ثانیه 5 شبیه سازی اتفاق می‌افتد. شکل‌های 4-1 و 4-2 منحنی‌های افت فرکانس در دو ناحیه برای ضریب نفوذ مختلف را نشان می‌دهد.
زمانی که DFIG پشتیبانی فرکانس را تأمین نمی‌کند، ضریب نفوذ بیشتر تولید بادی به سبب کاهش بیشتر در لختی سیستم منجر به افت بیشتر فرکانس خواهد شد. علاوه بر این در چنین شرایطی با افزایش ضریب نفوذ و در نتیجه اغتشاش فرکانسی حاد تر، توان بیشتری از طریق تولید متداول تأمین می‌شود. شکل‌های4-3 تا 4-5 تغییر توان ژنراتورهای ناحیه 1 و 2 و همچنین توان انتقالی خط ارتباطی بین ناحیه را نشان می‌دهد.
 
 
 
 
 
شکل 4- 1تغییرات فرکانس ناحیه 1 در حضور سطوح مختلف تولید بادی در سیستم قدرت
شکل 4- 2 تغییرات فرکانس ناحیه 2 در حضور سطوح مختلف تولید بادی در سیستم قدرت
 
شکل 4- 3 تغییر توان ژنراتور ناحیه 1
شکل 4- 4 تغییر توان ژنراتور ناحیه 2
 
شکل 4- 5 تغییرات توان انتقالی خط ارتباطی بین ناحیه‌ای
علاوه بر پشتیبانی فرکانسی که تولیدات متداول انجام میدهند، DFIGs نیز می توانند در کنترل فرکانس مشارکت داشته باشند(شکل 3-9). در شکل‌های 4-6 الی 4-8 پاسخ دینامیکی سیستم قدرت شامل تغییرات فرکانس نواحی و تغییرات توان خط واسط زمانیکه DFIG در کنترل فرکانس مشارکت دارد و نیز زمانی که DFIG  پشتیبانی فرکانسی تأمین نمی‌کند و همچنین پاسخ شبکه بدون حضور هیچگونه تولید تجدیدپذیر (پاسخ پایه) رسم شده و با یکدیگر مقایسه می‌شوند. در شبیه سازی توان اضافی تأمینی برای پشتیبانی فرکانس  معادل با 0.05 مبنای واحد (بر پایه توان نامی مزرعه بادی) به رفرنس توان افزوده شده است. فرض شده است سرعت باد در سراسر مزرعه بادی یکنواخت بوده و معادل با 9.5  باشد و در طول دوره شبیه سازی ثابت باقی ماند. در چنین شرایطی مدت زمانی که طول می کشد سرعت چرخش روتور توربین بادی به مرز 0.7 مبنای واحد (حداقل سرعت) برسد معادل با 58 ثانیه می‌باشد.
ضریب نفوذ تولید بادی در ناحیه 20% در نظر گرفته شده است. همانطور که مشخّص است در حضور تولید بادی DFIG و بدون پشتیبانی فرکانس، افت فرکانس نسبت به پاسخ پایه بیشتر است. در حالتی که DFIG در پشتیبانی فرکانس مشارکت دارد، شبکه پاسخ نسبتاً بهتری دریافت می‌کند.
 
شکل 4- 6 تغییرات فرکانس ناحیه 1 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
شکل 4- 7 تغییرات فرکانس ناحیه 2 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
 
شکل 4- 8 تغییرات توان انتقالی خطوط
با استفاده از تابع پشتیبانی کنترل فرکانس پیشنهادی علاوه بر توان مشخّصی که قبل از بروز اغتشاش DFIG برای شبکه تأمین می‌نمود، تغییر توانی موقّت متناسب با تغییرات فرکانس و همچنین نرخ تغییرات فرکانس جهش افزایش موقّت لختی و ظرفیت تنظیم فرکانس شبکه حاصل می‌شود. با فراهم آوردن این توان اضافی، سرعت روتور کاهش می‌یابد و انرژی جنبشی بیشتری را به شبکه تزریق نموده که منجر به جبران سازی بهتر اغتشاش وارده به سیستم  می‌شود.  در ضریب نفوذ تولید بادی در شبکه ضرب می‌شود تا از توان مبنای مزرعه بادی به مبنای ناحیه تبدیل شود. در ادامه با وارد عمل شدن انتگرال‌گیر‌های کنترل ثانویه تغییرات فرکانس رفته‌رفته کاهش یافته و تقریبا به صفر می‌رسد. در نتیجه تقاضای توان اضافی اکتیو از بین می‌رود و توربین بادی مجدّداً به وضعیت کارکرد معمولی خود وارد شده و سعی در بازیابی سرعت بهینه خود تحت دارد.
شکل‌های 4-9 و 4-10 توان خروجی ژنراتورهای سنکرون در دنبال کردن الگوی بار را در حالاتی که تولید بادی وجود ندارد، ضریب نفوذ DFIG 20% و پشتیبانی فرکانس وجود ندارد و در زمانیکه پشتیبانی فرکانس برقرار هست را با پاسخ پایه مقایسه می‌کند. طبیعتاً زمانی که تابع پشتیبانی فرکانس در DFIG فعّال می‌شود، علاوه بر افزایش توانایی کنترل فرکانس شبکه با کمتر شدن میزان تغییرات توان مکانیکی توربین واحدهای حرارتی، فشار کمتری بر تجهیزات تولید توان متداول نیز وارد می‌آید.
 در نیروگاه‌های بخار حجم قابل توجّهی از بخار در محفظه بخار و باز گرمکن، تأخیری در زمان لازم جهت تغییر توان مکانیکی به وجود می آورد. به همین دلیل واکنش سریع توربین‌های بادی DFIG در تأمین توان اکتیو اضافی و موقّت  برای شبکه، موقعیت خوبی برای کمک به سیستم قدرت در جهت کاهش شدّت افت اولیّه فرکانس پدید می آورد.
شکل‌های 4-11 تا 4-13 پاسخ فرکانسی دو ناحیه و تغییر توان خط انتقالی هنگامیکه مزرعه بادی DFIG پشتیبانی توان اکتیو بیشتری برای شبکه تأمین می کند را نمایش می‌دهد. همانطور که از شکل‌ها استنباط می‌شود با در نظر گرفتن پشتیبانی توان اکتیو بالاتری از سوی DFIG و مزرعه بادی، حضور موثرتر تولید بادی DFIG در کنترل فرکانس اولیّه نیز تضمین می‌شود (ضریب نفوذ تولید بادی 20% می باشد).
 
 
شکل 4- 9 تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 1
 
شکل 4- 10  تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 2
شکل 4- 11 تغییرات فرکانس ناحیه 1
 
شکل 4- 12 تغییرات فرکانس ناحیه 2
شکل 4- 13 تغییرات توان انتقالی بین ناحیه 1 و 2

4-3- مشارکت سیستم‌های خورشیدی در کنترل فرکانس سیستم قدرت

برای نشان دادن طرح پیشنهادی کنترلی، مدل سیستم دو ناحیه ای قدرت به کار رفته در بخش قبل مجدّداً استفاده می‌شود. ساختار پیشنهادی برای کنترل اولیّه فرکانس سیستم خورشیدی را می‌توان در سه بخش مدل کرد. ابتدا یک بهره ثابت که ثابت تنظیم دروپ می‌باشد، تغییرات فرکانس ناحیه را دریافت نموده و متناسب با ضریب تقویت سیگنال تغییرات فرکانس و ثابت دروپ  سیگنال کنترلی جدیدی که مشخّص کننده تغییرات رفرنس توان برای مشارکت در کنترل فرکانس است را به مبدل الکترونیک قدرت اعمال می‌کند. همانطور که ذکر شد، از آنجا که مبدل الکترونیک قدرت دینامیک نسبتاً سریعی دارد از دینامیک آن در مقابل باقی ادوات صرفنظر شده است. در ادامه تغییر توان مزرعه خورشیدی در ضریب نفوذ سیستم خورشیدی در شبکه ضرب شده تا از توان مبنای واحد سیستم خورشیدی به توان مبنای ناحیه، تبدیل گردد. در انتها این تغییر توان سیستم خورشیدی که در پی بروز تغییرات فرکانس در شبکه بوجود آمده بود، به شبکه تزریق می گردد.
گرچه با در نظر داشتن یک محدود کننده برای تغییر تولید سیستم خورشیدی می‌توان سقف تولید را در میزان  محدود کرد، اما در این مطالعه صرفاً بنا بر نشان دادن قابلیّت مشارکت مزرعه خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه گذارده شده است. ضریب نفوذ تولید خورشیدی معادل 10% توان نامی و تنظیم دروپ سیستم خورشیدی  در نظر گرفته شده است. همچنین میزان تابش خورشید در حدی در نظر گرفته شده که تغییر بار اعمالی به سیستم و افت فرکانس ناشی از آن، منجر به اشباع شدن تولید خورشیدی نگردد.
با در نظر گرفتن سیستم کنترلی دروپ شکل (3-17) برای مزرعه خورشیدی شبیه سازی انجام گرفت. در این قسمت سیستم قدرت دو ناحیه ای حرارتی که در بخش قبل استفاده شده، در نظر گرفته شد. مزرعه خورشیدی در ناحیه دوم واقع شده و اغتشاشی باری معادل با 0.1 در مبنای واحد ناحیه به ناحیه 2 اعمال شده است. در نتیجه انحراف فرکانس در شبکه بوجود می‌آید. جهت از بین بردن این انحرافات، علاوه بر پشتیبانی فرکانسی که تولید متداول تأمین می‌کند، مزرعه خورشیدی نیز در کنترل اولیّه فرکانس شرکت دارد. سیستم کنترلی دروپ واحد خورشیدی تغییرات فرکانس را در اندازه گیری کرده و متناسب با تنظیم دروپ تغییر توان خروجی واحد را مشخّص می‌کند این سیگنال کنترلی که حاوی میزان تغییرات توان است، به الگوریتم تعیین سطح جدید رفرنس ولتاژ برای کارکرد مبدل الکترونیک قدرت اعمال می‌شود. در نتیجه متناسب با تغییر رفرنس ولتاژ، خروجی مزرعه خورشیدی تغییر می‌کند.
شکل‌های 4-14 الی 4-16 به ترتیب پاسخ فرکانسی ناحیه 1 و 2 و همچنین تغییرات توان انتقالی خط ارتباطی را در سه حالت نشان می‌دهد. حالت اول مربوط به زمانی است که در شبکه تولید خورشیدی وارد نشده و اغتشاش بار اعمال می‌شود (پاسخ پایه). حالت دوم زمانی است که تولید خورشیدی با ضریب نفوذ 10% در ناحیه دوم مشغول تولید توان می‌باشد. حالت سوم حالتی است که مزرعه خورشیدی پشتیبانی فرکانسی نیز برای شبکه به همراه دارد.
در پی بروز انحراف فرکانس سیستم گاورنر سرعت تولید متداول، خروجی ژنراتور سنکرون را تغییر می‌دهد. در شکل‌های 4-17 و 4-18 تغییرات ژنراتورهای واقع در ناحیه 1 و 2 در کنار الگوی بار در سه حالت بیان شده فوق نشان داده شده است.
 
 
شکل 4- 14 تغییرات فرکانس ناحیه 1 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
 
شکل 4- 15تغییرات فرکانس ناحیه 2 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
شکل 4- 16تغییرات توان انتقالی خطوط برای موارد در نظر گرفته شده
 
شکل 4- 17تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 1
شکل 4- 18تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 2
نتایج نشان می‌دهد که با به کار بردن سیستم کنترلی دروپ برای واحد خورشیدی ظرفیت جدیدی برای حضور مزارع خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه فراهم شده است.

4-4- مشارکت همزمان تولید بادی DFIG و سیستم‌های خورشیدی در کنترل فرکانس سیستم قدرت

در این بخش شبیه سازی تاثیرات استفاده همزمان از تولیدات انرژی تجدیدپذیر در دو ناحیه مورد کنکاش قرار می‌گیرد. مزرعه بادی با ضریب نفوذ 20% در ناحیه 1 و مزرعه خورشیدی با ضریب نفوذ 10% در ناحیه دوم قرار دارند. برای نشان دادن قابلیّت کنترل فرکانس شبکه در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر، وقوع افزایش بار پله ای معادل با 0.1 توان مبنا در هر دو ناحیه در ثانیه 5 شبیه سازی، در نظر گرفته شد.
نتایج حاصله کما فی السابق طی سه حالت بیان شده بررسی می شوند. در شکل‌های 4-19 تا 4-21 پاسخ فرکانسی ناحیه 1 و 2 و تغییر توان خط انتقالی نشان داده شده است. در پی تغییرات فرکانس در شبکه، مزرعه بادی DFIG و همچنین مزرعه خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه شرکت دارند. در نتیجه بخشی از توان لازم برای برقرار مجدّد تعادل تولید و مصرف، توسط منابع تجدیدپذیر شبکه تأمین گشته شکل4-21 و از طرفی همانطور که شکل‌های 4-22 و 4-23 نشان می‌دهد، فشار مکانیکی وارده به توربین ژنراتورهای سنکرون برای جبرانسازی بار نیز کاهش بیشتری نسبت قبل نشان می‌دهد.
وقتی درخواست توان اکتیو اضافی معادل با 0.05 مبنای واحد (بر پایه توان مزرعه بادی) برقرار است به این معنی است که سقف مجاز برداشت از مزرعه بادی نهایتاً می‌تواند 0.05 مبنای واحد قرار گیرد. این میزان در ضریب نفوذ ناحیه ضریب شده و نهایتاً میزان توان اکتیوی که متناسب با کنترلر پیشنهادی به شبکه تزریق شده است را تعیین می‌کند. علاوه بر این متناسب با کنترل دروپی که برای مزرعه خورشیدی معیّن شده بود، توان خروجی سیستم خورشیدی نیز تغییر می‌نماید. این تغییرات توان منابع انرژی تجدیدپذیر هنگام جبرانسازی افزایش بار و مشارکت در کنترل فرکانس، در شکل4-24 نشان داده شده است.
 
