Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh
احمدرضا تابش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Shabanikia
نوید شعبانی کیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
With increasing the penetration level of renewable energy resources in power systems, impacts of these resources in steady-state and dynamic analysis of power systems interest engineers and researchers in the field of power engineering. Currently, wind energy in terms of installed capacity is the dominant source of renewable energies. Wind farms use a modular structure that include ample of wind-turbine generators (WTGs) which are connected to a grid. Using detailed model for each WTG unit will provide a complex dynamic model for a wind farm with hundreds of WTGs. Conventional method for modeling and analysis of a wind farm is to define an aggregated model that includes one or a few equivalent WTG units for different zones in the wind farm. This thesis deals with developing aggregated model for analysis of wind farms with fixed-speed WTGs. The thesis presents a method for developing an aggregated model of a wind farm useful for the steady-state and dynamic analyses. To this end, firstly the existing method for developing the aggregated models are investigated and their accuracy and performance in a dynamic analysis are investigated using a few test systems. Then, a modelling method based on weighted summation of the frequency response of the all WTGs is suggested which provide an aggregated model for a wind farm. The proposed method uses the dynamic model of the generators in the synchronous reference frame to develop the model of WTGs in a wind farm. Then, the equivalent model of the wind farm is obtained using the model of each WTGs considering its participation to generate total wind power as a weighting factor to develop the aggregated model. It is assumed that the aggregated model of the wind farm is similar to that of a single WTG in which the equivalent parameters of the model are obtained based on the best matching of the frequency response of the wind farm with the proposed model. Similarly, an equivalent turbine for the mechanical parts of the WTGs is presented by defining the impact factors of WTGs at a given operating point. To evaluate the performance and accuracy of the proposed method, a test system with two wind turbine- generators is used under four different test conditions. Then, its aggregated model is obtained using the existing and proposed methods. Then, the steady-state and dynamic behaviors of the test wind farm system is simulated under different test conditions and the test results are compared with those of obtained based on the conventional and the proposed aggregated models. It is shown that the proposed method especially when the wind speeds and the parameters of WTGs in a wind farm are different, provides more accurate test results compared with existing methods where its error is less than 0.75% in the steady-state and 2.75% in transient tests.
با افزایش ظرفیت نیروگاه‌های تجدیدپذیر نصب شده در شبکه قدرت و قابل مقایسه شدن ظرفیت آن‌ها با سایر انواع نیروگاه‌ها, بررسی تاثیرات این نیروگاه‌ها در محاسبات فنی اقتصادی و مطالعات دینامیکی شبکه مورد توجه محققین صنعت برق قرار گرفته است. در حال حاضر نیروگاه‌های بادی بیشترین سهم از ظرفیت نصب شده از نیروگاه‌های تجدیدپذیر را به خود اختصاص داده‌اند که از لحاظ ساختاری هر یک از آن‌ها متشکل از تعداد زیادی توربین- ژنراتورهای بادی هستند. مدل‌سازی جزییات دینامیکی این نیروگاه‌ها به دلیل ساختار مدولار آن‌ها موجب افزایش پیچیدگی سیستم قدرت می‌شود. روش مرسوم برای در نظر گرفتن تاثیر نیروگاه‌های تجدیدپذیر در مطالعات شبکه, مدل‌سازی تمامی این واحدهای انرژی با یک یا چند واحد انرژی معادل از همان نوع است به صورتی که رفتار این یک یا چند واحد انرژی معادل تا حد امکان مشابه با مجموعه واحدهای انرژی مدل شده باشد. این واحدهای انرژی معادل, مدل تجمیعی نامیده می‌شوند. از این مدل تجمیعی باید بتوان به سادگی مدل انواع دیگر نیروگاه‌ها همچون نیروگاه‌های حرارتی و آبی در مطالعات شبکه استفاده کرد. این پایان‌نامه به بررسی مدل‌سازی تجمیعی نیروگاه‌های بادی از نوع سرعت ثابت می‌پردازد. در این پایان‌نامه یک مدل تجمیعی برای مزرعه بادی در مقیاس بزرگ برای استفاده در مطالعات حالت دائمی و گذرای سیستم قدرت ارائه شده است. به منظور بررسی کارایی مدل ارائه شده, ابتدا روش‌های موجود تجمیعی معرفی و چگونگی مدل‌سازی آن‌ها به کمک مثال‌هایی توضیح داده شده است. در ادامه, روش پیشنهادی به نام روش تجمیعی مبتنی بر پاسخ فرکانسی با در نظر گرفتن ضرایب تاثیر جهت مدل‌سازی نیروگاه‌های بادی سرعت ثابت معرفی شده است. روش پیشنهادی به کمک ساده‌سازی معادلات دینامیکی ماشین در دستگاه قاب مرجع متعامد به یک رابطه معادل برای ماشین یک توربین- ژنراتور بادی می‌رسد. سپس با در نظر گرفتن روابط معادل ماشین هر توربین- ژنراتور بادی در یک مزرعه بادی و مفهوم موازی بودن ژنراتورهای آن, رابطه معادل سمت الکتریکی مزرعه بادی بدست می‌آید. در این مرحله با تعریف ضرایب تاثیر سمت الکتریکی به کمک نقاط کار ماشین‌های توربین- ژنراتورهای بادی, رابطه معادل سمت الکتریکی مزرعه بادی شبیه به رابطه معادل ماشین یک توربین- ژنراتور بادی بدست می‌آید. سپس به کمک ضرایب تاثیر سمت الکتریکی پارامترهای این ماشین معادل به گونه‌ای تخمین زده می‌شود که پاسخ فرکانسی جریان خروجی مزرعه بادی به پاسخ فرکانسی جریان خروجی این توربین- ژنراتور بادی معادل نزدیک باشد. در بخش مکانیکی، به طور مشابه با تعریف ضرایب تاثیر سمت مکانیکی و در نظر گرفتن اینکه مجموع توان مکانیکی مزرعه بادی با توان مکانیکی توربین- ژنراتور معادل برابر است, یک توربین معادل ارائه شده است. به منظور بررسی کارایی و دقت روش پیشنهادی، یک مزرعه بادی با دو توربین- ژنراتور بادی در چهار شرایط مختلف تعریف شده و مدل تجمیعی آن, هم به کمک روش تک ماشین تجمیعی و هم روش پیشنهادی بدست می‌آیند. این چهار شرایط ترکیبی از سرعت‌های باد ورودی یکسان و متفاوت و پارامترهای ماشین یکسان و متفاوت هستند. سپس مزرعه بادی اصلی و مدل‌های تجمیعی معادل آن را در این چهار شرایط شبیه‌سازی کرده و نشان داده می‌شود روش ضرایب تاثیر در تحلیل حالت دائمی خطای کمتر از 75/0% و در تحلیل حالت دینامیکی خطای کمتر از 75/2% دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی