دانشکدة فنی و مهندسی

گروه آموزشی مهندسی برق 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق گرایش کنترل

 

عنوان:

 

 رهگیری حداکثر توان در توربین های بادی سرعت متغیر با استفاده از کنترل کننده ی مرتبه-کسری

 

استاد راهنما:

دکتر سهیل گنجه فر

 

اساتید داور:

دکتر محمد حسن مرادی

دکتر علیرضا حاتمی

 

نگارش:

 

محمد سلیمانی

 

29 اردیبهشت 1397 ساعت 11

سالن خانمحمدی

 

 

BU-Ali Sina University

 

Faculty of engineering

Department: electrical engineering

 

Thesis submitted for Master of Science

 

 

Title

 

capture the maximum power from variable speed wind turbines using Fractional Order controller

 Supervisor:

Soheil Ganjefar(Ph.D)

 By:

Mohammad Soleymani

 

May,19,2018

 

چكيده:

منابع انرژی تجدیدپذیر، نظیر انرژی باد، خورشید و زمین‌گرمایی جایگزین پاکیزه‌ای برای سوخت‌های فسیلی می‌باشند. بحران نفت در سال 1970 از یک سو و مزایایی چون رایگان بودن، پاکیزه و پایان‌ناپذیر بودن انرژی بادی از سوی دیگر سبب شد این تکنولوژی پیشرفت قابل ملاحظه‌ای را تجربه کند. توربین‌های بادی که در سرعت‌های ثابت و متغیر کار می‌کنند؛ وسایلی هستند که انرژی باد را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. توربین بادی سرعت متغیر می‌تواند روی گستره‌ی وسیعی از سرعت‌ها به حداکثر راندمان تبدیل انرژی برسد؛ در حالی که یک توربین بادی سرعت ثابت نمی‌تواند در گستره‌ی سرعت‌های باد در ماکزیمم کارایی خود عمل کند. بنابراین توربین بادی سرعت متغیر در مقایسه با نوع سرعت ثابت آن کارایی مطلوب‌تری دارد و بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. استراتژی کنترل در توربین بادی سرعت متغیر وابسته به سرعت باد منحصر به فردی است، که سرعت مجاز باد خوانده می‌شود و در آن توان ژنراتور توربین بادی به سرعت مجازش می‌رسد. در سرعت‌های بالای سرعت مجاز باد، معمولا کنترل چرخش مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم کنترلی چرخش می‌تواند توان ژنراتور را با تغییر زاویه‌ی پره‌ها حول محور طولیشان، ثابت نگاه دارد. با این حال، در سرعت های کمتر از سرعت مجاز، کنترل گشتاور ژنراتور معمولا برای حداکثرسازی توان رهگیری از باد مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطالعات انجام شده نشان داده‌است که در بسیاری از مناطق زمین در طول سال اغلب سرعت باد پایین است؛ بنابراین جهت حداکثرسازی توان قابل حصول، کنترل گشتاور ژنراتور نقش بسیار مهمی در توربین بادی سرعت متغیر بازی می‌کند. در این پایان‌نامه یک روش ترکیبی برای کنترل گشتاور ژنراتور در توربین‌های بادی سرعت متغیر ارائه می‌شود. در این روش پیشنهادی، گشتاور ژنراتور توربین بادی، با استفاده از یک کنترل‌کننده‌ی مرتبه‌-کسری تناسبی-‌انتگرالی، تنظیم می‌گردد. جهت تنظیم پارامترهای کنترل‌کننده، از یک شبکه‌ی عصبی مصنوعی مبتنی بر توابع بنیادی شعاعی استفاده می‌شود. مجموعه داده‌های بهینه به منظور آموزش این شبکه عصبی توسط الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات فراهم می‌شود. مدل توربین بادی 5MW مبتنی بر کد نرم افزاری FAST، که در آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر ایالات متحده(NREL) توسعه یافته‌است، به منظور شبیه‌سازی و راستی‌آزمایی نتایج، به کار گرفته می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که روش پیشنهادی کارایی خوبی از خود نشان خواهد داد.

 

واژه­های کلیدی: توربین بادی، سرعت متغیر، حداکثر توان، کنترل گشتاور، کنترل‌کننده ی مرتبه‌کسری، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، شبکه‌ی عصبی مصنوعی مبتنی بر توابع بنیادی شعایی، کد نرم افزاری FAST

 

Abstract:

                 Renewable energy resources, such as wind, solar and geothermal power, are clean alternatives to fossil fuels. They produce little or no pollution and they will never run out. Among the renewable energy resources, using wind energy is growing rapidly due to economic saving and safe utilization. Wind turbines, which work at fixed or variable speeds, are devices that convert the wind energy to electricity. A variable speed wind turbine can achieve maximum energy conversion efficiency over a wide range of wind speeds while a fixed speed wind turbine can not operate at peak efficiency across a range of wind speeds. Therefore, variable speed wind turbine, by comparison, presents a more desirable performance and is used more than fixed speed wind turbine. The control strategy in variable speed wind turbine depends on a particular wind speed, which is called rated wind speed, at which the generator or power of wind turbine reaches its rated value. In wind speeds above the rated wind speed, the pitch control is usually used. The pitch control system can keep the generator power about its rated value through changing the angle of blades about their longitudinal axis. However, in wind speeds lower than the rated wind speed, the generator torque control is usually used to maximize the captured power from the wind. Feasibility studies for the construction of wind power plants show that in many areas of the earth, the wind speed is mostly low during the year. Therefore, in order to maximize the achievable power, the generator torque control plays a more important role in variable speed wind turbine. This Thesis presents a hybrid method for generator torque control in wind turbines. The generator torque control is usually used in lower wind speeds in order to capture the maximum power. In the proposed method, the wind turbine generator torque is regulated using fractional order controller. In order to tune the fractional order controller parameters, a radial basis function neural network is used. The optimal data set to train this neural network is provided by the particle swarm optimization algorithm. A 5MW wind turbine model based on FAST(Fatigue, Aero-dynamics, Structures and Turbulence) software code developed at the US National Renewable Energy Laboratory(NREL) is used to simulate and verify the results. The simulation results show that the proposed method has a good performance.

 

Key Words: Wind turbine, Variable speed, Maximum power, Torque control, Fractional order controller, Particle swarm optimization algorithm, Radial basis function neural network, FAST software code

 

 

اکنون کسب رتبه ی شاگرد اولی. کسب رتبه ی 23 در آزمون دکتری سال 1397 در رشته ی امتحانی مهندسی برق-کنترل .

 / گرایش الکترونیک /دانشگاه صنعتی همدان / معدل 15.46 / 1389 تا 1393

 

 پایان نامه کارشناسی ارشد با موضوع رهگیری حداکثر توان در توربین های بادی سرعت متغیر با کنترل کننده ی مرتبه-کسری - 1397

 مقاله ژورنالی

H. Zivarian, M. Soleimani, M. H. DoostMohammadi, 2017. Field Programmable Gate Array

–based Implementation of an Improved Algorithm for Objects Distance Measurement, IJE TRANSACTIONS A: Basics Vol. 30, No. 1. - 1396

 پروژه ی کارشناسی با موضوع تشخیص فاصله اجسام توسط پردازش تصویر و پیاد هسازی آن روی FPGA

- 1393

 

 برنامه نویسی به زبان VERILOG خوب / خوب

 برنامه نویسی MATLAB در زمینه ی علوم و مهندسی / خوب FPGA  / خوب Proteus  / خوب LaTeX  / خوب

 شبکه های عصبی با MATLAB / خوب

 طراحی و پیاده سازی سیستم های کنترلی)خطی و غیر خطی( با MATLAB / خوب

 طراحی و پیاده سازی انواع سیستم های کنترلی مرتبه کسری با MATLAB / خوب

 نگارش متون آکادمیک با زبان LaTeX / خوب

 تنظیم ضرایب کنترل کننده های PID و FOPID با الگوریتم های بهینه سازی هوشمند / خوب

ابزار و نرم افزار

 

 برنامه نویسی MATLAB در زمینه ی علوم و مهندسی / خوب

 خوب / VERILOG  برنامه نویسی به زبان  خوب / FPGA   خوب / Proteus   خوب / LaTeX 

زبان

 

 انگلیسی / متوسط

نقاط قوت رفتاری

 

انعطاف پذیریتدبیر / فهم سیاسیتعهد و انگیزه خدمتتوسعه فردی )خود توسعه ای(خلاقیت و نوآوریکار تیمی )روحیه مشارکتی(مسئولیت پذیری و پاسخگویی

 

 کسب رتبه ی 23 در آزمون دکتری سال 1397 در رشته ی امتحانی مهندسی برق-کنترل - .1397

 کسب رتبه ی شاگرد اولی در مقطع کارشناسی ارشد - .1396

 

 الگوریتم های بهینه سازی هوشمند

 سیستم های کنترلی مرتبه-کسری

 کنترل بهینه

 شبکه های عصبی مصنوعی

 برنامه نویسی با زبان verilog

 انرژی های تجدید پذیر