 
 
 
شکل 4- 19تغییرات فرکانس ناحیه 1 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
شکل 4- 20 تغییرات فرکانس ناحیه 2 برای حالت‌های در نظر گرفته شده
 
شکل 4- 21تغییرات توان انتقالی خط ارتباطی
شکل 4- 22تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 1
 
شکل 4- 23تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 2
شکل 4- 24 تغییرات توان خروجی منابع تجدیدپذیر با استفاده از برنامه‌های کنترلی پیشنهادی

4-5- استفاده از ذخیره‌ساز باتری در سیستم قدرت

همانطور که ذکر شد، با توجّه به نوسان توان و طبیعت غیر قابل پیش بینی تولید توان بادی بهره‌برداران شبکه ترجیح می دهند برای افزایش قابلیّت تنظیم فرکانس شبکه و جبران کسری تولید احتمالی و یا جذب توان، از ذخیره‌ساز‌ها در کنار تولید بادی جهت نرم کردن توان خروجی بادی استفاده کنند. در همین راستا اثر ورود واحد ذخیره‌ساز انرژی باتری BES به سیستم قدرت مورد بررسی قرار می‌گیرد. علاوه بر استفاده از BES چند حالت برای استفاده از باتری در شبکه با ضریب نفوذ مختلف تولید باد و خورشید در دو ناحیه مطرح می‌شود. با استفاده از تنظیمات هر حالت پاسخ شبکه ثبت و ضبط شده و با توجّه تابع هدف یا شایستگی مناسبی مورد سنجش قرار می گیرند. در اینجا تابع شایستگی می تواند سیگنال خطای متعارفی نظیر IAE، ITAE، ITSE و ISE انتخاب شود. تجربه نشان داده است برای کمینه کردن مقادیر خطا با کمترین دامنه در کم ترین زمان سیگنال خطای ITSE می تواند موفق تر ظاهر شود [69].
فرض برینست که ظرفیت ذخیره ساز در دسترس معادل با 0.1 توان مبنا باشد.این مقدار می تواند در کنار تولید بادی، خورشیدی و یا متناسب با ضریب نفوذ تولیدات تجدیدپذیر در دو ناحیه نصب شود. برای نشان دادن اثر افزایش ضریب نفوذ تولیدات تجدیدپذیر با استراتژی های کنترلی پیشنهادی بر پایداری فرکانسی شبکه ترکیبی نهایی، سناریوهای مورد بررسی قرار گرفتند و مقدار تابع برازندگی متناسب با آنها در جدول 4-1 محاسبه شده است:
جدول 4- 1سناریو‌های باتری در شبکه و مقدار شایستگی متناسب با ضریب نفوذ منابع و باتری

سناریو ض. ن. تولید بادی ض. ن. تولید خورشیدی باتری تماماً در ناحیه تولید بادی باتری تماماً در ناحیه تولید خورشیدی تقسیم ظرفیت ذخیره ساز به نسبت ضریب نقوذ در دو ناحیه
1 0.1 0 0.315124    
2 0.2 0 0.323752    
3 0 0.1   0.292224  
4 0 0.2   0.282575  
5 0.1 0.1     0.276772
6 0.1 0.2     0.267122
7 0.2 0.1     0.285383
8 0.2 0.2     0.275714

 
جدول 4-1 نشان می دهد سناریو شماره 4 که در آن فقط تولید بادی در ناحیه 2 وجود دارد و تمام ظرفیت ذخیره‌ساز در همین ناحیه نصب شده باشد، دارای کمترین میزان سیگنال خطای  است. با توجه به ورود همزمان تولیدات بادی و خورشیدی به شبکه، سناریوی 6 نسبت به باقی حالات از پاسخ دینامیکی نسبتاً بهتری برخوردار است. با توجه به نتایج جدول 4-1 اینطور استنباط می شود با افزایش ضریب نفوذ بادی در حضور طرح کنترلی پیشنهادی پاسخ دینامیکی وضعیت نسبتا حاد تری پیدا می کند. این در حالیست که افزایش ضریب نفوذ خورشیدی و کنترل آن بوسیله سیستم دروپ نه تنها باعث کاهش ظرفیت تنظیم فرکانس نخواهد شد که موجب افزایش ظرفیت تنظیم فرکانس نیز شده است. با مقایسه سناریو های 5 و 8 نیز نتایج مشابهی به دست می آید.

4-6- بهینه‌سازی پاسخ دینامیکی شبکه

همانطور که عنوان شد، پس از بروز انحرافی در بار، برای آنکه فرکانس شبکه بدون داشتن انحراف ماندگاری به مقدار نامی خود بازگردد، حلقه کنترل فرکانس ثانویه می‌بایست با بهره‌هایی بهینه، پاسخگوی این نیاز باشند. به عبارت دیگر هدف در اینجا کم کردن تغییرات فرکانس و توان انتقالی خطوط در کمترین زمان ممکن است. علاوه بر این درین مرحله، میزان توان ذخیره ساز نصب شده در هر ناحیه و نیز ضریب نفوذ تولیدات بادی و خورشیدی جهت داشتن پاسخ دینامیکی بهتر وارد بهینه سازی می گردد. مطمئناً با داشتن خصوصیات فوق پاسخ شبکه نسبت به باقی حالات در نظر گرفته شده وضعیت بهتری خواهد داشت.
الگوریتم PSO نسبت به تنظیمات اولیّه حسّاس بوده و پس از چند بار اجرای برنامه مقادیر برای تنظیمات کنترلی الگوریتم انتخاب شد. این مقادیر در جدول-2 در بخش ضمیمه آمده است. با نوشتن کدهای لازم جهت انجام شبیه سازی در نرم افزار Matlab/Simulink r20103a و مرتبط ساختن فایل سیمولینک به بخش محاسباتی الگوریتم شبیه سازی صورت می پذیرد. لازم به ذکر است که مجموع توان ذخیره ساز در دو ناحیه با توجه به مقدار تعیین شده 0.1 توان مبنا فرض می گردد. برای بهینه سازی، سیگنال کنترلی جدیدی ارایه شده که متناسب با قیود حاکم در آن پاسخ بهینه سازی به فرم مطلوب تر همگرا گردد. بدین صورت می توان مدلسازی حل مسئله را به فرم زیر میتوان بیان کرد:

4-1

به صورتی که

4-2
4-3
4-4

در تابع هدف جدید جهت از بین بردن انحراف

پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 8

فرکانسی، حفظ کمترین مقدار فراجهش و فروجهش و در عین حال داشتن کوتاه ترین زمان ممکن برای رساندن انحرافات ماندگار به مقدار 0، مبنای بهینه سازی قرار گرفته است. پس از چند بار سعی و خطا مقادیر مطلوبی برای داشتن پاسخی مطلوب تر بدست آمد. در معادله (4-1) مقدار  برابر با 20 ،  برابر با 0.01 و  برابر با 0.001 در نظر گرفته شده است. معیار تعیین زمان نشست حاشیه 0.02% فرض می شود. با توجه به نکات بیان شده بهینه سازی صورت گرفت و نتایج حاصله در شکل های 4-25 الی4-29 نشان داده می شود. در این نمودارها دو سناریو مطرح شد. در سناریو ی اول بهره انتگرال گیر ها به همراه حجم ذخیره ساز در هر ناحیه بهینه شد. در سناریوی دوم که در واقع همان مدل پایه شبکه می باشد از هیچیک از منابع انرژی تجدیدپذیر و ذخیره سازی در شبکه استفاده نشده و بهره ها همان میزان 0.2 سابق را دارند. جدول 4-2 مقادیر بهینه شده شاخص های انتخابی را نشان می دهد.

پارامتر
مقدار 0.358572 0.390833 0.167477 0.1747 0.0418608 0.0581392

جدول 4- 2 مقادیر بهینه شده توسط الگوریتم PSO
 
 
 
شکل 4- 25 مقایسه انحراف فرکانس ناحیه 1 در حضور مقادیر بهینه باتری و ثات انتگرال گیر ناحیه
شکل 4- 26  مقایسه انحراف فرکانس ناحیه 2 در حضور مقادیر بهینه باتری و ثابت انتگرال گیر ناحیه
 
شکل 4- 27  مقایسه تغییرات توان انتقالی خط واسط در حضور مقادیر بهینه در دو ناحیه
شکل 4- 28 تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 1
 
شکل 4- 29 تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 2

4-7- جمع بندی

با توجه به نتایج نشان داده شده در این فصل، می توان با اطمینان خاطر بیان کرد که با اعمال برنامه های کنترلی مناسب بر تولیدات انرژی تجدیدپذیر خورشیدی و بادی، حضور آنها در شبکه لزوماً به معنای کاهش توانایی کنترل فرکانس سیستم نبوده و حتی می توان با استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی ثبات و محدوده پایداری فرکانسی سیستم را تقویت بخشید.
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادهای ممکن

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5-1- نتیجه گیری

در پایان‌نامه حاضر، تاثیرات استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر تولیدات بادی و خورشیدی در شبکه قدرت مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که ذکر شد، شبکه قدرت مشمول تغییراتی کلی در بدنه و ساختار خود است. این تغییرات را می توان منبعث از ظهور انواع جدید ادوات تولید توان، تکنولوژی‌های جدید، حجم رو به افزایش منابع انرژی تجدیدپذیر دانست. نیاز روزافزون به انرژی الکتریکی در کنار ذخیره محدود سوخت فسیلی و نگرانی روبه گسترش مشکلات زیست‌محیطی ناشی از مصرف سوخت فسیلی، ضرورت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید و ورود آنها را به شبکه قدرت بیش از پیش پررنگ تر می‌نماید. با ظهور منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر انرژی باد و خورشید، بررسی تاثیرات استفاده از این منابع در بهره‌برداری و کنترل شبکه قدرت از اهمیت زیادی برخوردار می‌گردد.
 از اینرو، تاثیرات ژنراتور دو سوء تغذیه به عنوان مدلی متداول از تولید بادی در کنترل فرکانس سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفت. قابلیّت پشتیبانی توان اکتیو کوتاه مدّت از طریق جذب انرژی جنبشی پره‌های توربین، به عنوان ظرفیتی جهت شرکت تولید بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس دیده شد. کنترلر جدیدی برای مشارکت توربین بادی در کنترل یار فرکانس پیشنهاد شد. تابع پشتیبانی فرکانسی تولید بادی در قبال تغییرات فرکانس سیستم، توانی متناسب با تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس برای تزریق به شبکه فراهم کرده و لختی پنهان توربین‌های بادی را به صورت موقّت  آشکار می سازد. بدین طریق توربین های بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس شرکت داده شدند.
همچنین استراتژی جدیدی برای مشارکت مزرعه خورشیدی در کنترل فرکانس سیستم دو ناحیه ای قدرت، از طریق حبس تولید تشریح شد. سیستم‌های خورشیدی بوسیله برنامه کنترلی پیشنهادی توانستند در حالت کنترل دروپ فعّالیت کرده و مشابه ژنراتورهای سنکرون پشتیبانی اولیّه فرکانس را برای سیستم قدرت تأمین نمایند.
نتایج شبیه سازی نشان داد که علاوه بر حضور موفق تولید بادی DFIG و تولید خورشیدی در کنترل فرکانس، تنش مکانیکی وارده بر توربین ژنراتورهای سنکرون در تولید متداول نیز کاهش می‌یابد.
جهت افزایش قابلیت پشتیبانی فرکانس تامین ظرفیت رزرو برای جبران کسری تولید، از ذخیره ساز باتری استفاده شد. با ترکیب همزمان استراتژی‌های کنترلی مزرعه خورشیدی و بادی در کنار استفاده از ذخیره‌ساز باتری، پاسخ دینامیکی شبکه به اغتشاش بار در دو ناحیه سیستم قدرت، مورد بهینه‌سازی قرار گرفته و با داشتن پارامتر های بهینه در شبکه، نتایج شبیه سازی تاثیر مثبت و سازنده طرح‌های کنترلی به کار رفته در کنترل فرکانس را در قیاس با پاسخ پایه شبکه، به خوبی نشان داد.

5-2- پیشنهادات

در ادامه کار حاضر و با نگاهی به سابقه تحقیق مذکور می توان پیشنهاداتی را ارائه داد:

  • اطلّاعات واقعی بادی و خورشیدی جهت استفاده در محاسبات وارد شوند. الگوی بار واقعی به عنوان اغتشاشات وارده به شبکه، مبنای کار قرار گیرند.
  • با توجه به این اطلاعات و هم چنین عنایت به این واقعیت که بهره برداری از سیستم خورشیدی می بایست توجیه اقتصادی به همراه داشته باشد، می‌بایست نقطه کاری مناسب برای بهره برداری اقتصادی از سیستم خورشیدی پیشنهاد شود.
  • باید توجّه داشت که با به اشباع رفتن تولید خورشیدی قابلیت تنظیم فرکانس آن نیز از بین خواهد رفت. در امتداد این مسیر می توان در مواقعی که تغییرات شدیدی در تابش خورشید ایجاد می شود و یا فرکانس شبکه شدیداً افت می کند طرح های کنترلی را به طرح هایی نظیر آنتی وایندآپ[7] مجهز نمود.
  • در کنار این واقع نگری ها توجه به میزان شارژ باقیمانده[8] در ذخیره‌ساز به عنوان حالت شارژ[9] نیز می تواند در محاسبات وارد نمود.

 
 
 
 

 

ضمائم

 
جدول  1مشخصات نامی سیستم قدرت مورد مطالعه

ناحیه2 ناحیه1 مقادیر نامی
60 60 فرکانس نامی (هرتز)
500 500 توان نامی (مگاوات)
5 5
1 1
0.2 0.2 ثابت زمانی گاورنر (ثانیه)
0.3 0.3 ثابت زمانی توربین(ثانیه)
7 7 ثابت زمانی بازگرمکن(ثانیه)
0.3 0.3
0.05 0.05 مشخصه تنظیم گاورنر
10 10 ضریب بایاس ناحیه
0.0856 0.0856 ضریب همگام ساز خط انتقالی
-1 _ نسبت توان نامی دو ناحیه

 
جدول 2 پارامترهای به کار رفته در الگوریتم PSO

پارامتر مقدار
   
تعداد متغیّر مسأله 6
تعداد ذرّات 10
بیشینه تکرار 50
وزن لختی .1
2
2

 
 

منابع و مراجع

[1] کراری, دینامیک و کنترل سیستم های قدرت, تهران: انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر, 1389.
[2] p. kundor, power system stability and control, new york: McGraw-Hill, 2006.
[3] H. Outhred, “Meeting the challenges of integrating renewable energy into competitive electricity industries,” 2007. [Online]. Available: http://www.reilproject.org/documents/GridIntegrationFINAL.pdf.
[4] D. o. T. a. Industry, “The energy challenge energy review report,” Department of Trade and Industry, 2006.
[5] EWIS., “Towards a successful integration of wind power into European electricity grids,” 2007. [Online]. Available: http://www.ornl.gov/~webworks/cppr/y2001/rpt/122302.pdf.
[6] A. Resources, “AWEA Resources,” 2008. [Online]. Available: http://www.awea.org.
[7] H. Xin, Z. Qu, J. Seuss and A. Maknouninejad, “A self-organizing strategy for power flow control of photovoltaic generators in a distributionnetwork,” IEEE Trans. Power Syst , vol. 26, no. 3, p. 1462–1473, 2011.
[8] G. Masson, M. Latour and D. Biancardi, “European Photovoltaic Industry Association,” May 2012. [Online]. Available: http://www.epia.org/.
[9] S. Ahmed and M.Mohsin, “Analytical determination of the control parameters for a large photovoltaic generator embedded in a grid system,” IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 2, no. 2, p. 122–130, Apr. 2011.
[10] 2008. [Online]. Available: http://www.iea-pvps.org/.
[11] M. Yamamoto, “National survey report of PV power applications in Japan 2009,” 2010. [Online]. Available: http://www.iea-pvps.org/countries/download/nsr09/NSR_2009_Japan_100620.pdf.
[12] Samsung, “Samsung C&T, Korea Electric Power Company to Build World’s Largest Wind, Solar Panel Cluster in Ontario,” jan 2010. [Online]. Available: http://www.samsung.com/ca/news/newsRead.do?news_seq=17081&page=1.
[13] “The Global Wind Energy Council,” 2008. [Online]. Available: http://www.gwec.net/.
[14] T. Esram and P. Chapman, “Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques,” IEEE Trans. Energy Convers, p. 439–449, 2007.
[15] Y. Tan and D. Kirschen, “Impact on the power system of a large penetration of photovoltaic generation,” Proc. IEEE Power Eng. Soc. Gen. Meeting, p. 1–8, 2007.
[16] Y. T. Tan, “A model of PV generation suitable for stability analysis,” IEEE Trans. Energy Convers, vol. 19, no. 4, p. 748–755, 2004.
[17] W. A. Omran, “Investigation of Methods for Reduction of Power Fluctuations Generated From Large Grid-Connected Photovoltaic Systems,” IEEE Transactions On Energy Conversion, vol. 26, no. 1, 2011.
[18] N. Kakimoto, “Power Modulation of Photovoltaic Generator for Frequency Control of Power System,” IEEE Transactions On Energy Conversion, vol. 24, no. 4, 2009.
[19] C. A. Hill, “Battery Energy Storage for Enabling Integration of Distributed Solar Power Generation,” IEEE Transactions On Smart Grid, vol. 3, no. 2, 2012.
[20] R. Tonkoski, “Active power curtailment of PV inverters in diesel hybrid mini-grids,” in Proc. IEEE Electr. Power Energy Conf, 2009.
[21] M. Datta, “A frequency- control approach by photovoltaic generator in a PV-Diesel hybrid power system,” IEEE Trans. Energy Convers, vol. 26, no. 2, p. 559–571, 2011.
[22] J.-S. Park, “Operation control of photovoltaic/diesel hybrid generating system considering fluctuation of solar radiation,” Solar Energy Mater. Solar Cells, vol. 67, no. 1-4, p. 535–542, 2001.
[23] A. Jossen, “Operation conditions of batteries in PV applications,” Solar Energy, vol. 76, no. 6, p. 759–769, 2004.
[24] J. N. Ross, “Modelling battery charge regulation for a stand-alone photovoltaic system,” Solar Energy, vol. 69, no. 3, p. 181–190, 2000.
[25] S. M. Shaahid, “Economic analysis of hybrid photovoltaic-diesel-battery power systems for residential loads in hot regions: A step to clean future,” Renewable Sustainable Energy, vol. 12, p. 488–503, 2008.
[26] M. Bayoumy, “New techniques for battery charger and SOC estimation in photovoltaic hybrid power systems,” Solar Energy Mater. Solar Cells, vol. 35, no. 11, p. 509– 514, 1994.
[27] B. K. Bala, “Optimal design of a PV-diesel hybrid system for electrification of an isolated island: Sandwip in Bangladesh using genetic algorithm,” Energy Sustainable , vol. 13, p. 137–142, 2009.
[28] X. Li, “Battery Energy Storage Station (BESS)-Based Smoothing Control of Photovoltaic (PV) and Wind Power Generation Fluctuations,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 4, no. 2, pp. 464-73, April 2013.
[29] H. Xin, “A New Frequency Regulation Strategy for Photovoltaic Systems Without Energy Storage,” IEEE Transactions On Sustainable Energy, vol. 4, no. 4, 2013.
[30] S. Aditya and D. Das, “Battery energy storage for load frequency control of an interconnected power system,” Electric Power Systems Research, vol. 58, p. 179–185, 2001.
[31] J. Jenkins, “Comparison of the response of doubly fed and fixedspeed induction generator wind turbines to changes in network frequency,” IEEE Trans Energy Convers, 2004.
[32] A. O’Malley, “The inertial response of induction machine based wind turbines,” IEEE Trans Power system, 2005.
[33] O. Hughes, “Contribution of DFIG-based wind farms to power system short-term frequency regulation,” Strbac GProc Inst Elect Eng، Gen Transm، Distrib., vol. 135, no. 2, 2006.
[34] J. d. H. SWH, “Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control,” IEEE Trans Power Syst, vol. 21, no. 1, 2006.
[35] N. R. Ullah, “Temporary primary frequency control support by variable speed wind turbines: Potential and applications,” IEEE Trans. Power Syst, vol. 23, no. 2, p. 601–12, 2008.
[36] P. Bhatt, “Dynamic participation of doubly fed induction generator in automatic generation control,” Renewable Energy, vol. 36, 2011.
[37] H. Bevrani, Robust power system frequency control, New York: Springer, 2009.
[38] H. Banakar, “Impacts of wind power minute to minute variation on power system,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 23, no. 1, p. 150–60, 2008.
[39] G. Lalor, “Frequency control and wind turbine technology,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 20, no. 4, p. 1905–13, 2005.
[40] J. Morren, S. W. H. d. Haan and W. L. Kling, “Wind turbine emulating inertia and supporting primary frequency control,” IEEE Trans. Power Syst, p. 433–34, 2006.
[41] C. Luo, H. G. Far and H. Banakar, “Estimation of wind penetration as limited by frequency deviation,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 22, no. 2, p. 783–91, 2007.
[42] P. Rosas, “Dynamic influences of wind power on the power system.,” Technical University of Denmark. PhD dissertation، , 2003.
[43] P. R. Daneshmand, “Power system frequency control in the presence of wind turbines,” Department of Computer and Electrical Engineering، University of Kurdistan. , Master’s thesis, 2010.
[44] J. L. R. Amenedo, S. Arnalte and J. C. Burgos, “Automatic generation control of a wind farm with variable speed wind turbines.,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 17, no. 2, p. 279–84, 2002.
[45] R. Doherty, H. Outhred and M. O’Malley, “Establishing the role that wind generation may have in future generation portfolios,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 21, p. 1415–22, 2006.
[46] H. Holttinen, “Impact of hourly wind power variation on the system operation in the Nordic countries,” Wind Energy, vol. 8, no. 2, p. 197–218, 2005.
[47] A. Mullane and M.O’Malley, “The inertial response of induction machine based wind turbines,” IEEE Trans. Power. Syst., p. 1496–1503, 2005.
[48] J. Ekanayake and N. Jenkins, “Comparison of the response of doubly fed and fixed-speed induction generator wind turbines to changes in network frequency,” IEEE Trans. Energy Convers., p. 800–802, 2004.
[49] G. Lalor, A. Mullane and a. M. O’Malley, “Frequency control and wind turbine technologies,” IEEE Trans. Power. Syst., p. 1905–1913, 2005.
[50] F. M. H. N. J. a. G. S. O. Anaya-Lara, “Contribution of DFIG-based wind farms to power system short-term frequency regulation,” Proc. Inst. Elect. Eng., Gen., Transm., Distrib, p. 164–170, 2006.
[51] S. W. H. d. H. W. L. K. a. J. A. F. J. Morren, “Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control,” IEEE Trans. Power. Syst., p. 433–434, 2006.
[52] F. V. Hulle, “Large Scale Integration of Wind Energy in the European Power Supply: Analysis, Issues and Recommendations, European Wind Energy Association (EWEA),” Tech. Rep, 2005.
[53] J. J. S.-G. W. W. P. a. R. W. D. N. W. Miller, “Dynamic modeling of GE1.5 and 3.6M Wwind turbine-generators for stability simulations,” IEEE Power Eng. Soc. General Meeting,

پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 4

ر فرکانس در حضور همزمان تولید بادی و خورشیدی با ضریب نفوذ بالا در شبکه عنوان می شود.
 
 
 
 
 

 

 

فصل سوم: کنترل فرکانس تولید بادی و خورشیدی

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3-1- مقدمه

در این فصل ساختار‌های واحد تولید انرژی بادی ژنراتورهای دوسو تغذیه (DFIG) و همچنین پانل خورشیدی و همچنین استراتژی‌های کنترلی مورد نیاز آنها جهت مشارکت در کنترل فرکانس بررسی می گردند. همانطور که ذکر شد با افزایش ظرفیت نفوذ تولید بادی، شبکه با کاهش ظرفیت پشتیبانی تنظیم فرکانس مواجه می‌شود. اگرچه طرح‌های کنترلی برای بهبود کنترل فرکانس در ادامه معرفی می‌شود، اما در حضور تولید بادی با ضریب نفوذ بالا، تغییرات غیر قابل پیش بینی تولید بادی و علاوه بر آن با ورود همزمان تولید خورشیدی به شبکه، استفاده از ذخیره‌سازهای توان برای بهبود مرز‌های پایداری سیستم اجتناب ناپذیر می نماید. در ادامه مدلی مناسب جهت استفاده ذخیره‌ساز باتری در کنترل فرکانس بیان می‌شود. جهت بهینه‌سازی پارامترهای مرتبط با کنترل فرکانس شبکه، از الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات استفاده می‌شود. در انتهای فصل مختصراً الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات شرح داده می‌شود.

3-2- مشارکت تولید بادی ژنراتور القایی دو سو تغذیه در تنظیم فرکانس شبکه

در کنار افزایش ضریب نفوذ بادی در سیستم قدرت، نقش آنها در سرویس‌های جانبی نظیر کنترل فرکانس اهمیّت بیشتری می‌یابد. در حقیقت پس از جایگزینی تولید بادی با توربین بادی سرعت متغیّر و یا تولید خورشیدی به جای تولید متداول، لختی سیستم (جرم چرخان) نیز کاهش خواهد یافت. این جایگزینی نرخ تغییرات فرکانس را افزایش و مقاومت سیستم در قبال اغتشاشات وارده به شبکه را کاهش می‌دهد. اما تحقیقات اخیر نشان داده است، اگر کنترل مطلوبی بر توربین‌های مدرن بادی سرعت متغیّر صورت پذیرد، با وارد شدن نیروی بادی به شبکه لزوماً لختی شبکه کاهش نخواهد یافت [47] [48] [49] [50] [51] . ایده کار، به کار بردن انرژی چرخشی ذخیره شده در پره‌های توربین بادی جهت پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو می‌باشد. توربین بادی سرعت متغیّر با سیستم کنترلی انعطاف پذیر مبتنی بر اصول الکترونیک قدرت مورد توجّه قرار گرفته‌اند. در نتیجه توان الکتریکی خروجی توربین بادی مدرن سرعت متغیّر بسته به فرکانس شبکه می‌تواند تغییر پیدا کند و در نتیجه پشتیبانی فرکانسی کوتاه مدت برای شبکه محیّا خواهد بود.
در مرجع [47] نشان داده شده که اثر لختی توربین بادی از نوع ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) بسته به خصوصیات پارامترهای کنترلر جریان روتور، از دید شبکه پنهان نیست. با داشتن کنترلر جریانی آهسته تر پاسخ لختی از سیستم ژنراتور القایی دو سو تغذیه قابل استحصال است. تحقیقات صورت گرفته در گزارش [48]، احتمال آزادسازی انرژی جنبشی در توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی دو سو تغذیه بوسیله با اضافه کردن یک حلقه کنترلی جدید و حسّاس به فرکانس شبکه را به خوبی نشان می‌دهد. مقدار انرژی جنبشی آزاد شده بدین طریق در قیاس با آزاد سازی انرژی جنبشی در توربین بادی سرعت ثابت بیشتر خواهد بود. در سال 2004 سهم این نوع توربین‌ها از کل بازار تولید بادی جهان نزدیک به 60% بوده است [52].
 نتایج مشابهی در [49] به ثبت رسیده است. طرح مشابهی (سیگنال کنترلی اضافی وابسته به فرکانس شبکه) به منظور بدست آوردن پاسخ لختی سیستم ژنراتور القایی دو سو تغذیه در [50] [51] مورد توجّه قرار گرفته است. گزارش‌های اخیر، ایده استحصال بخشی از انرژی چرخشی موجود در قسمت چرخان توربین بادی جهت پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو را با اصلاح کنترلر گشتاور توربین بادی، که می‌تواند عامل مثبتی در جهت کاهش افت فرکانسی اولیّه سیستم پس از بروز کسری تولید یا افزایش بار در شبکه می‌باشد را در ذهن تداعی کند.
صبغه کار حاضر استفاده از مقدار بیشینه پشتیبانیِ موقّت توانِ اکتیوی است که با آزادسازی انرژی چرخشی پره‌های گردان یک توربین بادی چند مگاواتی دسترس قرار می گیرد (موجود در بازار برق – GE 3.6 MW  ). در این تحقیق شرکت دادن و مشخّص نمودن کاربرد پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو، به صورت خاص، در یک شبکه دو ناحیه ای حرارتی مورد توجّه قرار گرفته است.
ابتدا مقدار انرژی قابل استخراج از توربین‌ها با کمک گرفتن از مدل یک توربین بادی نمونه بوسیله استحصال توان اکتیو اضافی به صورت موقّت  از آن و در نظر گرفتن مدت زمانی که طول می‌کشد تا سرعت توربین به مرز کمینه سرعت کاری خود برسد، مشخّص می‌گردد. در مرحله بعد، بر اساس این اطلاعات (اینکه چه مقدار افزایش در توان اکتیو حاصل از توربین بادی برای چه مدت متناسب با سرعت وزش باد پابرجاست)، تابع کنترلی ساده ای در کنترل توربین بادی به کار برده شده ‌است و سهم آن در کاهش افت اولیّه فرکانس پس از کسر تولید در یک سیستم حرارتی، مشخّص می‌شود.

3-2-1- کنترل فرکانس توربین بادی سرعت متغیّر

در خلال عملکرد یک توربین بادی، مقداری انرژی در توربین و ژنراتور وجود دارد که کاملاً با ژنراتورهای متداول قابل قیاس است [51]. این انرژی جنبشی می‌تواند در خلال بروز اختلاف تولید و بار در شبکه چه به سبب افزایش بار یا کمبود تولید جهت تأمین پشتیبانی توان اکتیو موقّت  بکار برده شود. توربین بادی سرعت ثابت مستقیماً به شبکه متصل میشود و سرعت چرخشی آنها نمی‌تواند آزادانه تغییر کند. در سوی دیگر، توربین بادی سرعت متغیّر  معمولاً واسطه ای متشکّل از ادوات الکترونیک قدرت دارد که آنرا از شبکه جدا می‌نماید. توربین‌های بادی سرعت متغیّر به گونه ای طراحی شده‌اند تا بتوانند سرعت چرخش خود را در محدوده وسیع تری در خلال بهره برداری تغییر دهند. این کار امکان به کار گرفتن انرژی چرخشی موجود در توربین-ژنراتور را جهت تأمین پشتیبانی موقّت توان اکتیو در زمان بروز اغتشاشی در فرکانس شبکه بدست می‌دهد.

3-2-2- مدل توربین بادی

در پایان‌نامه حاضر توربین بادی سرعت متغیّر  با واسط الکترونیک قدرت جهت استحصال انرژی بادی حاصل از DFIG مورد استفاده قرار گرفته است. مدل منتشر شده ای از توربین بادی تجاری چند مگاواتی سرعت متغیّر در شبیه سازی این پایان نامه مورد استفاده قرار گرفته که از مراجع [53] [54] اقتباس گردیده است. بلوک دیاگرام مدل توربین بادی در شکل 3-1 نشان داده شده ‌است.
شکل 3- 1 بلوک دیاگرام مدل توربین بادی سرعت متغیّر [35].
همانطور که در رابطه (3-1) آمده است، سرعت مرجع  ، بر اساس توان الکتریکی ‌اندازه گیری شده  تولید می‌شود:

(3-1)

توان مکانیکی تولید شده  تابعی از سرعت باد ، سرعت روتور  و زاویه پره  می‌باشد:

(3-2)

که در آن  چگالی هوا،  محیط تحت پوشش پره در هوا،  مقدار بهینه  در  می باشد.
مقادیر ضریب تأثیر قدرت   در چند جمله ای از درجه 4 متشکّل از  (نرخ سرعت پره) و  به منظور بیان ریاضی منحنی‌های  گنجانده شده ‌است. این چند جمله ای عبارتست از:

(3-3)

مقادیر ضرایب  در [35] در دسترس است.  به صورت زیر  تواند بیان شود:

(3-4)

که در آن  سرعت روتور در واحد مبنا،  سرعت باد به ،  سرعت مبنای روتور به  و  شعاع روتور به متر است.
وقتی توان کمتر از 0.7 مبنای واحد است، مرجع سرعت بوسیله رابطه (3-1) محاسبه می‌شود. برای توان‌های بالاتر از 0.7 مبنای واحد، سرعت در مقدار 1.2 مبنای واحد ثابت می‌ماند. وقتی توربین بادی به محدودیت‌های حد بالای تولید توان خود می‌رسد، سرعت گردش روتور بوسیله کنترلر زاویه و با تغییر زاویه پره  کنترل می‌شود. سرعت روتور با استفاده از معادله لختی مدل تک-جرم معادل توربین-ژنراتور محاسبه می‌شود. معادله لختی از توان مکانیکی استخراج شده از نیروی بادی  و همچنین توان الکتریکی تزریق شده به شبکه  برای محاسبه سرعت روتور استفاده می‌کند. معادله لختی روتور به صورت زیر بیان می‌شود:

(3-5)

که در آن  و  به ترتیب گشتاور مکانیکی و الکتریکی می‌باشد. اگر به جای ،  گذاشته و دو طرف در  ضرب شوند، داریم:

(3-6)

جهت مطالعه بیشتر در باب مدل مورد مطالعه می‌توان به مراجع [53] [54] مراجعه کرد.
منحنی‌های  توربین بر اساس رابطه (3-3) برای زاویه‌های مختلف شیب پره همانطور که در مراجع [53] [54] ذکر شده ‌است در شکل 3-2 رسم شده‌اند.
شکل 3- 2 منحنی‌های C_p برای زاویه‌های پره متفاوت
توان و سرعت روتور توربین محاسبه و در شکل 3-3 رسم شده‌اند.
شکل 3- 3 توان و سرعت روتور توربین به عنوان تابعی از سرعت باد

3-2-3- مقدارسنجی انرژی چرخشی قابل دسترسی از توربین-ژنراتور

به منظور سنجش میزان انرژی قابل استخراج از توربین بادی، قدرتی که به شبکه تزریق می‌شود به صورت موقّت به مقدار  بالاتر از مقدار حالت مانگار آن  (که برای سرعت باد مشخّصی است) افزایش می‌یابد. به این منظور برای سرعت وزش کم و متوسط باد، کنترلر سرعت غیر فعّال شده و نقطه مرجع توان به صورت مستقل همانطور که در شکل 3-4 نشان داده شده ‌است، تنظیم می‌شود.
مقدار انرژی بادی قابل استحصال قبل از رسیدن سرعت توربین به سرعت کمینه برای سرعت‌های متفاوت وزش باد محاسبه شده ‌است. این محاسبات به منظور تعین میزان پشتیبانی اضافی توان اکتیو یک توربین بادی سرعت متغیّر در سرعت مشخّصی از وزش باد (مضاف بر مقدار حالت ماندگار توان الکتریکی تزریقی توربین به شبکه در آن سرعت) همان انرژی مازادی که از انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین-ژنراتور  بدست می‌آید و همچنین به منظور مشخّص نمودن مدت زمان تداوم چنین پشتیبانی قبل از رسیدن سرعت توربین به محدودیت سرعت کمینه آن، صورت پذیرفته است.
شکل 3- 4 مدل توربین بادی سرعت متغیّر برای وزش باد با سرعت‌های کم و متوسط (کنترلر زاویه غیر فعّال شده است) [35]
شایان ذکر است، محاسبات تنها نیازمند به در دست داشتن مقادیر ثابت لختی معادل توربین-ژنراتور بادی ، منحنی  برای کمینه مقدار  و همچنین اطلاعات منحنی سرعت روتور توربین بادی بر اساس سرعت باد می‌باشد. این محاسبات ساده می‌تواند مشخّص نماید که چه میزان توان اکتیو اضافی قابل استحصال در مزرعه بادی موجود است که می‌تواند قابلیّت تزریق به شبکه جهت مطالعات پایداری سیستم قدرت گسترده و به صورت خاص، کنترل بار-فرکانس را داشته باشد.
توجّه به این نکته ضروری است، تغییر در توان الکتریکی برابر با   به این معنی است که خروجی الکتریکی از توربین بادی، ، معادل است با  مبنای واحد(  بیشتر از مقدار حالت ماندگار برای این سرعت باد که برابر است با   مبنای واحد می‌باشد). توان اضافی  در مبنای واحد از طریق جذب بخشی از انرژی چرخشی موجود در توربین-ژترانور تأمین می‌شود.
شکل3-5 توان مکانیکی جذب شده توربین بادی از انرژی باد را برای سرعت‌های مختلف وزش باد ( 6-11  ) نشان می‌دهد. متذکر می‌شود شکل این منحنی‌ها شدیداً به مقدار  توربین وابسته می‌باشد. همانطور که از شکل مشهود است، زمانیکه توان مکانیکی جذب شده بیشینه است، در هر سرعت باد به خصوصی سرعت روتور بهینه ای وجود دارد. این مطلب مبیّن این موضوع است عملکرد معمولی توربین بادی منوط به شرایطی است که توربین در نقطه بیشینه منحنی  مورد بهره برداری قرار بگیرد. در این شکل مطلب بوسیله به هم پیوستن نقاط پیداست.
شکل 3- 5 توان مکانیکی تأمین شده از طرف DFIG برای سرعت‌های مختلف باد (B=0)
به غیر از بهره برداری در این سرعت‌های بهینه روتور، توان مکانیکی جذب شده به صورت قابل توجّهی افت می‌کند. زمانیکه محدودیت بیشینه سرعت روتور حاصل می‌شود، با افزایش سرعت باد نقطه فعّالیت در صفحه  به سمت بالا رانده می‌شود (جهت حرکت در شکل3-2 ).
انرژی چرخشی قابل استحصال از توربین-ژنراتور بر اساس مطالبی که در ابتدای بخش عنوان شد، محاسبه شده ‌است [35]. تعادل توان در خلال کاهش سرعت توربین بادی می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

(3-7)

که در آن  تفاوت بین توان مکانیکی جذب شده  و توان الکتریکی تزریقی به شبکه  (توان شتابدهنده) نام دارند. اگر توان ورودی مکانیکی  با خروجی توان الکتریکی توربین  در حالت ماندگار برابر باشد و  کاهشی در توان مکانیکی ورودی به توربین به سبب کاهش سرعت چرخشی و خروج از نقطه بهینه باشد با توجّه به ، معادله (3-7) را می‌توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

(3-8)

 مدت زمان تداوم تغییر ورودی پله ای در توان الکتریکی  است که می‌تواند مضاف بر حالت ماندگار آن  برای سرعت بار مشخّصی قبل از رسیدن به حد کمینه سرعت توربین  استحصال گردد.
سرعت روتور توربین بادی به صورت خطی با افزایش سرعت باد تا جایی افزایش می‌یابد  که از مرز بیشینه سرعت تجاوز ننماید (محدودیت بیشینه سرعت روتور برای این توربین 1.2 مبنای واحد می‌باشد). اگرچه کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین ، از مقدار بهینه ، با افزایش سرعت باد افزایش می‌یابد (شکل3-5)، افزایش در  با افزایش سرعت باد کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین را متوقف می‌سازد و با افزایش سرعت وزش باد، می‌توان افزایشی در  را انتظار داشت.
از سوی دیگر، وقتی محدودیت بیشینه سرعت فرا می‌رسد، سرعت چرخش  با افزایش سرعت وزش باد، با افزایش توان ورودی مکانیکی ، افزایش نمی‌یابد. در پی افزایش سرعت وزش باد و افزایش روند کاهشی در توان مکانیکی از مقدار بهینه خود،  با افزایش سرعت وزش باد افزایش می‌یابد و همچنین کاهشی در  مورد انتظار است.
انرژی چرخشی موجود برای سه مقطع مشخّص از سرعت وزش باد مورد سنجش قرار گرفته است:

  • سرعت کم وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از 1.2 مبنای واحد است
  • سرعت متوسط وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از 1.2 مبنای واحد و توان تولیدی کمتر از 1 مبنای واحد است.
  • سرعت زیاد وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور و توان تولیدی به مقادیر بیشینه شان محدود شده‌اند (1.2 مبنای واحد و 1 مبنای واحد، به ترتیب) و زاویه شیب پره در مقدار بالاتری تنظیم شده ‌است.

سرعت کم وزش باد: شکل (3-6) مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توان الکتریکی  توربین بادی برای دو سرعت متفاوت وزش باد (7.5  و 10.1  ) قبل از رسیدن سرعت روتور به محدوده سرعت کمینه 0.7 مبنای واحد را نشان می‌دهد. همانطور که در شکل مشهود است مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توربین بادی، وقتی مقدار توان الکتریکی پله ای افزایش میابد، روند نزولی به خود می‌گیرد.
شکل 3- 6 مدت زمان تداوم افزایش توان پله ای موقت در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای سرعت‌های کم وزش باد
 در سرعت‌های بالاتر وزش باد، مدت زمان تداوم این افزایش موقّتی توان، در قیاس با سرعت‌های پایین وزش باد، کما اینکه انتظار می‌رود، بیشتر است. اگرچه که محدودیت کمینه سرعت توربین مورد بررسی GE 3.6 MW، 0.7 مبنای واحد در نظر گرفته شده ‌است، کاهش بیشتری نیز در سرعت روتور امکان پذیر است (0.5 مبنای واحد). در سرعت وزش باد 7.5  ، وقتی محدودیت کمینه سرعت، 0.5 مبنای انتخاب شود، توان اضافی معادل با 0.05 مبنای واحد برای مدت زمان 41 ثانیه متصوّر می‌باشد (در مقایسه با 36 ثانیه وقتی محدودیت کمینه سرعت 0.7 مبنای واحد در نظر گرفته شود) [35]. 
سرعت متوسط وزش باد: محاسبات مشابهی برای سرعت‌های وزش باد 10 تا 11  انجام شده ‌است که به ترتیب معادل با 0.85 و 1 مبنای واحد از توان تولیدی بادی است (شکل3-7). در سرعت وزش باد 10.5 ، پشتیبانی توان اکتیوی معادل با 0.05 مبنای واحد، به مدت 38 ثانیه، قبل از اینکه سرعت روتور به محدوده کمینه سرعت مجاز روتور برابر با 0.7 مبنای واحد برسد، متصوّر می‌باشد (در سر عت 10 ، این ظرفیت معادل 49 ثانیه می‌باشد). در سرعت وزش باد 11 ، این ظرفیت به 30 ثانیه کاهش پیدا می‌کند. همانطور که انتظار می‌رفت، مدت زمان تداوم این پشتیبانی با افزایش سرعت باد در مطقعی که سرعت وزش باد متوسط است، کاهش پیدا می‌کند.
شکل 3- 7 مدت زمان تداوم افزایش توان پله ای موقت در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای سرعت‌های متوسّط وزش باد
علی رغم کاهش ظرفیت جهت تأمین چنین پشتیبانی توان اکتیوی در سرعت‌های متوسط وزش باد، توربین بادی مورد بررسی براحتی توانایی تأمین توان اکتیو اضافی معادل با 0.1 مبنای واحد برای بیش از مدت 20 ثانیه، پیش از رسیدن سرعت روتور به محدوده ی کمینه سرعت مجاز روتور را داراست.
سرعت زیاد وزش باد: با افزایش سرعت وزش باد و در خلال وزش بادهای شدید، زمانی که سرعت توربین توسط کنترلر زاویه و با افزایش زاویه پره کنترل می‌شود، قدرت تولیدی به مقدار نامی آن محدود می‌شود. به عبارت دیگر، در خلال این وضعیت، افزایشی در خروجی الکتریکی  می‌تواند توسط مبدل الکترونیک قدرت فراهم گردد. البته با این شرط که درایو، ژنراتور و مبدل توانایی جذب این توان اضافی را در این زمان داشته باشند. در سرعت مشخّصی از وزش باد، افزایش در خروجی الکتریکی موقّتاً می‌تواند توسط افزایشی در ورودی توان مکانیکی بوسیله کنترلر زاویه (کاهش زاویه شیب) جبرانسازی شود. ذکر این نکته ضروری است، بسته به سرعت کنترلر زاویه، کاهش موقّتی در سرعت چرخش توربین ظاهر می‌گردد که منجر خواهد شد توربین بادی برای لحظاتی در سرعت بهینه نچرخد. این مسئله توان تولیدی بادی را پس از اعمال فرمان افزایش توان پس از میان رفتن افت فرکانس شبکه، برای لحظاتی کاهش خواهد داد. جنبه مهّم دیگر موضوع که قابل ذکر به نظر می‌رسد، مسائل مرتبط با

پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 5

ده‌های گذرای آئرودینامیکی کنترل زاویه می‌باشد. زمانیکه کاهشی در زاویه شیب پدید می‌آید، نیروی آئرودینامیکی از مقدار مثبت اولیّه خود با میزان فراجهش مشخّصی به مقدار مثبت بالاتری می‌رود [55] [56].  در نتیجه، حتی در خلال وزش بادهای شدید (سرعت وزش باد بالاتر از 11  )، پشتیبانی توان اکتیو اضافی نیز فراهم خواهد بود.
شکل 3-8 زاویه شیب لازم برای تأمین سطوح متفاوتی از پشتیبانی توان اکتیو را برای سرعت‌های مختلف وزش باد، نشان می‌دهد.
شکل 3- 8 زاویه شیب پره برای برداشت سطوح مختلف توان اکتیو در سرعت‌های بالای وزش باد
شایان ذکر است، تغییر کمی در زاویه شیب پره از مقدار ابتدایی خود برای میسّر نمودن پشتیبانی توان اکتیو اضافی در هر سرعت باد معینّی لازم به نظر می‌رسد. همچنین، تغییر در میزان زاویه شیب پره جهت دریافت یک سطح معین از پشتیبانی برای سرعت‌های وزش باد کمتر، کمتر خواهد بود.
البته، مقادیر نمودار‌های عنوان شده به ثابت لختی توربین بادی   و شکل منحنی  وابسته می‌باشد. ثابت لختی   و منحنی  برای انواع توربین‌ها متفاوت خواهد بود. در نتیجه مقادیر مورد نظر در اینجا می‌تواند متناسب با سازندگان مختلف توربین تغییر کند.

3-2-4- کاربرد پشتیبانی موقّت  توان اکتیو DFIG در کنترل فرکانس سیستم قدرت

شکل1-8 مدل خطی سیستم دو ناحیه ای قدرت را جهت انجام مطالعات کنترل بار فرکانس نشان می‌دهد. ناحیه کنترلی 1، ناحیه ای متشکّل از تولید حرارتی و همچنین تولیدی بادی سرعت متغیّر دو سو تغذیه DFIG را نشان می‌دهد. سیستم قدرت دو ناحیه ای حرارتی در اینجا مشابه سیستم قدرت ارائه شده در [2] می‌باشد. هر ناحیه متشکّل از یک واحد حرارتی با ظرفیت نامی 500 مگاوات می‌باشد. اطلاعات سیستم قدرت در جدول-1 در ضمیمه آمده است. پاسخ دینامیکی سیستم قدرت به انحراف باری معادل با 0.1 توان مبنای ناحیه 1 در حضور تولید بادی DFIG با ضریب نفوذ‌های مختلف، در نرم افزار Matlab/Simulink r2013a مورد بررسی قرار می‌گیرد. در بخش بعدی تغییرات بوجود آمده در لختی سیستم به سبب تغییر در ضریب نفوذ تولید بادی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

3-2-5- تغییر در تنظیم دروپ واحد‌های تولید بادی توسط DFIG بدون قابلیّت پشتیبانی فرکانس

ساختار اصلی تنظیمات دروپ مانند قبل ثابت است؛ افزایش ضریب نفوذ بادی، افزایشی در دروپ معادل (کاهشی در بهره معادل دروپ) را به همراه دارد. با داشتن ضریبی معادل با ، تنظیم دروپ به فرم بیان شده در معادله 3-9 تغییر می‌نماید:

(3-9)

3-2-6- تغییر در ثابت لختی سیستم بدون پشتیبانی فرکانس از طرف تولید بادی

افزایش ضریب نفوذ تولید بادی منجر به جایگزینی بیشتر آن با تولید متداول گشته و به طبع آن لختی سیستم نیز کاهش می‌یابد. این وضعیت به بدتر شدن وضعیت تنظیم فرکانس شبکه در نبود هیچ گونه پشتیبانی فرکانسی از طرف DFIG می انجامد.
% ضریب نفوذ تولید بادی به معنای % کاهش در توان موجود در تولید متداول است. به این معنی که % از لختی شبکه کاسته شده و هیچگونه کنترل فرکانسی نیز در پی این جایگزینی تمهید نشده است. در نتیجه لختی سیستم به صورت زیر تغییر می‌کند:

(3-10)

در پی این تغییر و با افزایش ، لختی شبکه نیز کاهش می‌یابد و منجر به افت بیشتری در فرکانس می‌شود.

3-2-7- تغییر در تنظیم فرکانس و ثابت لختی سیستم در حضور سیستم پشتیبانی فرکانس

کنترلر سریع توان/گشتاور DFIG، فرکانس‌های الکتریکی و مکانیکی ماشین را از هم جدا می سازد و بدینوسیله عملکرد سرعت متغیّر آنرا فراهم می سازد. هر تغییری در سرعت سیستم در گشتاور و یا سرعت DFIG منعکس نمی‌شود؛ همانطوری که عملکرد ژنراتور-مبدل نیز مستقل از فرکانس شبکه است. در نتیجه، از دید شبکه، DFIG هیچ گونه لختی برای شبکه به همراه ندارد. هر چند که پاسخ لختی از طرف DFIG‌ها را می‌توان به کمک سیگنال‌های کنترلی کمکی فراهم کرد [47] [48] [49] [50] [51].
ثابت لختی اصلاح شده سیستم در حضور تولید بادی DFIG با ضریب نفوذ  و با پشتیبانی فرکانس را می‌توان به صورت زیر عنوان کرد:

(3-11)

سهم لختی مزرعه بادی ، همانطوری که توسط سیستم قدرت تجربه می‌شود، در زمانی که توربین‌های بادی پشتیبانی موقّت  توان اکتیوِ اضافی معادل با  با تخلیه انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین را فراهم می‌کنند، توسط رابطه3-12 بیان می‌شود:

(3-12)

که در آن:

(3-13)

برای یک تغییر بار پله ای  و ضریب نفوذ مشخّصی از تولید بادی ، لختی توربین‌های بادی موقّتاً به لختی شبکه اضافه شود. به عبارت دیگر با تحویل توان اضافی، علاوه بر توان حالت ماندگار تحویلی توربین‌های بادی به کنترلر مبدل پاور الکترونیک، با جذب انرژی ذخیره شده در قسمت چرخان توربین‌ها لختی شبکه نیز به نسبت افزایش می‌یابد.
سهم لختی توربین بادی ، بر اساس مدل تاخیری توربین- گاورنر که در [35] [57] بیان شده، بدست آمده است. ثابت لختی  مجدّداً می‌تواند برای ضریب نفوذ مشخّصی از تولید بادی و همچنین سطح مشخّصی از پشتیبانی موقّت توان اکتیو محاسبه شده و برای اصلاح ثابت لختی معادل سیستم، در معادله 3-10 وارد شود.
مجموع تاخیر زمانی  که در معادله 3-12 عنوان شد، بر اساس مدلی است که در [57] بیان شده است.  زمانی است که در آن بیشترین تغییر فرکانس پس از بروز اغتشاشی در بار پدید می‌آید. این تاخیر متشکّل است از ثابت زمانی گاورنر ، ثابت زمانی ناشی ازحرکت دریچه شیر بخار  و همچنین تأخیر ناشی از پاسخ توربین .

(3-14)

از اینرو، مجموع تاخیر زمانی ، برای هر واحد تولیدی منحصر به فرد می‌باشد. برای نیروگاه‌های حرارتی می‌توان تأخیر زمانی را به صورتی که در ادامه می‌آید، نتیجه گرفت:

  • تأخیر زمانی مرتبط با گاورنر:
  • تأخیر زمانی ناشی از حرکت دریچه شیر بخار :
برای توربین بخار باز گرم کن:
  • تأخیر ناشی از پاسخ توربین :
برای تورین بخار باز گرم کن [35] :

همانطور که عنوان شد، قابلیّت تنظیم فرکانس بر اساس رابطه 3-8 برای ضرایب نفوذ مختلف باد و شدّت باد، تغییر می‌کند. تغییر در لختی سیستم در ازای ضرایب مختلف نفوذ تولید بادی، متناسب با نقشی که تولید بادی در کنترل فرکانس شبکه می پذیرد، متفاوت است. تغییر لختی سیستم وقتی تولید بادی در کنترل فرکانس شرکت نمی‌کند مطابق رابطه 3-10 و وقتی در آن شرکت دارد برابر رابطه 3-11 تعیین می‌شود. با حضور تولید بادی DFIG بدون آنکه مدل جامع  DFIGدر آن وارد شود، مقادیر تخمینی تنظیم فرکانس و ثابت لختی شبکه در مدل خطی سیستم دوناحیه ای قدرت نشان داده شده در شکل 1-8 تغییر کرده و تاثیرات حضور سیستم کنترلی در آن در نظر گرفته می‌شود. جدول 3-1 مقادیر تخمینی تنظیم دروپ و لختی سیستم قدرت در حضور تولید بادی DFIG برای افزایش توان اکتیو معادل 0.05 توان مبنای مزرعه بادی در حضور ضرایب نفوذ متفاوت تولید بادی را نشان می‌دهد.

در حضور قابلیت پشتیبانی فرکانس   بدون پشتیبانی فرکانسی   شاخص
30% 20% 10%   30% 20% 10% 0% ضریب نفوذ
                پارامتر
0.0714 0.0625 0.055   0.0714 0.0625 0.055 0.05
4.2185 4.5061 4.7654   3.5 4 4.5 5

جدول 3- 1تغییر در تنظیم دروپ واحد های تولیدی و لختی سیستم برای ضریب نفوذ های متفاوت باد

3-2-8- کنترلر پیشنهادی برای پشتیبانی توان اکتیو از DFIG برای کنترل فرکانس

مشابه تولید متداول، توربین‌های بادی مقدار مشخّصی انرژی جنبشی در قسمت چرخان توربین خود ذخیره می کنند. در مورد توربین‌های بادی سرعت متغیّر این انرژی نقشی در کمک به لختی شبکه ندارد. زیرا ادوات الکترونیک قدرت حائل میان توربین بادی و شبکه، کوپلاژ میان سرعت چرخشی و فرکانس شبکه را از بین می‌برد. به عبارت دیگر حضور مبدل الکترونیک قدرت میان توربین بادی و شبکه، مفهوم لختی توربین‌های بادی را برای شبکه از میان می‌برد.
معمولاً، کنترلرهای توربین بادی سرعت متغیّر سعی می‌کنند توربین‌ها را در سرعت بهینه‌ای مورد بهره برداری قرار دهند تا بتوانند بیشینه توان را متناسب با آن استحصال کنند. کنترلر بر اساس سرعت و توان الکتریکی اندازه گیری شده، نقطه مرجع گشتاور را تعیین می‌کند.
همانطور که شکل (3-1) نشان می دهد نقطه مرجع گشتاور ، ورودی مبدل الکترونیک قدرت است که با کنترل کلیدزنی و تنظیم جریان خروجی مبدل، توان تحویلی به شبکه را تأمین می‌کند. برای بکار بردن انرژی و لختی توربین‌های بادی جهت تزریق توان اکتیو به شبکه و کمک به کنترل فرکانس، سیگنال کنترلی جدیدی مطابق با آنچه در شکل 3-9 در داخل خط چین نشان داده شده است، پیشنهاد می‌شود.
این سیگنال کنترلی در زمان تشخیص انحراف فرکانس در شبکه، کنترل اولیّه فرکانس توربین‌های بادی  DFIG را فعّال کرده و تغییر توان اکتیوی متناسب با تغییرات فرکانس سیستم  و همچنین نرخ تغییرات فرکانس شبکه  برای شبکه قدرت فراهم می‌آورد. اثر لختی توربین‌های بادی با ثابت کنترلر  و پشتیبانی کنترل اولیّه فرکانس نسبت مستقیم با  دارد. این افزایش توان علاوه بر مقدار توان تحویلی توربین‌های بادی قبل از بروز اغتشاش بار  بوده و با اعمال سیگنال کنترلی جدید انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین‌ها به این مقدار اضافه شده و مقدار جدیدی  را اخذ می کند. لازم به ذکر است بخاطر جذب انرژی جنبشی موجود در توربین‌های چرخان بادی جهت تزریق آن به شبکه، سرعت چرخش توربین‌ها از سرعت بهینه شان کاهش می‌یابد. نرخ کاهش سرعت توربین بادی به تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات آن وابسته است.
ذکر این نکته ضروری است، توان اکتیو اضافی DFIG، تنها در دوره ای گذرا در کنترل اولیّه فرکانس شرکت دارد. وقتی سیستم به حالت ماندگار جدیدی دست پیدا کرد که با حالت بهینه آن اختلاف دارد، نرخ تغییرات فرکانس توسط ثابت میراکنندگی بار و تنظیم دروپ سیستم تاثیر می پذیرد. کنترلر انتگرالگیر
شکل 3- 9 کنترلر پیشنهادی برای پشتیبانی فرکانس
حلقه ثانویه کنترل (AGC) سعی در از بین بردن خطای حالت ماندگار شبکه می‌نماید و فرکانس شبکه و توان انتقالی خطوط را به مقدار نامی و از پیش مقرّر شده آن باز می‌گرداند. در نتیجه، سیگنال کنترلی اضافی ای که برای مبدل الکترونیک قدرت در نظر گرفته شده بود و به عنوان تابعی از تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس عمل می‌کرد(شکل 3-9 )، غیرفعّال شده و عملکرد نرمال DFIG پیگیری می‌گردد تا مجدّداً سرعت چرخش توربین‌های بادی را به میزان بهینه آن باز گرداند و زمینه مشارکت‌های بعدی را فراهم کند.

3-3- مشارکت واحد های تولید توان خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه

با توجّه به سابقه تحقیق مطرح شده در باب کنترل فرکانس سیستم‌های تولید انرژی خورشیدی که در فصل پیش آمد، مشخّص شد، جایگزینی تولید خورشیدی به جای تولید متداول مستقیماً لختی شبکه را کاهش می‌دهد. علاوه بر آن با توجّه به نوسانات تابشی خورشید، توان استحصالی از انرژی خورشید ثابت نبوده و با تغییر شدّت تابش خورشید، تغییر می‌کند. خصوصیاتی که استحصال انرژی توسط سیستم‌های خورشیدی به صورت MPPT به دنبال دارد، ویژگی‌های مطلوبی برای بهره‌برداری از تولید خورشیدی در مقیاس بالا نیست. ورود یک چنین منبع کنترل نشده‌ای به شبکه، بار اضافی برای سیستم‌های کنترل فرکانس به حساب می‌آید.
در این بخش ابتدا به چگونگی جذب انرژی خورشیدی توسط پانل‌های خورشیدی و معادلات مربوطه بیان می‌شود. در ادامه استراتژی کنترلی مناسبی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس بیان می‌شود. تاثیرات استفاده از یک چنین سیستم کنترلی بر روی سیستم قدرت مدل شده و ساختار کنترل فرکانس بار شبکه در حضور این کنترلر به روز می‌شود.

3-3-1- مشخّصات پانل‌های خورشیدی و مدلسازی آنها

در اینجا به صورت مختصر خصوصیات و مدل ماژول‌های خورشیدی بیان می‌شود [58]. ماژول خورشیدی، تجهیزی غیر خطی است که می‌توان آنرا همانطور که در شکل 3-10 آمده به عنوان منبع جریان در نظر گرفت.
با صرفنظر از مقاومت‌های سری داخلی ، می‌توان معادلات متداول  یک ماژول خورشیدی را به صورت بیان شده در رابطه 3-16 ذکر کرد:

(3-16)

شکل 3- 10 مدار معادل ماژول خورشیدی [21]
که در آن  و  به ترتیب جریان و ولتاژ خروجی ماژول خروجی می باشند.  جریان تولیدی تحت تابش خورشیدی،  جریان اشباع معکوس،  شارژ الکتریکی الکترون،  ثابت بولتزمن،   فاکتور ایده‌آلی دیود،  دمای ماژول خورشیدی (به کلوین)،  تعداد سلول‌های خورشیدی موازی و  جریان ذاتی شاخه مقاومت موازی ماژول خورشیدی است. همانطور که در معادله 3-17 فرمول بندی شده، جریان اشباع ماژول خورشیدی  با نوسانات دما تغییر می‌کند:

(3-17)
(3-18)

که در آن  جریان اشباع در دمای مرجع ،  انرژی باند خالی،  ضریب تاثیر دمای جریان اتصال کوتاه ماژول خورشیدی است. مقدار جریان شاخه‌های موازی به صورت زیر حاصل می‌شود:

(3-19)

که در آن  تعداد سلول‌های سری و  مقاومت موازی داخلی ماژول خورشیدی است.
شکل 3-11 ساختار کلی ژنراتور خورشیدی متصل به شبکه را نشان می دهد.
شکل 3- 11 ژنراتور خورشیدی متصل به شبکه
با توجه مدلسازی که بیان شد، در یک تابش مشخصی از خورشید و یک دمای معین، پانل‌های خورشیدی با توجه به ولتاژ نقطه کار خود توان جریان مشخصی را تولید می کند. این نقطه کار با توجه به ولتاژ  ماژول خورشیدی حاصل می شود. این ولتاژ از طریق رفرنس ولتاژ واسط الکترونیک قدرت به این ادوات اعمال می شود. برای یک ماژول خورشیدی معادلات بیان شده در 3-16 الی 3-19، در نرم افزار Matlab/Simulink r2013a مدل شده و به ازاء تغییرات رفرنس ولتاژ ماژول‌های خورشیدی، منحنی‌های  و  به ازاء تابش‌های مختلف خورشید برای دمای عادی محیط معادل با 300 درجه کلوین (27 درجه سانتیگراد)، در شکل‌های 3-12و 3-13 رسم شده اند. از این نمودار‌های اینطور استنباط می‌شود که آرایه‌های خورشیدی غیر خطی‌اند و نقطه کار آنها به شدّت با تغییر تابش خورشید و همچنین ولتاژ رفرنس تغییر می‌کند.
شکل 3- 12 منحنی V_I ماژول خورشیدی
 
 
 
شکل 3- 13 منحنی V_P ماژول خورشیدی

3-3-2- استراتژی کنترلی پیشنهادی برای مزرعه خورشیدی

همانطور که بیان شد می‌توان دینامیک سیستم قدرت متشکّل از چندین ژنراتور سنکرون را به فرم خطی شده زیر مدل کرد [2]:

(3-20)

که در آن  فرکانس سیستم در مبنای واحد،  و  به ترتیب توان مکانیکی و الکتریکی کل در مبنای واحد،  ثابت لختی به ثانیه و  عامل میراکننده در مبنای واحد است. به خاطر اینکه معمولاً ثابت زمانی بزرگی در ارتباط با دینامیک توان مکانیکی  وجود دارد (نظیر دینامیک بویلر)، در چهارچوب زمانی کوتاه مدت لختی سیستم نقشی مهّم در تعیین حسّاسیت فرکانس سیستم نسبت به عدم تعادل میان تولید و مصرف دارد. از طرفی عامل میراکننده تعیین کننده قابلیّت سیستم در جذب عدم تعادل توان و کم کردن تغییرات حالت ماندگار فرکانس سیستم دارد.

3-3-3- تغییر در تنظیم دروپ واحد‌های تولیدی در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ

ساختار اصلی تنظیمات دروپ مانند قبل ثابت است؛ افزایش ضریب نفوذ بادی، افزایشی در دروپ معادل (کاهشی در بهره معادل دروپ) را به همراه دارد. با داشتن ضریبی معادل با ، تنظیم دروپ به فرم بیان شده در معادله 3-21 تغییر می نماید:

(3-21)

3-3-4- تغییر در ثابت لختی سیستم در حضور تولید خورشیدی

همانند تولید بادی، در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ  در شبکه معادله تعادل توان 3-19 کماکان برقرار است. ولی از آنجا که تولید خورشیدی هیچ جرم چرخانی ندارد و انرژی ذخیره شده ای در خود ندارد، حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ   در شبکه منجر به کاهش لختی سیستم صورت معادله 3-22 می‌شود:

(3-22)

در چنین شرایطی اگر تولید خورشیدی سهمی در توانایی تنظیم فرکانس نداشته باشد، تغییرات بار در شبکه منجر به تغییرات شدیدتری در فرکانس سیستم خواهد شد.

3-3-5- مشارکت واحد تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس شبکه

جهت فائق آمدن بر مشکلات نامطلوب ورود تولید سیستم‌های خورشیدی، طرح کنترلی جدیدی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس سیستم قدرت پیشنهاد شد [29]. در این طرح کنترلی، برای اینکه سیستم خورشیدی تنظیماتی مشابه تنظیم دروپی مشابه با ژنراتورهای سنکرون داشته باشد، یک گاورنر سرعت مجازی برای آن طراحی شده است. علاوه بر آن زمانی که کسری بار یا افزایش تابش شدیدی رخ داد، می بایست توان خروجی واحد خورشیدی سریعاً محدود گردد تا عدم تعادل توان تغییرات توان کمینه گردد. پس از یک تاخیر زمانی، سیستم خورشیدی می‌تواند مجدّداً به حالت کنترل دروپ خود باز گردد.
از مدل تک خطی سیستم خورشیدی متصل به شبکه که در شکل 3-11 نشان داده شده است، نیز می‌توان برای نشان دادن طرح کنترلی استفاده شود. لازم به ذکر است در طرّاحی فعلی، از دینامیک سریع اندوکتانس داخلی اینورتر در مقایسه با دیگر اجزای سیستم صرفنظر شده است [59] .همانطور که در شکل 3-14 نشان داده شده است استراتژی کنترلی را می‌توان در سه سطح بیان نمود:
شکل 3- 14 ساختار اصلی سیستم کنترلی
در سطح 1، یک کنترلر PWM مطابق حلقه دوگانه کنترلی مشغول بکار خواهد بود (جهت اطلاعات بیشتر به [21] مراجعه شود). حلقه خارجی ولتاژ آرایه خورشیدی  و توان راکتیو  آنرا کنترل می‌کند، در

پایان نامه ارشد کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق الکترونیک گرایش قدرت:کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- قسمت 2

، فرکانس حاصله به اندازه کافی با فرکانس‌های تشدید فاصله داشته باشد. هرگونه افت فرکانس سبب کاهش سرعت توربین شده و مرز مضارب سرعت با فرکانس‌های تشدید را کم می‌‎کند. بر اثر نزدیک شدن سرعت توربین به یکی از این فرکانس‌های تشدید، دامنه ارتعاشات توربین افزایش می‌یابد و خطر بروز تشدید زیر سنکرون را افزایش می‌دهد [1].

از آن جا که تغییر فرکانس شبکه نتیجه وجود عدم تعادل بین توان تولیدی و مصرفی (به اضافه ی تلفات) است، هر گونه اقدام اصلاحی تغییر سطح تولید و یا مصرف را در پی دارد. برای حفظ فرکانس شبکه راهکارهایی وجود دارند که در زیر به بعضی از آنها اشاره می‌شود:

  1. واحدهای آبی و یا گازی واکنش سریع که قادرند طی زمان محدودی (در چند دقیقه) وارد مدار شده و کمبود شبکه را جبران سازند.
  2. استفاده از ظرفیت آزاد نیروگاه‌ها (رزرو گردان) که مستلزم عملکرد صحیح سیستم کنترل سرعت توربین، موسوم به گاورنر است. ثابت زمانی پاسخ گاورنر در نیروگاه‌های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال واحد‌های بخاری که در آن تغییر سریع فشار دیگ بخار مجاز نیست، نیازمند چند ده دقیقه زمان جهت تنظیم بارند. با عملکرد گاورنر نیروگاه‌های شبکه، اضافه بار متناسب با تنظیم دروپ سیستم گاورنر سرعت، بین واحد‌های تولیدی توزیع می‌شود.
  3. از آنجا که توان مصرفی شبکه به سطح ولتاژ آن وابسته است، می‌توان با کنترل ولتاژ شبکه ی توزیع تا حدی تقاضای بار را کنترل کرد. کاهش ولتاژ توزیع منجر به تغییر در بار خانگی می‌گردد. اعمال این تغییرات از طریق تغییر تپ چنجر ترانسفورماتور‌های شبکه میسّر است و نیازمند محدوده زمانی در حدود چند دقیقه است.
  4. یکی دیگر از راه‌های حفظ فرکانس سیستم، حذف بار است. حذف بار یکی از سریع‌ترین راه‌های جبران کمبود توان حقیقی در سیستم قدرت به حساب می‌آید. فاصله زمانی صدور فرمان حذف بار تا انجام آن بسیار محدود بوده و در واقع زمان عملکرد کلیدهای قدرت شبکه تعیین کننده سرعت عمل حذف بار است. زمان لازم برای عملکرد کلید قدرت معمولاً چند سیکل الکتریکی است. صدور فرمان می‌تواند به صورت دستی توسط بهره بردار شبکه و یا توسط مکانیزمی هوشمند و خودکار صادر می‌شود. حذف بار دستی جهت افت ماندگار فرکانس شبکه صورت می‌گیرد و میزان آن در حدود 5% است. حذف بار دستی در واقع زمانی عمل می‌‎کند که ذخیره گردان یا واحد‌های راه اندازی سریع، در کوتاه مدت قادر به جبران عامل افت فرکانس نباشند و وضعیت شبکه به حالت هشدار وارد شده باشد. در برابر حذف بار دستی از حذف بار خودکار برای حذف لااقل چند ده درصد بار شبکه در زمانی بسیار کوتاه استفاده می‌شود. زمان عملکرد حذف بار خودکار مجموع زمان تشخیص افت فرکانس و زمان قطع کلید قدرت است و حداکثر چند ده سیکل الکتریکی به طول می انجامد.

از میان روش‌های فوق، از رزرو گردان در حضور واحد کنترل فرکانس برای جبران نوسانات فرکانسی شبکه که دارای دامنه ای محدود هستند، استفاده می‌شود. در این حالت معمولاً تعادل توان با عملکرد گاورنر واحدهای تولیدی شبکه برقرار می‌شود. حذف بار دستی و کنترل ولتاژ شبکه پس از رسیدن سیستم به وضعیت پایدار مورد استفاده قرار می‌گیرند و به صورت عمده خطاهای ماندگار شبکه را اصلاح می‌کنند. حذف بار خودکار هر چند سریع‌ترین مکانیزم محسوب می‌شود اما آخرین راه حل برای پاسخ به عدم توازن توان حقیقی شبکه است. این راه حل تنها زمانی انتخاب می‌شود که عدم تعادل به قدری بزرگ باشد که گاورنر‌ها فرصت لازم برای پاسخ به آن را نداشته باشند. در این حالت فرکانس شبکه به سرعت افت می‌‎کند و از محدوده ی مجاز کار دائمی خارج می‌شود. با رسیدن وضعیت شبکه به آستانه ی خطر، این مکانیزم سریعاً بار اضافی سیستم را حذف می‌‎کند. مهّم‌ترین اشکال این روش آنست که هزینه ی حفظ انسجام سیستم و حفظ پایداری، قطع برق و انرژی الکتریکی و ضرر مالی منتج به آنست.
افزایش ضریب نفوذ انرژی تجدیدپذیر در سیستم قدرت شاید به معنی ارتقای عدم قطعیت‌ها، موانع جدید در بهره برداری و پیدایش سوال‌های جدید در باب چگونگی کنترل این منابع در کنار ساختار‌هایی مانند کنترل خودکار تولید به نظر آید. سوال مهّمی که در بدو امر نظر مخاطب را به خود معطوف می‌دارد این است که در صورت افزایش ضریب نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه، ملزومات کنترل خودکار چگونه با شرایط جدید مطابقت داده می‌شوند؟
اثرات ورود این منابع با ضریب نفوذ بالا در شبکه را، باید در چهارچوب‌های زمانی مناسب دید. در چهارچوب‌های زمانی چند ثانیه تا چندین دقیقه، قابلیّت اطمینان کلی سیستم قدرت تماماً بوسیله ادوات کنترلی خودکار و سیستم‌های کنترلی نظیر کنترل خودکار تولید، سیستم گاورنر سرعت ژنراتور‌ها و سیستم‌های تحریک آنها، پایدارسازهای سیستم قدرت، تنظیم کننده‌های خودکار ولتاژ، رله‌ها و برنامه‌های ‌حفاظتی مخصوص و سیستم‌های تشخیص و عملیاتی خطا در شبکه کنترل می‌شوند. در چهار چوب زمانی چند دقیقه تا یک هفته، بهره‌برداران سیستم می بایست تولید توان را به نحوی مدیریت نمایند تا با برقراری سطحی منطقی و اقتصادی از قابلیّت اطمینان، تولید نیروگاهی را با توجّه الگوی بار مصرف کنندگان و همچنین قیود عملیاتی شبکه تطبیق دهند.
واحدهای تولیدی انرژی تجدیدپذیر باید ملزومات فنی لازم جهت کنترل ولتاژ و فرکانس را در خود داشته باشد و نیز در صورت بروز شرایط هشدار در شبکه از خود انعطاف لازم را نشان دهند. در کنار آن واحدهای تولیدی انرژی تجدیدپذیر می باید سرعت عمل لازم جهت ایزوله ساختن واحد تولیدی در صورت بروز وضعیتی بحرانی در شبکه را از در خود ملحوظ دارد. آنها باید به عنوان عضوی از شبکه الکتریکی به صورت موثری فرمان پذیر باشند و به خصوص بتوانند در زمان بروز اغتشاشی در شبکه زمانیکه امنیت شبکه برق در معرض خطر باشد از خود انعطاف لازم را نشان دهند. ضریب نفوذ بالای تولیدات تجدیدپذیر به خصوص در مکان‌هایی دور از مراکز بار و تولیدات متداول انرژی، خطر اضافه بار بر روی خطوط انتقال توان را افزایش می‌دهد و در نتیجه بازنگری در طراحی شبکه و احیاناً اضافه نمودن خطوط ارتباطی جدید جهت پیش گیری از بروز اضافه بار بروی ارتباطی را طلب می‌‎کند. علاوه برآن به روز کردن کد‌های شبکه در حضور ضریب بالای تولیدات تجدیدپذیر نیز ضروری به نظر می‌رسد.

1-3- ساختار مطالعاتی پایان‌نامه

برای غلبه بر موانع نامطلوب در استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید با ضریب نفوذ بالا در شبکه چند ناحیه ای قدرت، داشتن برنامه کنترلی مناسب جهت کنترل فرکانس شبکه ضروری است. از اینرو موضوعی که این پایان‌نامه سعی در پوشش آن دارد، به کنترل فرکانسِ تولید بادی و تولید خورشیدی و مشارکت آنها در کنترل اولیّه فرکانس باز می‌گردد. به طور کلی می‌توان حوزه ی دید کار حاضر را در چند بند زیر خلاصه کرد:

  1. ارایه طرح کنترلی جدیدی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس ناحیه در سیستم چند ناحیه ای قدرت.
  2. مشارکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس.
  3. پیشنهاد برنامه کنترلی مناسب جهت استخراج انرژی جنبشی ذخیره شده در جرم چرخان توربین، در پی بروز اغتشاش باری در شبکه و کمک گرفتن از این توان اضافی جهت کم کردن افت اولیّه فرکانس در پی بروز آن انحراف بار در سیستم چند ناحیه ای قدرت.
  4. مشارکت دادن تولید بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس .
  5. بررسی پاسخ دینامیکی سیستم دو ناحیه قدرت متشکّل از واحد‌های حرارتی در حضور تولید خورشیدی/بادی/ هر دو، در سیستم قدرت.
  6. استفاده از ذخیره‌ساز‌های انرژی برای کاهش نوسانات توان خروجی در سمت تولید بادی و برای کمک به قابلیّت تنظیم فرکانس و جلوگیری از بروز تغییرات شدید توان در سمت تولید خورشیدی.
  7. بهینه‌سازی بهره انتگرال‌گیر‌های کنترل تکمیلی دو ناحیه، ضرایب نفوذ بهینه تولیدات تجدیدپذیر(جهت تأمین سطح بهینه ای از پشتیبانی فرکانس) و همچنین تعیین ظرفیت ذخیره‌ساز در دو ناحیه، برای داشتن کمترین نرخ تغییرات فرکانس دو ناحیه و توان انتقالی خط واسط دو ناحیه.

به این صورت می‌توان مطالبی را که در فصل‌های بعدی بیان می‌شود، سازماندهی کرد. در فصل دوم پیشینه تحقیق مفصلاً بررسی می‌گردد. در فصل سوم به مطالعه و بررسی چگونگی استحصال توان بادی بوسیله DFIG پرداخته می شود. ایده ی استفاده انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین بادی و تزریق آن به شبکه جهت کاهش افت اولیّه فرکانس در زمان وقوع افزایش باری در شبکه مورد توجّه قرار می‌گیرد. در ادامه ساختار اصلی واحد تولید خورشیدی معرفی می‌شود. پس از آن برنامه کنترلی مناسبی جهت شرکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس بیان می‌شود. فصل چهارم به ارائه نتایج شبیه سازی اختصاص دارد. سیستم دو ناحیه ای حرارتی به عنوان مدل پایه در نظر گرفته می‌شود و پاسخ دینامیکی آن به انحراف بار در هر ناحیه شبیه سازی می گردد. اثر ورود تولید DFIG به شبکه با ضریب نفوذ مشخّصی در حضور برنامه کنترلی جهت پشتیبانی موقّت توان اکتیو و بدون حضور آن، بررسی می‌شود. تاثیرات ورود تولید خورشیدی با ضریب نفوذ بالا در شبکه در حضور استراتژی کنترلی پیشنهادی و عدم حضور آن بررسی می‌شود. در مرحله آخر تاثیرات توأماً ورود تولیدات باد و خورشید، در حضور برنامه‌های کنترلی مربوطه شان و در نبود آنها با مدل اصلی مقایسه می‌شود. در گام بعد با احتساب اثر ورود ذخیره‌ساز پارامترهای مهّم شبکه بهینه‌ می گردند. در فصل پنجم، اقدامات صورت گرفته جهت مطالعه تأثیرات ورود تولیدات بادی DFIG و تولید خورشیدی به شبکه جمع بندی شده و در انتها گام‌ها و پیشنهادهای ممکن در ادامه ی مسیر حاضر بیان می شوند.
 

