Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh,Mehdi Moallem
احمدرضا تابش (استاد راهنما) مهدی معلم (استاد مشاور)
 
STUDENT
Samaneh Pirpour
سمانه پیرپور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
: Ever in creasing demand for electric energy, volatile cost of energy from fossil fuel resources, and more importantly the environmental concerns have caused government incentive polices for deployment of renewable energy technologies. As a result of these incentives during the last couple of decades, currently large scale wind power systems in terms of levelised cost of energy index can economically compete with fossil fuel resources. Advances in power electronics and silicon-based photovoltaic (PV) cells also have made the PV energy systems among promising renewable energy resource even in utility scales. Currently, several PV power plants in the order of tens of mega-watt are operational all over the world and a few hundred mega-watt PV power plants are also under construction which will be operational in less than five years. In wind power technology, one of the main challenges is capturing wind energy at an area with low speed wind distribution. The direct-drive wind turbine-generator topology without gearbox has been suggested as a promising solution for capturing the wind energy more efficiently at a low wind speed. This topology basically requires high-pole generators to capture wind power at high-torques and low rotational speeds. Furthermore, it requires a high power electronic interface circuit with a robust topology to deliver the captured wind power to a grid. This thesis, along the recent researches on direct drive wind turbine topologies, deals with modeling and control of an axial flux permanent magnet (AFPM) for wind power system with diode-interfaced power converter. AFPMs due to their robust structures, ease of assembly, and high torque/power densities are among the promising options for direct-drive applications. In the first part of this thesis, a method for dynamic modeling of AFPMs is proposed which is useful for performance analysis and the design of speed control drives for multi-phase AFPMs. The validity of the suggested model has been verified via simulation and experimental test results under sinusoidal and non-sinusoidal voltage terminals. Furthermore, a grid connected inverter based on hystersis strategy is implemented and tested on a 45-phase AFPM in ordet to presents a solution for reducing the size of dc-link capacitor due to decreasing the dc-link voltage ripples and compared with conventional 3-phase dc/ac inverters. It has been shown that by using high-pole multi-phase AFPMs the electrolyte capacitors can be even replaced with ac film capacitors. Reducing the size of capacitor extends the life time of wind energy system since the electrolyte capacitor is a weak link especially in high-power applications. The performance of poly-phase machine and the suggested power inverter with reduced capacitor is also investigated using a test setup developed for a 45-phase AFPM connected to the grid. Key word : Direct-drive wind turbine-generators, Dynamic modeling, Electrolyte capacitor-less inverters, Poly-phase axial flux generator
در دهه های اخیر، افزایش روزافزون تقاضای انرژی به همراه مشکلات زیست محیطی و نیاز به اطمینان از امنیت انرژی در آینده موجب افزایش تقاضا برای استفاده از منابع تجدیدپذیر شده است. پیشرفت فناوری ماشین های الکتریکی و الکترونیک قدرت و سیاست های تشوبقی دولت ها در استفاده از منابع تجدیدپذیر موجب کاهش قیمت و قابل رقابت شدن تدریجی این منابع با منابع انرژی فسیلی شده است. به نحوی که هم اکنون قیمت تمام شده انرژی باد قابل رقابت با منابع فسیلی است و در آینده نزدیک نیز استفاده از انرژی خورشیدی از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود. مدارات الکترونیکی و ژنراتورها از کلیدی ترین اجزای توربین-ژنراتور بادی می باشند که مستقیماً در افزایش بازده و قابلیت اطمینان استفاده از این منبع موثر می باشند. در فناوری فعلی توربین –ژنراتورهای بادی به دلیل استفاده از ژنراتورهای القایی، استفاده از جعبه دنده برای افزایش سرعت توربین اجتناب ناپذیر است. اخیراً ایده توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم که در آن با حذف جعبه دنده محور توربین مستقیماً به ژنراتور متصل می شود، به دلیل کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و بهبود بازده مورد توجه پژوهشگران فرار گرفته است. ساختار محرکه مستقیم الزما بایستی از ماشین هایی با قطب زیاد که در سرعت دورانی کم و گشتاور بسیار بالا کار می کنند استفاده نمود. ژنراتورهای شارمحور سنکرون به دلیل ساختار ساده، چگالی توان بالا و ماژولار بودن از مناسبترین انتخاب ها برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم می باشند. از آنجا که به دلیل سرعت متغیر باد، استفاده از ژنراتور سنکرون به شبکه الزاما نیاز به مدار واسطه الکترونیک قدرت دارد، انتخاب ساختارهای مناسب و مقاوم برای مبدل های الکترونیک قدرت توان بالا سبب افزایش قابلیت اطمینان، افزایش عمر عملکرد و بازده سالیانه خواهد شد. این پایان نامه، با هدف طراحی و کنترل مبدل های مناسب برای توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم، ابتدا به بررسی نوع خاصی از ماشین شارمحور چند فاز مناسب برای کاربردهای محرکه مستقیم پرداخته و در این راستا به ارائه ی روشی برای تحلیل دینامیکی این نوع ماشین ها بر مبنای یک مدل دینامیکی پیشنهادی می پردازد. از آنجا که در مدارهای واسطه الکترونیکی از یکسوسازهای دیودی استفاده می شود، مدل پیشنهادی برای تحلیل ماشین در حالت هارمونیکی نیز ارائه خواهد شد. بر مبنای مدل دینامیکی ارائه شده، امکان تحلیل و شبیه سازی رفتار ماشین های چند فاز در توربین ژنراتورهای محرکه مستقیم فراهم می شود که در ادامه یک ساختار پیشنهادی ساده برای مدار واسطه الکترونیکی پیشنهاد می شود که مهمترین ویژگی آن امکان کاهش ظرفیت خازن الکترولیتی یکسوساز به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم می باشد. صحت مدل ارائه شده و عملکرد مدار واسطه در حالت استفاده از خازن با ظرفیت کاهش یافته از طریق انجام شبیه سازی برای یک سیستم نمونه و پیاده سازی عملی در یک سامانه تست عملی با توان پایین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی ها و تست های عملی علاوه بر تایید دقت مدار معادل و مدل دینامیکی پیشنهادی، عملکرد موفق طرح پیشنهادی برای مدار واسطه الکترونیک قدرت با خازن کاهش یافته را نیز تایید می نماید. کلمات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی