وبلاگ

امروزه با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی الکتریکی، چالشهای جدیدی پیشروی صنعت برق قرار گرفته است؛ یکی از این چالشها رو به پایان بودن سوختهای فسیلی است. از سوی دیگر، قیمت بالا و روبه رشد سوختهای تجدید ناپذیر، مشکلات زیست محیطی و دیگر مشکلات عدیده ی مربوط به این نوع سوخت ها، تمایل برای تولید الکتریسیته از منابع انرژی نوین را افزایش داده است. امروزه استفاده از انرژی های تجدید پذیر[1] در شبکه به امری رایج بدل شده و البته چالشهایی را نیز به دنبال خود داشته است.
این منابع تولید انرژی، پدیده های تصادفی محسوب می شوند و  تغییرات سریع آب و هوایی و مشخص نبودن میزان تولید آنها سبب ایجاد نوسانات بالایی در توان تولیدی به شبکه ایجاد می کنند. نوسان توان نیز منجر به نوسان فرکانس می گردد .این امر در کیفیت توان و پایداری شبکه تنش هایی را ایجاد خواهد کرد. به همین دلیل روش های کنترل فرکانس و حفظ پایداری شبکه اهمیت خاصی پیدا کرده است. در ادامه این فصل به بررسی لزوم کنترل فرکانس و هدف اجرای این طرح می‌پردازیم و نوآوری این پایان‌نامه و ساختار آن را مطرح خواهیم کرد.
2-1- تاریخچه
   توسعه شگرف علم و فن‌آوری در جهان امروز ظاهراً آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است.  لیكن این توسعه یافتگی، مایه بروز مشكلات تازه‌ای نیز برای انسان‌ها شده است كه از آن جمله می‌توان به آلودگی محیط زیست، تغییرات گسترده آب‌وهوایی در زمین و غیره اشاره نمود. به ویژه می‌دانیم كه نفت و مشتقات آن از سرمایه‌های ارزشمند ملی و حیاتی كشور می‌باشند كه مصرف غیربهینه از آنها گاهی زیان‌های جبران ناپذیری را ایجاد می‌كند. از این رو صاحبنظران و كارشناسان به دنبال منابعی هستند كه به تدریج جایگزین سوخت‌های فسیلی شوند. سوخت‌های فسیلی آلودگی‌های زیست محیطی بیشماری را ایجاد می‌نمایند. چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریباً غیرممكن خواهد بود.  بهترین راه حلی كه اكثر دانشمندان پیشنهاد كرده‌اند متوقف كردن روند رو به رشد این گازهای مضر است. متخصصان بر این باورند كه با بهره گرفتن از انرژی‌های پاك نظیر انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، هیدروژن و ….به جای انرژی‌های حاصل از سوخت‌های فسیلی، از آلودگی‌های زیست  محیطی و خطرات مرتبط بر آن جلوگیری خواهد شد. از سوی دیگر انرژی‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ سرانجام روزی به پایان خواهند رسید و با پایان گرفتن آنها تمدن بشری كه بستگی مستقیم به انرژی دارد دچار چالش جدید و بزرگ خواهد شد. این امر سبب شده است كه كشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمامتر استفاده از سایر انرژی‌های موجود در طبیعت و به خصوص انرژی‌های تجدید شونده را مورد توجه قرار دهند. استفاده

 از انرژی خورشید، باد ، امواج، زمین گرمایی، هیدروژن، زیست توده و … كه به انرژی‌های تجدیدپذیر موسومند مستلزم مطالعات و تحقیقات فراوانی می‌باشد كه قبل از استفاده باید انجام گیرند. مجموعه انرژی‌های تجدیدپذیر روز به روز سهم بیشتری را در سیستم تأمین انرژی جهان به عهده می‌گیرند. انرژی‌های تجدیدپذیر به ویژه برای كشورهای در حال توسعه از جاذبه بیشتری برخوردار است. لذا در برنامه‌ها و سیاست‌های بین المللی از جمله در برنامه‌های سازمان ملل متحد در راستای توسعه پایدار جهانی نقش ویژه‌ای به منابع تجدید پذیر انرژی محول شده است.

انرژی باد یکی از انواع اصلی انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد که از گذشته‌های دور همواره مورد توجه انسان‌ها بوده است. اولین گام واقعی برای مهار انرژی باد به 200 سال پیش از میلاد باز می‌گردد، هنگامی که ایرانیان باستان از آسیاب‌های بادی قرن ها قبل از کشور‌های اروپایی استفاده می‌کردند. در قرن 18 با ظهور توربین‌های بادی اولیه در ایالت متحده آمریکا با ظرفیت12 کیلووات، این امکان برای تولید برق از این منبع پایدار فراهم شد. مانند منابع تجدیدپذیر دیگر، باد دارای دسترسی وسیع جهانی است، اما به طور قابل‌توجهی نسبت به سایر منابع تجدید‌پذیر با توجه به تجاری بودن آن پیشرفت داشته است، بعلاوه انرژی باد دارای کمترین میزان CO2 در میان منابع تجدیدپذیر دیگر می باشد. متوسط نرخ رشد استفاده از باد در بین سال‌های 2005 و 2010 ، 27 % بوده است ،دلایل اصلی این رشد قابل توجه بهبود ظرفیت توربین‌های بادی (در برخی موارد تا 40%) و افزایش قابلیت اطمینان و اندازه توربین‌ها می‌باشد.
ظرفیت توربین ارتباط نزدیکی به منطقه روتور دارد، در حال حاضر بزرگترین توربین دارای ظرفیت 6-5 مگاوات با روتوری به قطر 126  متر می‌باشد. تا به امروز حداقل 83 کشور در حال اجرای استفاده از انرژی باد به طور تجاری می‌باشند.
پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2030، 1900 گیگاوات ظرفیت جدید در سراسر جهان  نصب خواهد شد. مهم‌ترین علت رشد قابل توجه بازار انرژی باد، قیمت رقابتی آن در مقایسه با سایر منابع انرژی می‌باشد، حتی سوخت‌های فسیلی می‌باشد. قیمت تولید برق بادی به کاهش خود ادامه خواهد داد، در حالیکه هزینه‌ی برق سوخت فسیلی افزایش می‌یابد. همچنین کشور ایران سرشار از منابع تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر می‌باشد. موقعیت جغرافیایی کشور ایران موجب شده است که منبع بسیار بزرگی از انرژی‌های خورشیدی و بادی در آن موجود باشد، بنابراین کشور ایران نیز همواره برنامه‌های ملی ویژه‌ای در دست اقدام داشته و استفاده از انرژی‌های نو و تجدیدپذیر مورد تاکید بوده است.
3-1- هدف از انجام پژوهش
 با بررسی‌های انجام شده این نتیجه حاصل شده است که در بین انرژی‌های تجدیدپذیر انرژی باد و خورشید از پیشرفت بیشتری برخوردار بوده و اکثریت تولید توان در بین انرژی‌های تجدید‌پذیر توسط این دو منبع تامین می‌گردد.
حضور نیروگاه های وابسته به انرژی های نو، تنش ها و نوسانات شدیدی را در توان حقیقی [1] تزریقی به شبکه، و در نتیجه فرکانس و سایر پارامترهای الکتریکی شبکه به وجود می آورد. همچنین مشخص نبودن میزان تولید و تغییرات سریع این منابع یکی از موانع اساسی در اتصال انرژی نیروگاه‌های تجدیدپذیر به شبکه سراسری می‌باشد. از اینرو برای حصول اطمینان از تعادل میان تولید و عرضه برق مورد تقاضا، محدودیت هایی وجود دارد که سبب پیچیدگی و مشکلات استفاده از انرژی های تجدید پذیر می گردد.در این شرایط باید راهکاری برای کنترل سیستم قدرت اتخاذ شود تا این نوسانات دینامیکی مدیریت شده و دامنه آنها محدود گردد.
هدف اساسی از نگارش این پایان نامه تنظیم نمودن فرکانس شبکه بر روی مقدار مرجع خود، آن هم با دقتی شایسته می باشد؛ به طوری که سیستم در حضور واحدهای بادی [2]و خورشیدی [3] نیز قادر به کارکرد قابل قبول بوده و نوسانات، پایداری شبکه را مورد تهدید قرار ندهند. این مساله نیازمند وجود یک کنترل کننده در سیستم است تا تمام واحدهای تولید را، با تعیین مقداری مرجع برای آنها، کنترل کند.
[1] Active power
[2] Wind generation units
[3] Photovoltaics cell generation units
[1] Renewable energy