 

 

فصل دوم: کنترل خودکار تولید

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2-1- تعریف مسئله

سیستم قدرت ذاتی غیر خطی و متغیّر با زمان دارد. برای بررسی و تحلیل پاسخ فرکانسی سیستم قدرت نسبت به اغتشاشات کوچک بار می‌توان از مدل خطی شده ی سیستم استفاده کرد. اگرچه که در مطالعات پایداری دینامیکی شبکه، مطالعات کنترل ولتاژ و فرکانس را نمی‌توان مستقل از هم در نظر گرفت، ولی با توجّه به این که دینامیک‌های موجود در پاسخ فرکانسی سیستم در قیاس با دینامیک‌های ولتاژ و زاویه روتور بسیار کندتر عمل می‌کند، می‌توان برای مطالعات پایداری دینامیکی، مطالعات کنترل فرکانس و کنترل ولتاژ و زاویه روتور را در حالت پایدار شبکه، به صورت مستقل از هم در نظر گرفت.
پاسخ ژنراتورهای سنکرون شبکه به تغییرات فرکانس را می‌توان به سه مرحله تقسیم بندی کرد [2]:

  • ابتدا به ساکن پس از تشخیص عدم توازن در سیستم، روتور‌های ژنراتورها انرژی آزاد و یا جذب می کنند و این مسأله باعث تغییر در فرکانس سیستم می‌گردد. به این مرحله کنترلی اصطلاحا پاسخ اینرسی گفته می‌شود.
  • زمانی که تغییرات فرکانس از مقدار معینی بیشتر شد، کنترل کننده‌ها برای تغییر توان ورودی به سیستم فعّال می‌شوند و این مرحله را اصطلاحاً کنترل اولیّه فرکانس می‌نامند. این مرحله کنترلی حدود 10 ثانیه پس از وقوع حادثه آغاز و تا 20 ثانیه پس از آن نیز استمرار می‌یابد.
  • پس از آن که کنترل کننده‌های موجود اغتشاش بوجود آمده را اصلاح کردند، سیستم مجدّداً متعادل می‌گردد؛ اگرچه که فرکانس سیستم از مقدار نامی خود فاصله دارد. در این مرحله واحدهای تولید شبکه وظیفه باز گرداندن فرکانس سیستم به مقدار نامی آنرا بر عهده می‌گیرند. این مرحله کنترلی را کنترل ثانویه فرکانس می نامند. این مرحله از 30 ثانیه پس از زمان بروز اغتشاش شروع شده و می‌تواند تا 30 دقیقه پس از آن نیز ادامه یابد.

در یک توربین ژنراتور، رفتار دینامیکی کلی بار-تولید و انحراف فرکانس به صورت زیر بیان می‌شود:

(2-1)

که در آن  انحراف فرکانس،  انحراف توان مکانیکی و  میزان تغییرات بار می‌باشد. ثابت اینرسی با  و ثابت میرایی با  نشان داده شده ‌است. با گرفتن تبدیل لاپلاس از معادله ی فوق، رابطه زیر حاصل می‌شود:

(2-2)

می‌توان معادله فوق را به صورت بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل (2-1) نمایش داد.
شکل 2- 1 بلوک دیاگرام مدل توربین ژنراتور
 همچنین برای مدلسازی گاورنر، می‌توان از مدل ساده شده ی شکل (2-2) استفاده کرد.
شکل 2- 2 مدل ساده شده ی گاورنر
دقت شود که در شکل (2-2)،  معرف دروپ گاورنر،  ثابت زمانی گاورنر و  رفرنس مرجع بار است. مدل ساده شده ی توربین نیز به صورت شکل (2-3) در نظر گرفته شده ‌است.
شکل 2- 3 مدل ساده شده ی توربین
علاوه بر این، مدل باز گرمکن توربین‌های بخاری را می‌توان با بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل (2-4) مدل کرد:
شکل 2- 4 مدل توربین باز گرمکن
بنابر این بلوک دیاگرام حلقه اولیّه کنترل بار فرکانس صورت شکل (2-5) در خواهد آمد.
شکل 2- 5 مدل خطی و ساده شده کنترل فرکانس سیستم قدرت
برای مدل کردن کنترل فرکانس یک سیستم ایزوله یا جزیره ای می‌توان کل مجموعه را به صورت شکل 2-5 در نظر گرفت. مدل ارائه شده می‌تواند به عنوان مدل پاسخ فرکانسی معادل برای کل سیستم در نظر گرفته شود. در مدل جدید  و  مجموع  و ‌ های آن ناحیه می‌باشد.
در یک سیستم جزیره ای، تنظیم خطای انتقال توان بین ناحیه ای جزو وظایف کنترل بار فرکانس نیست. تنها وظیفه کنترل بار فرکانس باز گرداندن فرکانس آن ناحیه به مقدار نامی است. برای این که بتوان مدل شکل (2-6) را به یک سیستم قدرت چند ناحیه ای تعمیم داد، بایستی مفهوم ناحیه کنترلی به گونه ای تعریف شود که در برگیرنده گروهی از ژنراتورهای همپا باشد. همپایی به این مفهوم است که همه ی ژنراتورها نسبت به تغییرات بار جهت یکسانی داشته باشند. ضمنا در هر ناحیه، کنترل بار فرکانس برای تمام آن ناحیه فرض شود.
یک سیستم قدرت چند ناحیه ای از نواحی کنترلی مجزایی تشکیل یافته است که به وسیله خطوط انتقال به یکدیگر متصل شده‌اند. انحراف فرکانس در هر ناحیه، نه تنها ناشی از تغییرات بار آن ناحیه است، بلکه تغییرات توان انتقالی خطوط بین ناحیه ای نیز در آن تاثیرگذار است.
شکل 2- 6 مدل کنترل بار فرکانس سیستم چند ماشینه
کنترل فرکانس در هر ناحیه نه فقط مسئول کنترل فرکانس همان ناحیه است، بلکه مسئولیت کنترل توان انتقالی خطوط ارتباطی با نواحی دیگر را نیز باید برعهده گیرد. بنابراین در یک سیستم چند ناحیه ای قدرت، بایستی تأثیر خطوط انتقال توان بین ناحیه ای را در مدلسازی کنترل بار فرکانس در نظر داشت. در شکل (2-7) یک سیستم دو ناحیه ای نشان داده شده ‌است.
شکل 2- 7 شماتیک کلی سیستم دو ناحیه ای قدرت
در این شکل رابطه بین توان انتقالی از خطوط ارتباطی بین دو ناحیه طبق رابطه (2-3) حاصل می‌شود:

(2-3)

که در آن  و  ولتاژ‌های نواحی کنترلی 1 و 2 بوده و  و  زاویه‌های بار ماشین‌های معادل نواحی 1 و 2 می‌باشد. منظور از  راکتانس خط بین ناحیه ای می‌باشد.
 با خطی سازی رابطه  (2-3)  حول نقطه کار   و  خواهیم داشت:
 

(2-4)

که در آن  گشتاور سنکرون کننده نام داشته و برابر است با:

(2-5)

با استفاده از تابع تبدیل  خواهیم داشت:

(1-6)

در یک سیستم چند ناحیه ای علاوه بر تنظیم اولیّه فرکانس ناحیه، کنترل مکمل بایستی انحراف توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای را نیز به صفر برساند. با افزودن یک کنترلر انتگرال‌گیر به این حلقه کنترلی، این اطمینان حاصل می‌شود که اولاً انحراف موجود در فرکانس و دوماً توان انتقالی خطوط در حالت ماندگار به صفر می‌رسد. سیستم کنترلی که دو هدف عمده فوق پوشش می‌دهد را اصطلاحاً کنترل خودکار تولید می نامند. کنترل خودکار تولید با اضافه کردن یک سیگنال کنترلی جدید در حلقه کنترلی فیدبک صورت می پذیرد. همانگونه که در معادله (2-7) آید، سیگنال کنترلی مذکور که سیگنال خطای ناحیه نامیده می‌شود، ترکیبی خطی از تغییرات فرکانس ناحیه به انضمام تغییرات توان انتقالی خطوط انتقالی می‌باشد:

(2-7)

که در آن  ضریب بایاس ناحیه (رابطه 2-8)،  تغییرات فرکانس ناحیه و  تغییرات توان خطوط انتقالی است. بلوک دیاگرام نهایی شبکه قدرت که درآن کنترل اولیّه و ثانویه فرکانس لحاظ شده ‌است در شکل (2-8) آمده است.
معمولاً پیشنهاد می‌شود، ضریب  به صورت زیر انتخاب شود:

(2-8)

در رابطه فوق  مشخّصه دروپ و  ضریب حسّاسیت بار نسبت به تغییرات فرکانس می‌باشد. شکل 2-8 چگونگی اعمال کنترل تکمیلی یا ثانویه را نشان می‌دهد.
تاثیر تغییرات بار محلی و توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای، در مدل شکل (2-8) به خوبی در نظر گرفته شده ‌است. هر ناحیه کنترلی، توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای و فرکانس ناحیه ی خود را در مرکز کنترل ناحیه خود کنترل می‌‎کند. سیگنال  بعد از محاسبه، وارد کنترل کننده ی واحد دیسپتچ می‌شود. سیگنال کنترلی تولیدی به عنوان رفرنس بار به توربین گاورنر مورد نظر اعمال می‌شود. بنابر این دیاگرام کنترلی پیشنهادی می‌تواند اهداف اولیّه کنترل بار فرکانس را برآورده ساخته و مقدار توان عبوری از خطوط و همچنین فرکانس ناحیه را به مقدار مشخّص شده برگرداند. 
فرض کنید در یک ناحیه کنترلی شاهد تغییر بار به مقدار  باشیم. افزایش بار سیستم باعث کاهش فرکانس سیستم می‌شود. می‌توان مقدار اولیّه این انحراف را تابع عوامل زیر دانست:

  • انرژی جنبشی موجود در قسمت گردان ماشین‌ها (لختی)
  • تعداد ژنراتورهایی که دارای کنترل اولیّه می‌باشند و ظرفیت رزرو موجود در این واحد‌های

پایان نامه جبران سازی فلیکر ولتاژ در خروجی توربین های بادی بر پایه ژنراتور القایی

 متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته برق

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
دانشکده مهندسی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق
گرایش قدرت
عنوان
جبران سازی فلیکر ولتاژ در خروجی توربین های بادی بر پایه ژنراتور القایی توسط استات کام جهت بهبود توان
دی ماه 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده و استاد راهنما در سایت درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)
تکه 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
عنوان                                                                                            صفحه
چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………….1                                                                                              
فصل اول:آشنایی با پدیده های کیفیت توان
1-1:مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………2
1-2:عوامل تاثیر گذار بر افزایش اهمیت موضوع کیفیت برق……………………………………………………2
1-3 :کیفیت توان چیست؟…………………………………………………………………………………………………..3
1-4 :طبقه بندی پدیده های کیفیت توان………………………………………………………………………………..4
    1-4-1 :حالتهای گذرا…………………………………………………………………………………………………….4
            1-4-1-1 :حالتهای گذرای ضربه ای………………………………………………………………………4
            1-4-1-2 :حالتهای گذرای نوسانی…………………………………………………………………………4
     1-4-2 :تغییرات بلند مدت ولتاژ…………………………………………………………………………………….5
            1-4-2-1 :افزایش ولتاژ………………………………………………………………………………………..5
            1-4-2-2 :کاهش  ولتاژ………………………………………………………………………………………..5
            1-4-2-3:قطعی های دائم……………………………………………………………………………………..6
     1-4-3 :تغییرات کوتاه مدت ولتاژ…………………………………………………………………………………..6
            1-4-3-1 :قطعی های کوتاه مدت…………………………………………………………………………..6
            1-4-3-2 :فرو رفتگی ولتاژ……………………………………………………………………………………6
            1-4-3-3 :برآمدگی ولتاژ………………………………………………………………………………………7
     1-4-4 :اعوجاج شکل موج……………………………………………………………………………………………8
            1-4-4-1 :جابجاییDC…………………………………………………………………………………………8
            1-4-4-2 :هامونیک ها………………………………………………………………………………………….8
           1-4-4-3 :هامونیک های میانی………………………………………………………………………………..9
    1-4-5 :برش ولتاژ…………………………………………………………………………………………………………9
    1-4-6 :نوسانات ولتاژ………………………………………………………………………………………………….10
    1-4-7 :فلیکر ولتاژ………………………………………………………………………………………………………11
           1-4-7-1 :عوامل ایجاد فلیکر……………………………………………………………………………….12
           1-4-7-2 :اثرات فلیکر………………………………………………………………………………………..13
           1-4-7-3 :روشهای کاهش فلیکر…………………………………………………………………………..14
1-5 جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..15
فصل دوم:آشنایی با ادوات FACTS
2-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….16
2-2:معرفی جبرانساز Var استاتیک SVC……………………………………………………………………………16
    2-2-1:کاربردهای SVC ……………………………………………………………………………………………..17
    2-2-2:رایج­ترین انواع SVC…………………………………………………………………………………………17
2-3:معرفی و شبیه سازی جبرانساز استاتیک STATCOM……………………………………………………18
    2-3-1:کاربردهای STATCOM……………………………………………………………………………………19
    2-3-2:شبیه سازی STATCOM…………………………………………………………………………………..19
    2-3-3:مقایسه STATCOM و SVC…………………………………………………………………………….22
2-4:معرفی خازن سری کنترل تریستوری TCSC………………………………………………………………….24
   2-4-1:اهداف جبرانسازی خطوط انتقال توسط خازن­های سری………………………………………….24
   2-4-2میراکردن رزونانس زیر سنکرون (SSR) ………………………………………………………………..24
2-5:معرفی ترانسفورماتور شیفت دهنده فاز PST…………………………………………………………………25
    2-5-1:کاربردهای PST………………………………………………………………………………………………..26
    2-5-2:کاربردهای دینامیکی و گذرا……………………………………………………………………………….26
2-6:معرفی جبرانسازی سری سنکرون استاتیک SSSC…………………………………………………………26
    2-6-1:کاربرد های SSSC……………………………………………………………………………………………27
2-7: معرفی کنترل­کننده یکپارچه توان UPFC……………………………………………………………………..27
2-8:معرفی کنترل­کننده توان بین خطوط(IPFC) ………………………………………………………………….28
فصل سوم:آشنایی با سیستمهای بادی تولید انرژی الکتریکی
3-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….30
3-2:تاریخچه توربین های بادی………………………………………………………………………………………….30
    3-2-1:تولید انرژی مکانیکی…………………………………………………………………………………………31
    3-2-2:تولید انرژی الکتریکی………………………………………………………………………………………..31
3-3:مشخصه های انرژی بادی……………………………………………………………………………………………33
3-4:فن آوری توربین های بادی…………………………………………………………………………………………38
3-5:عملکرد  توربین های بادی از نظر سرعت……………………………………………………………………..38
   3-5-1:توربین های بادی سرعت ثابت…………………………………………………………………………….39
   3-5-2:توربین های بادی سرعت متغییر……………………………………………………………………………40
          3-5-2-1:توربین های بادی با تغییرات سرعت محدود………………………………………………41
          3-5-2-2:توربین های بادی سرعت متغییر با ژنراتور القایی تغذیه دوبل (DFIG)…………42
         3-5-2-3:توربین های بادی سرعت متغییر با مبدل فرکانسی با توان کامل……………………..43
3-6:کنترل آیرودینامیکی توربین های بادی…………………………………………………………………………..45
    3-6-1:کنترل ایستا (Stall Control) ……………………………………………………………………………..45
    3-6-2:کنترل زاویه پره (Pitch Control) ………………………………………………………………………45
    3-6-3:کنترل ایستای اکتیو (Active Stall Control) ……………………………………………………….46
3-7:ژنراتور های توربین های بادی…………………………………………………………………………………….46
    3-7-1:ژنراتور القایی……………………………………………………………………………………………………47
           3-7-1-1:ژنراتور القایی قفس سنجابی…………………………………………………………………..47
           3-7-1-2:ژنراتور القایی روتور سیم پیچی شده……………………………………………………….48
     3-7-2:ژنراتور سنکرون ……………………………………………………………………………………………..49
            3-7-2-1:ژنراتورهای سنکرون روتور سیم پیچی شده(WRSG)………………………………50
            3-7-2-2:ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم(PMSG)………………………………………….50
     3-7-3:ژنراتور DC…………………………………………………………………………………………………….51
     3-7-4:ژنراتورهای ولتاژ بالا………………………………………………………………………………………..52
3-8:کاربرد الکتروینک قدرت در توربین های بادی………………………………………………………………52
    3-8-1:راه انداز نرم(Soft Starter) ……………………………………………………………………………….52
    3-8-2:بانک خازنی……………………………………………………………………………………………………..53
    3-8-3:یکسوساز و اینورتر……………………………………………………………………………………………53
    3-8-4:مبدل فرکانس……………………………………………………………………………………………………54
3-9:جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..55
فصل چهارم:انتشار فلیکر و طراحی فلیکرمتر
4-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….56
4-2تخمین نوسانات ولتاژ………………………………………………………………………………………………….57
4-3:اندازه گیری شدت فلیکر کوتاه مدت و بلند مدت………………………………………………………….58
4-4:آزمایش عملکرد فلیکرمتر……………………………………………………………………………………………62
4-5:ارزیابی فلیکر در شبکه متصل به بارهای مختلف……………………………………………………………63
4-6:حدود مجاز فلیکر ولتاژ در سطوح مختلف ولتاژ…………………………………………………………….64
4-7:مدت زمان لازم برای اندازه گیری فلیکر………………………………………………………………………..64
4-8:فواصل زمانی اندازه گیری فلیکر برای شرکت های برق………………………………………………….65
4-9:حدود مجاز تزریق فلیکر توسط مشترکین……………………………………………………………………..65
4-10:مشخصه یک نوسان ولتاژ نمونه…………………………………………………………………………………66
4-11:ارزیابی فلیکر توربین های بادی متصل به شبکه در استانداردIEC 61400-21………………….67
     4-11-1:بهره برداری پیوسته………………………………………………………………………………………..68
     4-11-2:عملیات کلید زنی…………………………………………………………………………………………..69
فصل پنجم:شبیه سازی و تحلیل نتایج
5-1:مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….71
5-2:توصیف مدل……………………………………………………………………………………………………………..71
5-3:مدل سازی در سیمولینک…………………………………………………………………………………………….73
5-4:تحلیل نمودارها………………………………………………………………………………………………………….77
    5-4-1:تغییرات توان اکتیو و راکتیو قبل و بعد از اتصال STATCOM……………………………….77
    5-4-2:زوایای پره ها قبل و بعد از اتصال STATCOM…………………………………………………..78
    5-4-3:اندازه گیری مقادیر فلیکرمتر قبل و بعد از اتصال STATCOM………………………………79
5-5:جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..82
نتیجه گیری
نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………83
منابع
منابع………………………………………………………………………………………………………………………………..84
پیوست ها
پیوست ها………………………………………………………………………………………………………………………..86
استفاده از انرژی های تجدید پذیر جهت تولید انرژی الکتریکی، به طور فزاینده ای افزایش یافته است با گسترش استفاده از سیستم های انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (FACTS)، جهت جبران کیفیت های توان و ولتاژ، محدوده استفاده از این انرژی ها را افزایش داده است استفاده از انواع توربین های بادی جهت تولید انرژی برق، در سال های اخیر رایج شده است و بسیاری از کشور ها از آن استفاده می کنند در این پروژه، کاربرد جبران ساز سنکرون استاتیکی (STATCOM) در بهره برداری پیوسته ی یک مزرعه ی بادی ارزیابی شده است و تأثیر حضور STATCOM بررسی و مدل سازی شده است نتایج شبیه سازی نشان می دهد که توان شبکه با حضور STATCOM بهبود می یابد و توربین های بادی سرعت ثابت به خاطر خصلت نوسانی توان تولیدی خود به طور قابل ملاحظه ای کیفیت ولتاژ شبکه الکتریکی متصل به آنها را تحت تاثیر قرار می دهند.نوسانات سریع ولتاژ تولید شده توسط این توربین ها باعث بروز فلیکر ولتاژ در شبکه می شود. با توجه به شبیه سازی انجام شده می توان اثر پارامترهای مختلف شبکه الکتریکی بر روی میزان فلیکر ولتاژ انتشار یافته ناشی از توربین های بادی را بررسی کرد.برای ارزیابی میزان انتشار فلیکر ولتاژ، برنامه فلیکرمتر بر اساس استاندارد IEC 61400-4-15 نوشته شده است.مطالعه و شبیه سازی در محیط MATLAB/SIMULINK  و با در نظر گرفتن سه توربین 3 مگاو ات بر پایه ی ژنراتور القایی در یک مزرعه بادی انجام شده است.                            
1-1:مقدمه
بحث کیفیت توان که تا امروزه یکی از بحث های مهم در سیستمهای قدرت می باشد از گذشته مطرح بوده است و شرکت های برق در سرتاسر جهان از چندین دهه قبل بر روی این موضوع کار کرده اند.
در سال 1970 کیفیت برق به عنوان یکی از اهداف مهم در طراحی سیستم های قدرت صنعتی مطرح گردید،علاوه بر ایمنی،سرویس دهی با قابلیت اطمینان بالا و کم شدن هزینه های اولیه و جاری نیز از مباحثی بود که به همراه آن مهندسین برق را درگیر ساخت. تقریبا در همین زمان موضوع “کیفیت ولتاژ” در کشورهای اسکاندیناوی و در شوروی سابق مطرح گردید که هدف اصلی آنها کنترل تغییرات کم دامنه ولتاژ بود.
1-2:عوامل تاثیر گذار بر افزایش اهمیت موضوع کیفیت برق
امروزه عوامل متعددی موجب گردیده اند که بحث کیفیت توان و عرضه برق با کیفیت مناسب به مصرف کنندگان از مباحث مهم بشمار می آید که در زیر به تعدادی از آنها اشاره می شود:

  • تجهیزات و دستگاهها نسبت به اغتشاشات ولتاژ از حساسیت بیشتری بر خوردار شده اند.تجهیزات قدرت به 10 تا 20 سال گذشته بسیار حساس تر شده اند.آقای توماس کِی در سال 1978 مشکلات اغتشاشات ولتاژ روی عملکرد تجهیزات الکترونیک را مورد بحث قرار دارد. علاوه بر حساس شدن تجهیزات،شرکتها نیز بعت اتلاف وقت و کاهش درآمد در آثر مشکلات مربوط به پدیده های کیفیت توان به این مساله حساسیت بیشتری نشان می دهند. در یک شبکه ایده آل انرژی الکتریکی ،برقراری برق بصورت پیوسته یک حق اساسی برای مشترکین مورد نظر می باشد ،در نتیجه هر گونه قطعی برق با اعتراضی بیش از گذشته مواجه خواهد بود،حتی اگر باعث هیچگونه خرابی یا خسارت فیزیکی نگردد.[5]
  • تجهیزات و دستگاههای مختلف به تنهایی باعث بروز اغتشاشات ولتاژ می شوند.ادوات الکترونیک قدرت مدرن نه تنها به اغتشاشات ولتاز حساس هستند بلکه خود باعث بروز اغتشاش ولتاژ می گردند.افزایش استفاده از مبدلها (از تجهیزات الکترونیکی مصرف کننده ها و کامپیوتر ها تا تجهیزات کنترل سرعت در موتورها)منجر به افزایش اغتشاشات در ولتاژ گردیده است.مساله اصلی در اینجا غیرسینوسی بودن جریان یکسو کننده ها و اینورترها می باشد. جریان ورودی این دستگاهها علاوه بر دارا بودن فرکانس اصلی شبکه حاوی هارمونیک نیز می باشند. که به علت افزایش استفاده از آنها مشکل مهمی برای شبکه بحساب می آیند.
  • افزایش نیاز برای استاندارد کردن و معیار های عملکرد:در قدیم مصرف کننده انرژی الکتریکی از دید بسیاری از شرکت های برق صرفا یکبار ساده به شمار می آمد، قطعی برق و اغتشاشات ولتاژ یک امر طبیعی محسوب می شد و شرکت مذکور نیز طبق خواسته خود عمل می نمود و هر مشترکی که نیاز به کیفیت و قابلیت اطمینان بالاتری داشت می بایست هزینه اضافی پرداخت کند،اما امروزه شرکت های تامین کننده برق به مصرف کننده به عنوان یک “مشتری”نگاه می کنند.الکتریسیته بصورت یک محصول با مشخصات خاص خود شناخته شده که می تواند اندازه گیری شود،پیش بینی گردد،تضمین شود،ارتقاء یابد و … که این موضوع بعلت گرایش به سمت خصوصی سازی و تغییر ساختار شبکه برق می باشد.رقابت آزاد در بازار های برق موضوع راحتی پیچیده تراز این هم می کند. در قدیم مصرف کننده قراردادی با موسسه برق محلی منعقد می ساخت و آن موسسه هم انرژی الکتریکی را با کیفیت و قابلیت خاص خود در اختیار مصرف کننده قرار می داد،اما امروزه در سیستمهای تجدید ساختار شده و با گسترش بازار برق مشترکین می توانند انرژی الکتریکی را از هر موسسه ای که متمایل باشند خریداری کنند،بنابراین موسسه ای در این راستا موفق است که بتواند برق را با کیفیت و قابلیت اطمینان بهتری به مشترکین تحویل بدهد. بنابراین بحث کیفیت توان و کاهش اثرات سوء ناشی از آن اهمیت خود را نشان می دهد.
  • کیفیت توان قابل اندازه گیری است:با دسترس بودن وسایل الکترونیکی برای اندازه گیری و نمایش شکل موجها،کیفیت توان بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.در قدیم اندازه گیری شاخصهای کیفیت توان مشکل بود و محدود به اندازه گیری مقدار موثر ولتاژ،فرکانس و قطعی های بلند مدت بود.اما امروزه با پیشرفت تکنولوزی و در اختیار بودن تجهیزات مانیتورینگ کیفیت توان،همچنین ارائه شاخصها و روشهای مناسب، ارزیابی و اندازه گیری پدیده های مختلف کیفیت توان براحتی قابل انجام است.

1-3 :کیفیت توان چیست؟
از دیدگاههای مختلف تعاریف متفاوتی برای کیفیت توان بیان شده است. به عنوان نمونه یک شرکت برق کیفیت توان را بیشتر از جنبه قابلیت اطمینان مطرح می کند و یا از دید یک تولید کننده،کیفیت توان مشخصات برق عرضه شده برای کارکرد مناسب دستگاههای تولیدی می باشد.
دیکشنری انجمن بین المللی مهندسین برق در استاندارد IEEE std 1100 کیفیت توان را چنین تعریف می کند:”کیفیت توان برق دار کردن تجهیزات حساس برای عملکرد مناسب آن تجهیزات است”تعریف جامع تر که در مرجع[5]بیان شده مشکلات توان را چنین مطرح میکند:”هر مشکلی در برق عرضه شده که به صورت انحراف جریان،ولتاژ یا فرکانس بروز می کند و منجر به خرابی یا عملکرد نامناسب تجهیزات مشترکین می گردد”.
1-4 :طبقه بندی پدیده های کیفیت توان
علیرغم وجود توافقهائی در تعاریفی که برای پدیده های کیفیت توان انجام شده است،دو مورد استاندارد مرجع که بطور گسترده ای مورد استفاده هستند سری IEEE1159 و IEC-61000 می باشند که پدیده های مشهور معرفی شده توسط این استانداردها در ادامه تشریح می گردد[6و5و4]:
1-4-1 :حالتهای گذرا:
اصطلاح گذرا بطور معمول در مورد تغییرات ناگهانی در یک شکل موج سینوسی بکار می رود.کلمه ضربه برای تشزیح امواج گذرایی که توسط صاعقه بوجود می آید مورد استفاده قرار می گیرد. استاندارد IEC61000-2-5-1990 امواج گذرا را بسته به منابعی که باعث وقوع این اختلالات میگردند به دو زیر گروه تقسیم میکند:
1-4-1-1 :حالتهای گذرای ضربه ای:
حالتهای گذرای ضربه ای به تغییر ناگهانی در شرایط پایدار جریان،ولتاژ یا هر دو و با فرکانسی متفاوت با فرکانس شبکه و پلاریته یک جهتی اطلاق می شود.حالتهای گذرای ضربه ای بطور معمول با دو مشخصه”Decay Time” و “Rise Time” و همچنین محتویات طیفی آنها شناخته می شوند.شکل (1-1)موج ضربه بر روی موج سینوسی را نشان می دهد.حالتهای گذرای ضربه ای علاوه بر اثرات نامطلوبی که بر روی عایقها دارند باعث تحریک فرکانس طبیعی شبکه و بروز حالتهای گذرای نوسانی نیز می گردند.
تعداد صفحه :114
قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت  serderehi@gmail.com

دانلود پایان نامه کارشناسی:بررسی سیستم های ایمنی در خودرو

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی رشته : مکانیک

عنوان :بررسی سیستم های ایمنی در خودرو

 

Continue reading “دانلود پایان نامه کارشناسی:بررسی سیستم های ایمنی در خودرو”

دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد:ارزیابی رفتار متقابل لرزه ای ساختمان های مجاورهم و متصل شده توسط میراگر

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :عمران

عنوان :ارزیابی رفتار متقابل لرزه ای ساختمان های مجاورهم و متصل شده توسط میراگر

گرایش:سازه

Continue reading “دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد:ارزیابی رفتار متقابل لرزه ای ساختمان های مجاورهم و متصل شده توسط میراگر”

پایان نامه ارشد:بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :کامپیوتر

گرایش :نرم افزار

عنوان : بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان

Continue reading “پایان نامه ارشد:بهبود خوشه بندی شبکه های حسگر بیسیم با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچگان”