ای بر تجدید ساختار سیستم های قدرت و تکامل توسعه شبکه انتقال
تاریخچه
اگرچه لایحه 1980 AB بیشتر از یکصد سال قبل با هدف ایجاد یک بازار رقابتی برای انرژی الکتریکی به منظور تولید برق و کاهش قیمت انرژی مصرفی مطرح شده بود؛ اما تا دهه 1980 ایجاد چنین بازاری تحقق نیافت. دلایل این امر را می توان در عدم ذخیره سازی انرژی الکتریکی در ظرفیت های تجاری، محدودیت های انتقال برق برای حفظ قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم، عدم امکان کنتر دقیق مشخصه های شبکه و… جستجو نمود.
در دهه های اخیر در اکثر کشورهای پیشرفته، بیشتر صنایع مانند مخابرات، حمل و نقل هوایی و زمینی و خودروسازی، تغییر ساختار اقتصادی را تجربه کرده اند. صنعت برق به لحاظ حساسیت ویژه ای که دارد، در برابر این تغییر ساختار اقتصادی یک حالت مقاومت و انحصار ذاتی داشته است و تا مدت ها تغییر ساختار آن به تعویق افتاده بود.
پدیده دگر نظمی در صنعت برق در سال های دهه 1980 در کشورهای شیلی و بریتانیا آغاز گردید و پس از آن در کشورهای آمریکای لاتین، نظیر آرژانتین در سال 1992، پرو در سال 1993، کلمبیا و بولیوی در سال 1994، برزیل و ونزوئلا در سال 1996 و گواتمالا، السالوادر و پاناما گسترش یافت.
آمریکا، استرالیا، نیوزیلند، کشورهای اسکاندیناوی، اسکاتلند، ایرلند شمالی و نروژ و تعدادی از کشورهای آسیایی نظیر چین این مقوله را در دهه 1990 تجربه نمونه اند. البته در کشورهایی نظیر آمریکا و کانادا به دلیل گستردگی و عظمت شبکه های قدرت و ویژگیهای خاص آنها، این روند کندتر از کشورهای دیگر پیشرفت داشته است. در سال 1996 اتحادیه اروپا، بازار بین المللی الکتریسیته را برای 15 کشور

 عضو بنیان نهاد و روند تجدیدساختار در سال های بعد کشورهای هلند و اسپانیا را نیز فرا گرفت.

آنچه مسلم است امروز اغلب کشورهای جهان و حتی کشورهای جهان سوم هرکدام به دلایل خاص خود درصد تغییر ساختار سیستم قدرت به منظور ایجاد امکان سرمایه گذاری بخش خصوصی در این صنعت می باشد.

:
در ابتدای تولید الکتریسیته و آغاز مصرف انرژی الکتریکی، منابع کوچک و پراکنده ای نظیر رودخانه ها و توربین های کوچک آبی برای تولید انرژی الکتریکی به کار گرفته می شدند. در واقع ایده تولید پراکنده، ایده ای قدیمی و مربوط به اواخر قرن 19 میلادی است.
با پیشرفت صنعت برق و ساخت ژنراتورها و موتورهای عظیم الجثه، مولدهای کوچک و محلی انرژی به نیروگاه های چند صد مگاواتی که شمار زیادی از مصرف کنندگان دور و نزدیک را تحت پوشش قرار می دادند، تبدیل شدند.
اکنون پس از گذشت بیش از یک قرن از بهره برداری انسان از انرژی الکتریکی برای تامین رفاه و آسایش، بیشتر طراحان و برنامه ریزان صنعت برق در سراسر دنیا به ایده تولید پراکنده روی آورده، در جهت کوچک سازی حجم مراکز تولید و سطح تحت پوشش آنها تلاش می کنند.

در این فصل وضعیت تولید انرژی در سال های اخیر مورد بررسی واقع می شود و زمینه های تاریخی بازگشت به تولید پراکنده در تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کنندگان ارائه می شود و در نهایت به جایابی DG در شبکه های توزیع به عنوان اولین گام در جهت استفاده از مزایای آن است، پرداخته می شود و روند کلی مطالعات انجام شده در این مجموعه توضیح داده می شود.
2-1- تولید انرژی:
اولین نیروگاه های احداث شده در دنیا را از لحاظ نوع منبع می توان به سه گروه عمده زیر تقسیم کرد:
– منابع آبی: از انرژی آب جاری رودخانه ها یا آب ذخیره شده در مخزن سدها استفاده می کنند.
– منابع حرارتی: از انرژی سوخت ها نظیر نفت، زغال سنگ یا گاز بهره می برند.
– منابع هسته ای: از انرژی اتمی استفاده می شود.
سایر منابع تولید انرژی الکتریکی تا پایان قرن بیستم فرعی و غیر متداول محسوب می شدند. جدول (1-1) سهم هریک از تکنولوژی های فوق را در تولید انرژی در سراسر دنیا تا پایان قرن بیستم نشان می دهد.
نیروگاه های عظیم با توان بالا و از هریک از انواع فوق نیاز به اختصاص مکان مناسبی برای ساخت دارند که یافتن این مکان هم مشکلاتی به همراه دارد از قبیل اینکه نیروگاه های آبی باید در محدوده جغرافیایی مشخصی بر سر راه رودخانه ای با دبی آب بالا ساخته شوند و یا اینکه نیروگاه های اتمی در محلی حفاظت شده و دور از مراکز تجمع با امنیت بالا احداث شوند. رساندن سوخت به نیروگاه های حرارتی نیز هزینه هایی را بر روند کلی تولید برق تحمیل می کند که نزدیکی آنها به محل تامین سوخت، این هزینه ها را کاهش می دهد. از طرف دیگر برای رساندن انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان، طرحی و احداث شبکه های عظیم انتقال و توزیع برق ضروری است که در مناطقی با جمیعت پراکنده و غیرمتمرکز، سرمایه گذاری قابل توجهی را می طلبد و برق تامین شده در محل مصرف را به برقی پرهزینه و گران تبدیل می کند. در بسیاری از کشورها صنعت برق نیز همچون سایر صنایع از سرمایه بخش خصوصی بهره می گیرد و در ایران هم سمت و سوی برنامه ریزی ها در جهت خصوصی سازی و کاهش حجم دولت است. با توجه به این واقعیت، ضرورت توجه به تکنولوژی های دیگر تولید برق که به سرمایه گذاری کمتری احتیاج داشته و بازگشت سرمایه کوتاه تری دارند، که هردو از اولویت های مشارکن بخش خصوصی در تامین مالی صنایع هستند، کاملا محسوس می باشد. بنابراین کاستن از حجم نیروگاه ها و بزرگی سطح تحت پوشش شبکه های برق رسانی می تواند به جذب سرمایه های خصوصی و دستیابی به اهداف برنامه های توسعه یاری رساند.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشكده تحصیلات تكمیلی

” M.SC ” پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد

مهندسی برق – قدرت

عنوان:

تخمین و پیش بینی مودهای طبیعی استاتور موتورهای سوئیچ رلوكتانس با استفاده از شبكه عصبی

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چكیده
موتورهای سوئیچ رلوكتانسی دارای مزایایی نسبت به دیگر موتورهای الكتریكی می باشند كه آنها را به عنوان گزینه مناسبی برای به كارگیری در صنعت به خصوص در مواردی كه شرایط محیطی سخت و دمای بالای محیط وجود دارد، تبدیل كرده است. اما در این موتورها در اثر تحریك متوالی فازها نیروهای نامتقارنی به پوسته استاتور وارد شده و باعث تحریك متناوب استاتور میگردد كه منجر به ایجاد سر وصدا ونویز می شود.
تحریك متوالی فازهای ماشین بر روی دندانه های استاتور، نیرویی بر دندانه های رتور اعمال می كند كه سبب كشش بین آن دندانه ها شده و با نیروی واكنشی از طرف دندانه های رتور بر روی دندانه های استاتور همراه خواهد بود كه سبب بروز نویز صوتی در بدنه استاتور شده و بكارگیری این موتورها را در صنعت با مشكل روبرو كرده است.
هر قدر فركانس این تحریك تناوبی استاتور به فركانس های مود طبیعی نوسانی استاتور نزدیكتر باشد میزان سر و صدا بیشتر خواهد بود ودرصورتیكه فركانس تحریك تناوبی استاتور با فركانس مود طبیعی نوسانی استاتور یكسان گردد سبب تشدید و از هم گسیختگی بدنه استاتور می گردد. در نتیجه كاهش نویز صوتی تولیدی برای این دسته از موتورها در صنعت امری مهم محسوب می گردد. جهت جلوگیری از بروز این مشكل در فاز طراحی موتورهای سوئیچ رلوكتانس باید برای هر یك از ابعاد كاندید، مودهای نوسانی استاتور بدست آورده شده و با فركانس تحریك تناوبی پوسته استاتور مقایسه گردد تا همواره از همنوائی این فركانس ها جلوگیری شده و نویز ماشین در حد كم و قابل قبولی باشد.
برای تعیین مودهای نوسانی استاتور از روش اجزاء محدود و یا روشهای تقریبی می توان استفاده كرد. روشهای اجزاء محدود بسیار دقیق می باشند ولی بدلیل طولانی بودن محاسبات و نیز وقت گیر بودن برای طراحی ماشین نامناسب هستند. روش های تقریبی نیز دارای دقت خوبی نیستند.
روشی كه در این پایان نامه پیشنهاد شده است استفاده از شبكه های عصبی برای تخمین و پیش بینی فركانس های مود طبیعی استاتور ماشین میباشد. بدین ترتیب كه برای نمونه هایی از موتورهای سوئیچ رلوكتانسی با ابعاد كاندید استفاده از روش اجزاء محدود فركانس های مود طبیعی استاتور را استخراج كرده و بعد از انتخاب شبكه عصبی مناسب و كارا ، فركانس های استخراج شده را به شبكه عصبی مورد نظر آموزش داده تا فركانس های مودهای طبیعی استاتور برای موتورهائی با ابعاد دیگر تخمین و پیش بینی گردند.
پیشگفتار

1- تاریخچه موتور سوئیچ رلوكتانسی
ایده اصلی موتور سوئیچ رلوكتانسی درسال 1838 مطرح شد، اما این موتور تا زمان توسعه الكترونیك قدرت و امكان طراحی الكترو مغناطیسی به كمك كامپیوتر بطور عملی مورد استفاده قرار نگرفت. از اواسط دهه 1960 پیشرفتهای مذكور شروع جدیدی را برای موتور سوئیچ رلوكتانس رقم زدند و با ظهور سوئیچهای نیمه هادی سریع با راندمان بالا و پرقدرت و همچنین پیشرفت در صنعت مدارهای مجتمع آنالوگ و دیجیتال استفاده از این نوع ماشین درچند سال اخیر در بازه وسیعی از كاربردهای صنعتی و خانگی مورد توجه زیادی قرار گرفته است بطوریكه قابلیت رقابت با درایوهای AC,DC دیگر از جمله درایوهای DC بدون جاروبک (BDCM) را داشته باشد. با توجه به ساختار این موتور می توان به موارد زیر بعنوان مزایای آن اشاره كرد:
1) رتور آن ساده بوده و مراحل ساخت نسبتا كمی دارد. همچنین دارای اینرسی پایینی است.
2) سیم پیچ استاتور ساده است.
3) قسمت بیشتر تلفات حرارتی دراستاتور می باشد كه انتقال حرارت از آن ساده تر از رتور است.
4) چون مغناطیس دائم روی رتور وجود ندارد ماكزیمم حرارت مجاز رتور بیشتراز موتورهای مغناطیس دائم است.
5) گشتاور، مستقل از جهت تزریق جریان به فازهاست. برای كاربردهای خاص این باعث كاهش تعداد نیمه هادی های قدرت لازم در كنترل كننده می شود.
6) درشرایط ایجاد نقص، ولتاژ اتصال باز و جریان اتصال كوتاه صفر یا خیلی كوچك است.
7) بیشتر مدارات كانورتری كه با موتور سوئیچ رلوكتانسی بكار میروند نسبت به نقص اتصال كوتاه بدلیل اتصال همزمان سوئیچ های روی یك پل (Shoot- through) ایمن هستند.
8) گشتاور راه اندازی بدون مسئله جریانهای یورشی می تواند خیلی زیاد باشد. بعنوان مثال در موتورهای القایی این جریانها باعث جریان راه اندازی بالا در لغزش زیاد می شود.
9) عملكرد درسرعتهای فوق العاده بالا امكان پذیر است.
10) مشخصه گشتاور – سرعت راحتتر از موتورهای القایی و مغناطیس دائم می تواند با كاربردهای خاص تطبیق داده شود.
از جمله كاستی های این موتور می توان به وجود نداشتن تحریك مغناطیس دائم (در مقایسه با PM,BDCM) اشاره كرد كه بار تمام تحریك لازم را بعهده سیم پیچ استاتور می گذارد و در نتیجه تلفات مسی در واحد افزایش می یابد. مهمترین عیب این موتور طبیعت ضربانی و ناهموار تولید گشتاور در آن است.
2- كاربردهای مختلف موتور سوئیچ رلوكتانسی
درایو سرعت متغیر این نوع موتور هر چند هنوز مورد استفاده وسیع قرار نگرفته است، اما كاربردهای متفاوتی از آن گزارش شده كه در ادامه تعدادی از آنها نام برده می شود. از جمله كاربردهای خاص می توان به سیستم برق هواپیما (بدلیل قابلیت اطمینان بالا)، بعنوان پمپ در توربین های گازی، ژنراتورهای بادی و خودروهای الكتریكی اشاره كرد.
اخیرا شرکت Emetron حدود 20 نوع موتور سوئیچ رلوكتانسی با توان 50W تا 720KW طراحی و ساخته است. به عنوان تعدادی از كاربردهای مورد نظر این شركت می توان به قوه محركه لوكوموتیو الكتریكی (720KW)، كمپرسور برای سیستم های نیوماتیكی (5KW)، ماشین لباسشوئی، پمپ آب، موتور تك فاز برای كاربرد در وسایل آشپزخانه، تهویه مطبوع، كمپرسور برای وسایل گرمایش و سرمایش و برش چوب اشاره كرد. همچنین دراین شركت یك نوع صنعتی از این موتور با راندمان بالا (3000rpm, 5Kw) برای کاربردهای عام تولید شده است.
شركتهای دیگری كه دراین زمینه فعالیت داشته اند عبارتند از GEC انگلیس كه این موتور را دریك ماشین متحرك ریلی بكار برده است، شركت GE كه بعنوان استارتر – ژنراتور موتور هواپیما از این موتور استفاده كرده است. این موتور توسط British Jeffery برای كاربرد كششی در معدن ذغال بكار برده شده است. موارد كاربرد احتمالی موتور سوئیچ رلوكتانسی در آینده بصورت فهرست وار در سطور زیر ذكر می شود:
– اتوماسیون كارخانجات: كاربردهای صنعتی كه احتیاج به كنترل سرعت یا موقعیت دارند.
– وسایل نقلیه الكتریكی و غیر الكتریكی: موارد كاربرد دروسایل نقلیه الكتریكی و كاربردهای جدید موتورهای الكتریكی در اتومبیل های مدرن كه بخصوص نیاز به قابلیت اطمینان بالا در برابر نقائص احتمالی دارند.
– لوازم خانگی: طراحی های مدرن درلوازم خانگی موجب نیاز روزافزون به موتورهای سرعت متغیر شده است.
– نساجی.
– ماشین ابزار.
– ماشین های ادارات شامل درایوهای دیسك نرم و سخت و درایوهای دیسك لیزری، پرینترها، دستگاه های كپی و فاكس و…
– كاربردهای هوا – فضا.

