مشکل عمده نیروگاه های توان بالای متصل به شبکه قدرت، وابستگی توان تولیدی شبکه به شرایط آب و هوایی می باشد که رفع این مشکل با کنترل فرکانس شبکه با روش های هوشمند و استفاده از تجهیزات با سرعت بالا و همچنین استفاده از نیروگاه ذخیره انرژی به صورت کاملا بهینه انجام پذیر می باشد .در اینجا سعی بر طراحی یک سیستم کنترلی هوشمند برای کنترل فرکانس یک شبکه الکتریکی قدرت، تشکیل یافته از تولید هیبرید خورشید، گاز و ذخیره ساز باتری، می باشد. این سیستم کنترلی هوشمند به صورت خودکار ضرایب کنترلی را برای نیروگاه گازی و باتری محاسبه می نماید. در این روش برای تعیین مقادیر ضرایب کنترل کننده فازی از روش الگوریتم پرندگان استفاده شده که موجب بهینه سازی هر چه بهتر معیار خطا برای به دست آوردن ضرایب کنترل کننده فازی شده است. مدل سیستم کنترل فازی در متلب دارای انعطاف در شبیه سازی محیط سیمولینک نمی باشد و در حین انجام سیولینک شبکه نمی تواند، مقادیر رنج های ورودی و خروجی فازی را تغییر دهد. در این پایان نامه تمام کد های فازی و توابع عضویت در محیط متلب نوشته شده است و با توابع دیگر به سیستم شبکه قدرت سیمولینک اتصال پیدا کرده و نتایج را در حافظه می تواند ذخیره داشته باشد. تمام اجزا نیروگاه خورشیدی به طور کامل شبیه سازی شده از مدل کردن یک سلول تا پنل خورشیدی و اتصال چندین هزار پنل به یکدیگر تست شده و مدار ردیاب حداکثر توان نیروگاه خورشیدی شبیه سازی شده و تعیین مقدار سلف و خازن آن با شبیه سازی تعیین گشته شده است و تعداد سوییچینگ مبدل بوست سیستم با الگوریتم ردیابی و مشاهده[1] استفاده شده است. به منظور بررسی، ابتدا شبکه قدرت به صورت بلوک کنترلی لاپلاس مدل شده و بار را تغییر می دهیم. همان طور که نتایج را مشاهده می کنیم در صورت استفاده کنترل فازی بهبود یافته با الگوریتم پرندگان زمان نشست نسبت به کنترلر معمول و نسبت به کنترلر انتگرالگیر ساده بهبود یافته است. پیک حداکثر خطای فرکانس در صورت استفاده کنترل فازی بهبود یافته با الگوریتم پرندگان نسبت به کنترلر معمول و نسبت به کنترلر انتگرالگیر ساده نیز بهبود یافته است. سپس اجزاء دینامیکی به طور کامل مدل شده در شبیه سازی، کارایی استراتژی پیشنهادی را مشاهده کرده و با روش های دیگر مقایسه می نماییم. نتایج حاصل از شبیه سازی بیانگر رفتار دقیق شبکه قدرت می باشد در نتیجه امکان ناپایداری در سیستم وجود داشته با این حال الگوریتم هوشمند جواب های مقدار کنترل قازی را محاسبه کرده و نتایج نشان دهنده کارایی بالای روش پیشنهادی می باشند.
 
