انجام پروژه های حرفه ای مهندسی برق

بیان مقدمه و اهداف پروژه (طراحی رویت گر برای توربین بادی)

توربین های بادی از جمله سیستم های تولید پراکنده انرژی نو می باشند. این منابع به منظور تامین توان الکتریکی در سیستم های قدرت بکار می روند. آنچه در این بین مشخص است به لحاظ کنترلی عملکرد پایدار سیستم مد نظر می باشد. از این گذشته به لحاظ کیفیت توان که یک بحث قدرتی می باشد نیاز است تا توان خروجی توربین تثبیت شده باشد. تثبیت توان خروجی به معنی خروجی تثبیت شده توان توربین در مقدار نامی می باشد. به طور مفهومی نیاز است تا توان DC خروجی توربین به مقدار نامی رسیده و در این مقدار بماند. آنچه که می تواند این هدف را دچار چالش نماید اغتشاش در سیستم می باشد(به مفهوم کنترلی). اغتشاش در توربین بادی می تواند تغییرات سرعت باد و همچنین اغتشاش قرار گرفته بر روی روتور باشد(به مفهوم قدرتی). بر همین اساس به منظور بهبود اغتشاش نوع اول از کنترل زاویه پیچ استفاده می شود. در حالی که برای حالت دوم(نامعینی سرعت روتور) راهکارهای مختلفی توصیه می شود که یکی از این راهکارها طراحی رویت گر می باشد.

توضیحات کلی

رویت گر حالت به مفهوم یک دسته عملیات ریاضی به منظور بدست آوردن متغیرهای حالت سیستم می باشد. بدست آوردن مدل رویت گر حالت به دینامیک بکار رفته در سیستم بستگی دارد. به طور کلی دو نوع رویت گر حالت داریم:

• رویت گر خطی
• رویت گر حالت غیرخطی
• رویت گر های تطبیقی

رویت گر حالت خطی می تواند در سیستم های با دینامیک خطی و غیرخطی مورد استفاده قرار گیرد. این نوع رویت گر اساسا به طریق مدل دینامیکی خطی سازی شده بدست می آید. در این حالت می توان از انواع رگولاتورها به منظور انجام این فرآیند استفاده کرد. روش های مورد نظر برای انجام این عملیات در مراجع کنترل خطی و مدرن می باشد.

رویت گر حالت غیرخطی بطور اخص برای سیستم های با دینامیک غیرخطی بکار می رود. دینامیک غیرخطی به معنی ارتباط غیرخطی بین متغیرهای حالت سیستم می باشد. در این شرایط رویت گرهای مختلفی را می توان تعریف کرد. یکی از مهمترین رویت گرهای غیرخطی رویت گر حالت مدلغزشی می باشد. این نوع رویت گر از تکنیک های لغزشی برای تعریف حالت سیستم براساس خطای خروجی از رفرنس استفاده می کند.

رویت گرهای نوع تطبیقی همانطور که از نامشان آشکار است از فرآیندهای تطبیقی به منظور دست یابی به متغیرهای حالت استفاده می کنند. فرآیند تطبیقی سازی می تواند با بکارگیری روش های کلاسیک و یا استفاده از روش های هوشمند نظیر منطق فازی انجام شود.

بیان الگوریتم کار

در این پروژه پایان نامه از فرآیند فازی به منظور تخمین پارامترهای بلوک تخمین گر حالت استفاده شده است.

آنچه در درجه اول و قبل از طراحی رویت گر نیاز است، یک سیستم کنترل می باشد. سیستم کنترل طراحی شده برای این سیستم از نوع مدلغزشی می باشد. به منظور انجام این طراحی از روش معرفی شده در کتاب حسن خلیل استفاده شده است.

پس از این گام به طراحی بخش تخمین گر حالت می رسیم. بلوک دیاگرام این روش بصورت شکل زیر می باشد.

بلوک دیاگرام روش طراحی رویت گر حالت با فازی

در این روش منطق فازی بکار رفته با تطبیق پارامترهای تخمین گر باعث کاهش خطای خروجی می گردد. آنچه در این عملیات به عنوان تابع هزینه سیستم استفاده شده است خطای مقدار خروجی از مقدار مرجع آن می باشد.

شبیه سازی کار پروژه

به منظور شبیه سازی سیستم توربین بادی – کنترل کننده-رویت گر حالت از نرم افزار متلب و محیط سیمولینک استفاده شده است. به منظور پیاده سازی بخش های کنترل و دینامیک نیاز به استفاده از کدنویسی می باشد که این مسئله را در کدنویسی در سیمولینک آموزش داده ایم.

به منظور شبیه سازی سیستم توربین بادی در نظر گرفتن پروفیل سرعت باد نامعین از ضروریات مسئله است. همچنین نیاز است تا در مدل سازی سرعت شفت روتور از مسئله نامعینی وارد شده استفاده کرد. در ادامه برخی از نتایج شبیه سازی کار نمایش داده شده اند.

نتیجه بدست آمده برای سرعت روتور در حضور سرعت مرجع

مشاهده می شود که خروجی رویت گر حالت بکار رفته توانسته سرعت مرجع سینوسی با آفست DC را برای توربین بادی ردیابی نماید.

توان خروجی توربین بادی-مقایسه با حالت عدم کاربرد رویت گر

بطور مشخص یک مرجع سرعت روتور سینوسی، توان توربین را تحت تاثیر قرار داده و آن را از حالت تثبیت شده کامل خارج می کند که نمایش توان بالا نیز به همین دلیل می باشد. از طرفی می توان مشاهده کرد که در حالت کاربرد رویت گر حالت فازی مقدار متوسط توان مثبت می باشد و به طور چشم گیری بیشتر از مقدار بدست آمده از حالت بدون کاربرد رویت گر می باشد.

منبع : برق تِک