شرح داده شده است باید طوری اعمال گردد که بتوان با استفاده از آن معضلات حاد اجتماعی، سیاسی، اقتصادی و نظامی را پوشش دهد.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
تحول تکنولوژی به ویژه پیدایش تبلیغاتی که از راه دور بتوان مواضع و نیروهای دشمن را از بین برد چهره جنگ ها را به طور قابل ملاحظه ای تغییر داده و نظام استفاده از نیروی انسانی عظیم را زیر سوال برد.
نمونه بارز این مسئله جنگ چالدران بین ایران و عثمانی در دوره صفویه بود که عثمانی ها با بکارگیری توپ شکست سنگینی را به ایران تحمیل کردند و خاطره تلخی را به جای گذاشتند.
استفاده از تسلیحات تخریب انبوه تا پایان جنگ های اول و دوم به عنوان یکی از روش ها و استراتژی های جنگی به کار گرفته شده و هنوز هم کاربرد دارد.
در کنار استراتژی تخریب انبوه ظهور فن آوریهای الکترونیک و مخابرات شامل تجهیزاتی شبیه رادیو، تلگراف، تلفن، رادار و… تأثیرات شگرفی را در سرنوشت نبردهای جنگ جهانی دوم ایفاء کرد.

اکنون نیز با ظهور پدیده فن آوری اطلاعات که در تاروپود جامعه رشد می کند و همه ابعاد اجتماعی اقتصادی و نظامی را متأثر می سازد، فاصله بین سطوح جنگ و حتی تفاوت بین زمان صلح و زمان جنگ از بین می رود.

از مجموع نگاه به جنگ های گذشته بارزترین نکته ای که نمایان می شود، افزایش سرعت جنگ است. به عبارت دیگر نسبت بین مدت زمان جنگ و خسارت و تلفات ناشی از آن در حال افزایش است. عوامل افزایش سرعت جنگ ها را می توان در سه پارامتر اصلی دانست:
1- افزایش برد سلاح
2- افزایش دقت سلاح
3- اطلاعات
نکته قابل توجه اینکه هر سه عامل مطروحه به طور مستقیم منبعث شده از فن آوری های ارتباطات و مخابرات و نیز رایانه ها هستند.
2-1) پیشینه کار:
توام با طی مراحل مختلف طراحی سامانه های C4I و برای ارتقاء جمعی، توسط دانش مورد توجه قرار گرفت. برای این منظور در داخل و بخصوص در خارج کشور فعالیت های زیادی انجام پذیرفته که نمونه ای از آن عبارتند از:
– برگزاری کنفرانس در داخل کشور.
– تدوین دوره ای در این باره در برخی از دانشگاه ها.
– تشکیل دبیرخانه دائمی C4I در دانشگاه جنگ.
– ارائه مقالات زیاد در رابطه با C4I در خارج کشور که تعداد آنها بیشمار بوده ولی بیشتر به شکل تئوری می باشند.

1-1- پیشگفتار
امروزه صنایع مختلفی در مملکت عزیز ما ایران، روند روبه رشدی را طی می کنند. در بین این صنایع، صنعت نفت، گاز و پتروشیمی، به دلیل وجود منابع بزرگ زیرزمینی، با سرعت بیشتری مسیر توسعه را می پیماید.
استخراج نفت و گاز از چاه ها، تصفیه، جداسازی و شیرین سازی آن در پالایشگاه ها، ارسال و توزیع آن تا مصرف کننده، نیاز به ابزار دقیق و کنترل مدرن دارد. نوع پروسه ها و شرایط محیطی و عملیاتی، از جمله عوامل تعیین کننده سطح نیاز به تجهیزات مدرن و پیشرفته می باشند.
کنترل پروسه های صنعتی در صنایع مختلف، توسط تجهیزات کنترل و ابزار دقیق صورت می گیرد. اندازه گیری اغلب پارامترهای کنترلی معمولا محدود به اندازه گیری کمیت های فشار، دما، دبی و ارتفاع سطح سیالات می گردد. وسایل و تجهیزات ابزار دقیق معمولا شامل انواع ترانسمیتر مانند ترانسمیتر فشار (PT)، ترانسمیتر دما (TT)، ترانسمیتر فلو (FT) و ترانسمیتر ارتفاع سطح سیال (LT) و شیرهای کنترلی مانند شیرهای کنترل فشار (PV)، شیرهای کنترل دما (TV)، شیرهای کنترل فلو (FV) و شیرهای کنترل ارتفاع سطح سیال (LV)، انواع اکچویتور، انواع سوئیچ مانند سوئیچ کنترل فشار (PS)، سوئیچ کنترل دما (TS)، سوئیچ کنترل فلو (FS) و سوئیچ کنترل ارتفاع سطح سیال (LS) است.
کنترل کننده یک پروسه می تواند به صورت محلی (Local) یا در محل دور (Remote) از عملیات نصب گردد. این کنترل کننده نیز انواع مختلفی دارد که می تواند برای کنترل و نمایش فشار (PIC)، کنترل و نمایش دما (TIC)، کنترل و نمایش فلو (FIC) یا کنترل و نمایش ارتفاع سطح سیال (LIC) به کار رود.
گاهی کنترل یک پروسه به صورت محلی، داخل یک پانل کنار تجهیزات به کار می رود تا اپراتور، کنترل مطمئن و قابل اطمینانی را بر روی را

ه اندازی و اجرای پروسه داشته باشد و گاهی تمامی کنترل پروسه از راه دور در اتاق کنترل به شکل متمرکز یا غیرمتمرکز صورت می گیرد و گاهی ترکیبی از دو حالت در کنترل به کار می رود.

کنترل گاهی به صورت پیوسته صورت می گیرد مانند اندازه گیری فشار توسط تراسمیتر فشار و گاهی به صورت گسسته انجام می شود مانند سوئیچ فشار.
در این پروژه، کنترل ارتفاع مایع در سه مخزن مرتبط که در اکثر صنایع نفت، گاز و پتروشیمی و صنایع غذایی کاربرد دارد و همواره مشکلاتی در کنترل آنها بوده، مطرح می گردد.
در فصل دوم، معادلات مربوط به اندازه گیری فلو، اندازه گیری ارتفاع سطح سیالات و انواع منحنی مشخصه شیرهای کنترلی بحث و بررسی می گردد. در ادامه معادلات غیرخطی حاکم بر سه مخزن مرتبط شرح داده می شوند و سپس این معادلات حول نقطه کار تعریف شده، به ازای یک فلوی ورودی ثابت، خطی سازی می شوند.
در فصل سوم، معادلات سیستم خطی شده، ابتدا از نقطه نظر متمرکز یا غیرمتمرکز بودن توسط معیار RGA بررسی می گردند، سپس با تایید غیرمتمرکز بودن، پروسه توسط کنترل Conventional کنترل می گردد. میزان تداخل ورودی ها بر هر خروجی در حالات مختلف نیز بررسی و شبیه سازی می گردد.
در فصل چهارم، پروسه شامل سیستم واقعی و پیش جبران ساز توسط کنترل کننده فازی کنترل می گردد. تعیین تعداد ورودی، توابع عضویت، تعیین پارامترهای هر تابع عضویت، رنج ورودی و خروجی و نوشتن Rule ها از عوامل مهمی است که بررسی می گردد و در پایان کنترل و شبیه سازی پروسه صورت می گیرد.
در فصل پنجم، پروسه شامل سیستم واقعی و پیش جبران ساز توسط کنترل کننده عصبی کنترل می گردد. تعیین تعداد ورودی، Scaling و Descaling و Training و Test شبکه از عوامل مهمی است که بررسی می گردد و در پایان کنترل و شبیه سازی پروسه صورت می گیرد.
در فصل ششم، پروسه سیستم واقعی، توسط روش پیش بین کننده مدل (MPC) کنترل می گردد و در پایان کنترل و شبیه سازی پروسه صورت می گیرد. این قسمت از پروژه، خلاصه ای از پروژه آقای مهندس مهدی حسینی می باشد که به صورت همزمان، زیر نظر استاد راهنما از ابتدا با این پروژه همراه بوده است.
در فصل هفتم، نتایج مباحث قبلی بررسی می گردد و براساس آن پیشنهاداتی مطرح می گردد.