 
 
فصل اول.. 1
مقدمه و کلیات تحقیق.. 1
1-1 مقدمه.. 2
1-1-1 مشخصات نیروگاه خورشیدی:.. 2
1-1-2 مزایای استفاده از نیروگاه خورشیدی:.. 3
1-1-2-1 مطالعات در ایران:.. 3
1-1-2-2 تولید برق بدون نیاز به انرژی های دیگر:.. 3
1-1-2-3 عدم احتیاج به آب زیاد :.. 3
1-1-2-4 عدم آلودگی محیط زیست.. 3
1-1-2-5 امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای:.. 4
1-1-2-6 استهلاک کم و عمر زیاد:.. 4
1-1-2-7 عدم احتیاج به متخصص.. 4
1-1-3 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه:.. 4
1-1-4 کنترل فرکانس شبکه:.. 5
1-1-5 اهداف کنترل فرکانس شبکه قدرت:.. 5
1-1-6 شبیه سازی شبکه قدرت برای کنترل فرکانس شبکه متصل به نیروگاه خوشیدی:.. 6
1-1-7 لزوم استفاده نیروگاه ذخیره انرژی در شبکه:.. 7
1-1-8 روش کنترلی هوشمند استفاده شده و معیار اندازه گیری انحراف فرکانس:.. 7
1-1-9   مزیت روش پیشنهادی.. 7
1-1-10آنچه پیشرو داریم:.. 8
فصل دوم.. 9
ادبیات موضوع.. 9
مقدمه:.. 10
2-1 کنترل فرکانس از دیدگاه کنترلی.. 10
2-1-1 کنترل کننده PI. 10
2-1-2روش دو درجه ی آزادی در کنترل داخلی :. 11
2-2روش های کنترل هوشمند.. 12
2-2-1الگوریتم ژنتیک.. 12
2-2-2 الگوریتم جستجوی گرانشی.. 14
2-2-3 بهینه سازی گروهی پرندگان :. 15
2-2-4 شبکه عصبی مصنوعی :. 16
2-2-5کنترل منطق فازی.. 19
2-2-5-1خود سازماندهی کنترل فازی.. 24
2-2-5-2الگوریتم ژنتیک در مدل فازی برای کنترل بار فرکانس   24
2-3روش کنترل با منطق فازی:.. 27
2-4سیستم کنترل فرکانس:.. 31
2-5 مدل ذخیره انرژی :.. 32
2-6 مدل اینورتر برای تولید DC/AC.. 34
فصل سوم.. 35
روش تحقیق.. 35
3-1 مقدمه:.. 36
3-2مدل فازی:.. 36
3-2-1:قسمت های مختلف یک سیستم فازی.. 36
3-2-2مدل کنترلر ترکیب فازی با PI:.. 39
3-3 الگوریتم بهینه سازی گروه پرندگان:.. 40
3-4 کاربردی ازPSO در ریاضیات:.. 41
3-5 تشریح عملکرد پیدا کردن ضرایب کنترلر فازی و کنترلر PI و بهبود کارایی:.. 43
فصل چهارم.. 48
محاسبات و.. 48
یافته های تحقیق.. 48
4-1مقدمه.. 49
4-2-1 مدل شبیه سازی شده به صورت بلوک کنترلی با توابع لاپلاس:   49
4-2-2 مدل شبیه سازی شده کامل شبکه قدرت:.. 50
4-3 پنل خورشیدی:.. 51
4-4 مشخصه های پانل فتوولتائیک:.. 51
4-5 مدل و مشخصات سیستم فتوولتاییک:.. 52
4-6مدل ردیابی حداکثر توان.. 54
4-7 مدار داخلی مبدل بوست شبیه سازی شده در متلب :.. 58
4-8 الگوریتمMPPT:.. 59
4-8-1روش کنترل P&O:.. 59
4-8-2 روش هدایت افزایشی:.. 59
4-8-3دنبال کننده حداکثر توان(MPPT):.. 60
4-8-4 الگوریتمMPPT شبیه سازی شده در متلب :.. 61
4-9 مدل اینورتر:.. 62
4-10 مدل اینورتر شبیه سازی شده در متلب :.. 63
4-11 مدل واحد:.. 65
4-12مدل کردن نیروگاه گازی:.. 65
4-13 مدل بار:.. 66
4-14 مدل موتور محرک:.. 66
4-15مدل گاورنر:.. 66
4-16مدل خط ارتباطی:.. 68
4-17مدل ذخیره ساز انرژی :.. 68
4-18 مقایسه PI-FUZZYدر مدل بلوکی بدون باتری:.. 69
4-19 مقایسه کنترلرها در حضور تمام تجهیزات در مدل بلوکی:   70
حال مدل فازی را در شرایط گوناگون بررسی می کنیم :.. 71
4-20-1بدون حضور خورشید و باتری:.. 71
4-20-2 با حضور باتری :.. 72
4-20-3   نتایج با حضور نیروگاه خورشید و باتری :.. 75
فصل پنجم.. 80
نتیجه گیری و پیشنهادات.. 80
5-1 نتیجه گیری :.. 81
5-2 پیشنهادات:.. 82
 
 
 
 
فهرست اشکال، نمودارها و جداول
 
شکل 2-1 ساختارTDF-IMC………………………………………………………………………………………………..12
شکل 2-2 مدل کردن برای الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………14
شکل 2-3 کنترلر سیستم قدرت تک منطقه ای…………………………………………………………………………… 15
شکل 2-4 عملکرد بهینه سازی pso…………………………………………………………………………………………16
شکل 2-5 یک لایه شبکه عصبی……………………………………………………………………………………………….18
شکل2-6 نمای پایه یک شبکه فازی…………………………………………………………………………………………..19
شکل 2-7 سیستم تولید قدرت منطق فازی پایه مرکزی……………………………………………………………….21
شکل2-8 توابع عضویت کنترل فازی…………………………………………………………………………………………22
شکل2-9 مدل فازی برای مرجع………………………………………………………………………………………………23
شکل2-10معماری کنترل فازی خود سازماندهی شده ……………………………………………………………….24
شکل 2-11 مسیر برای آموزش در طرح الگوریتم ژنتیک………………………………………………………………25
شکل 2-12 نمودار کلی یک سیستم قدرت دو منطقه……………………………………………………………………27
شکل2- 13ساختار پایه ای از یک سیستم کنترل فازی………………………………………………………………….28
شکل2-14 توابع فازی برای کارکرد مدل MPPT……………………………………………………………………..28
شکل 2-15 اتصال دو سیستم دارای MPPT مجزا به یکدیگر……………………………………………………30
شکل2-16 شماتیک ساختار سیستم قدرت………………………………………………………………………………..31
شکل 2-17 مدل یک BES در شبکه قدرت…………………………………………………………………………….32
شکل 2-18 اجزاء مدل یک BES به صورت بلوک دیاگرامی………………………………………………………33
شکل 2-19 مدار بایاس از اینورتر منبع ولتاژی……………………………………………………………………………34
شکل 2-20 سوییچ زنی PWM برای یک فاز برای جریان………………………………………………………….34
شکل3-1 توابع عضویت سیستم فازی نمونه………………………………………………………………………………37
شکل 3-2 مدل PI-FUZZY………………………………………………………………………………………………..39
شکل 3-3 مقادیر تصادفی برای ردیابی تابع هدف در الگوریتمPSO……………………………………………41
شکل 3-4 عملکرد بهینه سازی pso ………………………………………………………………………………………42
شکل 3-5 توابع عضویت فازی برای یک متغییر ورودی……………………………………………………………….43
شکل 3-6 نمودار فرکانس با نواحی تشخیص برای کنترل کننده فازی…………………………………………..44
شکل 3-7 مقدار دهی به ضرایب فازی ساز………………………………………………………………………………..45
شکل 3-8 الگوریتم پیشنهادی برای محاسبه ضرایب……………………………………………………………………47
شکل 4-1 سیستم بلوکی مدل لاپلاس ……………………………………………………………………………………….50
شکل4-2 مدل شبیه سازی کامل شبکه………………………………………………………………………………………50
شکل 4-3 مدل مداری سلول خورشیدی…………………………………………………………………………………..51
شکل 4-4 شبیه سازی نیروگاه خورشیدی با مدار بوست و کنترلر مبدل dc/ac با اینورتر و سلف
خطوط در متلب……………………………………………………………………………………………………………………..53
شکل 4-5 شبیه سازی سلول خورشیدی و ماژول خورشیدی در متلب…………………………………………..53
شکل 4-6   مشخصات ولتاژ- جریان(a) و ولتاژ- توان(b) یک ماژول خورشیدی………………………….54
شکل 4-7 ماژول PV به طور مستقیم به یک بار مقاومتی(متغییر) متصل است……………………………….55
شکل 4-8 منحنی IV BP SX 150S ماژول PV و بارهای مختلف مقاومتی شبیه سازی با مدل
متلب………………………………………………………………………………………………………………………………….. 55
شکل 4-9 مبدل بوست…………………………………………………………………………………………………………. 56
شکل 4-10 جریان سلف در دو زمان قطع و وصل سوییچ……………………………………………………………57
شکل 4-11 مدار مبدل بوست و سلف و ورودی سوییچینگ MPPT شبیه سازی شده در متلب……..57
شکل 4-12 مدار داخلی مبدل بوست………………………………………………………………………………………..58
شکل 4-13 ورودی و خروجی ولتاژ مبدل بوست با مقدار 50% دستور MPPT………………………….. 58
شکل 4-14 فلوچارت روش…………………………………………………………………………………………………. 59
شکل 4-15 دسته بندی مکان های نمودار توان – ولتاژ برای ردیابی نقطه MPP………………………….. 59
شکل 4-16 مشخصه توان ولتاژ MPPT………………………………………………………………………………… 61
شکل 4-17 اجزاء ورودی و خروجی برای Mfile نوشته شده در MPPT ………………………………….62
شکل 4-18 نحوه بدست آوردن مقدار جریان مرجع در نقاط توان ماکزیمم در تابش های مختلف….. 63
شکل 4-19 مدل شبیه سازی اجزاء کامل اینورتر با وجود سلف و ترانس برای اتصال به شبکه……….. 61
شکل 4-20 مدار داخلی سیستم کنترلی اینورتر dc/ac ……………………………………………………………..61
شکل 4-21 مدل داخلی تبدیل سه بردار abc به مختصات dq…………………………………………………… 65
شکل 4-22 مدل داخلی سیستم نیروگاه گازی با مدل کنترلی………………………………………………………..65
شکل 4-23 مدل ساده از سیستم کنترلی همراه با گاورنر……………………………………………………………. 67
شکل4-24:

بلوک دیاگرام گاورنر، ژنراتور، بار و توربین و کنترلر…………………………………………………..68
شکل 4-25 مقایسه نتایج PI-FUZZY در مدل بلوکی……………………………………………………………….69
شکل 4-26 نتایج فرکانس از شبکه…………………………………………………………………………………………….70
شکل4-27 توان الکتریکی خط از نیروگاه گاز…………………………………………………………………………… 71
شکل 4-28 فرکانس سیستم در حالت تامین بارفقط از نیروگاه گازی در شبکه سیمولینک کامل……….71
شکل 4-29 توان انتقالی نیروگاه ذخیره، باتری در حالت ورود بار در شبکه سیمولینک کامل……………..72
شکل 4-30 فرکانس سیستم در حالت ورود بار در شبکه سیمولینک کامل با وجود باتری………………73
شکل4-31 مقایسه نتایج فرکانس سیستم در دو حالت وجود و عدم نیروگاه ذخیره …………………………73
شکل4-32 مقدار توان نیروگاه خورشیدی…………………………………………………………………………………..74
شکل 4-33 فرکانس سیستم در شبکه کامل با حضور نیروگاه خورشیدی و عدم سیستم ذخیره انرژی
باتری…………………………………………………………………………………………………………………………………..75
شکل 4-34 فرکانس سیستم در شبکه کامل با حضور نیروگاه خورشیدی و سیستم ذخیره انرژی باتری……………………………………………………………………………………………………………………………………..76
شکل 4-35 مقایسه فرکانس شبکه در دو حالت با وجود نیروگاه خورشیدی با تابش متغییر در صورت
وجود و عدم نیروگاه ذخیره انرژی……………………………………………………………………………………………77
جدول(2-1)قوانین فازی برای بلوک اول…………………………………………………………………………………..21
جدول(3-1):تقسیم بندی ورودی شرایط در بازه های کلی………………………………………………………….38
جدول(3-2):قوانین ورودی و خروجی………………………………………………………………………………………39
 
 
جدول(4-1) مشاهدات نتایج شبیه سازی در متلب با توجه به شکل4-25………………………………………69
جدول(4-2) مشاهدات نتایج شبیه سازی کامل شبکه در متلب با توجه به شکل4-26………………………72
 

فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
 
 
 

1-1 مقدمه
1-1-1 مشخصات نیروگاه خورشیدی:
خورشید یک منبع بزرگ و تقریباً لایزال انرژی محسوب می شود. انرژی که از خورشید به زمین می رسد حدود 11^10*8/1 مگاوات است که چند هزار برابر انرژی مصرفی سوخت های تجاری است. یکی از مهمترین سیستم های تبدیل انرژی خورشیدی، سیستم فتوولتائیک می باشد که در آن انرژی خورشیدی به وسیله سلول خورشیدی به برق تبدیل می شود. با توجه به کاهش هزینه ساخت سلول ها در طول زمان، در سالیان اخیر استفاده از سیستم فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه کشورها و شرکت های مختلف قرار گرفته است. از آنجا که بازده سلول ها پایین بوده و هزینه اولیه آن ها تا حدودی زیاد می باشد، باید به نحوی از آن ها بهره برداری نمود که همیشه در نقطه توان ماکزیمم خود کار کنند تا بدین وسیله بازده سیستم حداکثر شده و از سیستم استفاده بهتری شود .
مساحت سطوح سلول تأثیری بر ولتاژ آن نداشته که حدود 0.5 ولت می باشد . اما شدت جریان تابع مساحت سطوح سلول و شدت تشعشع خورشید بوده و در شرایط ایده آل معادل 250 آمپر درهر متر مربع از سطح سلول می باشد.
روی صفحه ای که تشعشعات خورشیدی کل آن (W/m2916) می باشد. یک ردیف سلول خورشیدی سیلیکون با کارایی 15 درصد و سطح مؤثر یک مترمربع می تواند 137 وات (W916*15/0) توان الکتریکی تولید نماید.
با این نسبت جهت توان 20 مگاواتی برق (توان خروجی یک تأسیسات تولید برق حرارتی متوسط) در تشعشع کامل و عمود خورشید سطح مورد نیاز پانلهای خورشیدی تقریباً 360 جریب و بیش از نیم مایل مربع می باشد مولدهای فتوولتائیک به دلیل ویژگیهایی همچون نداشتن آلودگی های زیست محیطی و آلودگی صوتی، تعمیر و نگهداری کم، به یکی از پراهمیت ترین منابع تجدیدپذیر تبدیل شده اند .اما تنها دلیلی که مانع از گسترش استفاده از چنین تکنولوژی شده است، هزینه زیاد تولید و بازدهی تبدیل انرژی پایین آنها است.
 
 
 

1-1-2 مزایای استفاده از نیروگاه خورشیدی:
1-1-2-1 مطالعات در ایران:
خورشید عامل و منشا انرژی های گوناگونی است که در طبیعت موجود است. ایران با وجود اینکه یکی از کشورهای نفت خیز جهان به شمار می رود و دارای منابع عظیم گاز طبیعی نیز میباشد، خوشبختانه به علت شدت