طراحی و شبیه سازی تنظیم کننده های ولتاژ خودکار با استفاده از کنترل کننده های هوشمند

کد محصول BR69

تعداد صفحات: ۱۵۰ صفحه فایل WORD

قیمت: ۲۰۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

چکیده
این پایان¬نامه به طراحی کنترل¬کننده هوشمند AVR برای یکی از واحدهای نیروگاه سیکل ترکیبی یزد پرداخته است. بمنظور انجام طراحی دقیق و مناسب، اطلاعات مربوط به یکی از واحدهای نیروگاه سیکل ترکیبی یزد استفاده شده است. با توجه به اطلاعات سیستم تحریک واحد گازی کرافت نیروگاه و مدل کنترلی هر یک از اجزاء آن اقدام به استخراج مدل کلی آن شده است. این مدل توسط برنامه سیمولینک متلب شبیه¬سازی شده و مزایا و معایب آن بررسی شده است. با توجه به معایب و نیازهای سیستم تولید انرژی، یک سیستم هوشمند فازی جایگزین معرفی شده و مزایای این سیستم هوشمند نسبت به سیستم فعلی بررسی گردیده است و نتایج نشان می¬دهد که سیستم کنترلی فازی دارای سرعت پاسخ سریعتر، نوسان و فراجهش کمتری بوده و در کل مناسب می باشد. در انتها یک کنترل¬کننده مناسب به منظور پیاده¬سازی این سیستم فازی معرفی شده و نیازمندی¬های سخت افزاری آن ارایه شده است.
فهرست مطالب

فصل اول
مقدمه۱
فصل دوم (سیستم¬های تحریک)
مقدمه ۴
انواع سیستم¬های تحریک۵
سیستم¬های تحریک جریان مستقیم۵
سیستم¬های تحریک جریان متناوب۷
سیستم¬های تحریک¬کننده استاتیکی۱۱
مدارهای پایدارساز سیستم تحریک۱۶
یکسوکننده¬ها درسیستم تحریک۱۶
مد¬لسازی سیستم¬های تحریک ماشین سنکرون در مطالعات پایداری سیستم قدرت۱۸
مدل جبران¬ساز بار۲۰
مدل تحریک¬کننده ماشین سنکرون۲۱
محدودکننده فوق تحریک۲۳
مدل توابع فرمان۲۴
مدل کنترل¬کننده¬های ضریب توان(PF) و توان راکتیو(VAR) 24
پایدار ساز سیستم قدرت PSS27
تحریک کننده¬های کموتاتوری جریان مستقیم۳۳
سیستم¬های تحریک کننده جریان منناوب یکسو¬شده۳۹
سیستم¬های تحریک استاتیکی مدل ST 48
فصل سوم(تنظیم کننده ولتاژ)
مقدمه ۵۵
تنطیم¬کننده¬ ولتاژ خودکار (AVR56
وظایف AVR در تقویت پایداری سیستم قدرت۵۸
معیارهای عملکرد سیگنال کوچک۵۹
معیارهای عملکرد سیگنال بزرگ ۶۲
فصل چهارم (معرفی نیروگاه گازی کرافت واجزاء سیستم تحریک)
مقدمه۶۴
مجموعه کارت های کنترل تنظیم کننده ولتاژ (V22) 66
بررسی کارت تقویت کننده x33 68
بررسی کارت محدود کننده فوق تحریک x34 69
بررسی کارت کنترل دستی x23 70
کارت انتقال دستی به اتوماتیک و برعکس x25 70
بخش کنترل توان راکتیو V1270
کارت فرستنده پالس x15  ۷۳
کارت های محدودکننده جریان در X5 – x6 73
محدوده کنترل گیت تریستورها ۷۵
بخش سنکرون کننده کارت x24-x26 / v24 75
تقویت کننده ورودی یا بخش آنالوگ (x15) 76
تنظیم کننده ولتاژ در حالت راه اندازی و محدود کننده ولت بر هرتز (V13) 79
تحلیل کارت V22-X32  ۸۲
تعیین ساختار کلی مدل دینامیکی AVR 83
بررسی و تحلیل بخش کنترل توان راکتیو…۸۴
مدل تحلیلی کارت x3  ۸۵
مدل تحلیلی کارت x2 86
مدل عمکرد کارت های X4، X5 ، X6 86
تعیین مدل ژنراتور ۸۷
ساختار کلی مدار سیستم تحریک واحدهای گرافت نیروگاه یزد ۸۷
شبیه¬سازی سیستم تحریک نیروگاه یزد ۸۹
فصل پنجم (معرفی سیستم هوشمند جایگزین AVR)
مقدمه ۹۶
شبیه¬سازی مدل کلی واحد تولید کرافت ۹۷
بررسی عملکرد سیستم تحریک بدون کنترل¬کننده توان راکتیو۱۰۲
معرفی سسیستم هوشمند جایگزین AVR در واحد کرافت۱۱۳
مقایسه عملکرد سیستم کنترلی فازی و سیستم کنترلیAVR 116
کنترل¬کننده PID118
تعیین پارامترهای کنترل¬کننده¬ی PID با استفاده از روش زیگلر-نیکولز۱۲۰
تعیین پارامترهای کنترل¬کننده¬ی PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک۱۲۲
نتایج شبیه¬سازی¬ها۱۲۳
معرفی سسیستم هوشمند فازی-ژنتیک((FG جایگزین AVR در واحد کرافت۱۲۵
مقایسه عملکرد سیستم بهینه کنترلی فازی و سیستم کنترلیAVR128
فصل ششم( پیاده¬سازی سیستم فازی)
مقدمه ۱۳۰
کنترل کننده های برنامه پذیر(PLC) 133
مبانی کنترل کننده های منطقی برنامه¬پذیر ۱۳۴
چگونگی اتصال سخت¬افزاری PLC135
عملکرد داخلی PLC ها ۱۳۶
جایگاه کنترل کننده های برنامه پذیر در صنعت۱۳۷
تولید کنندگان بزرگ PLC در جهان  ۱۳۹
برنامه کنترلی فازی  ۱۴۰
پیش نیازهای ارتباطی بین PLC و Fuzzy Control141
معرفی بلاکهای کتابخانه فازی۱۴۲
پیکربندی سخت افزاری PLC143
فصل هفتم:( نتیجه¬گیری و پیشنهادات)
نتیجه¬گیری۱۴۳
پیشنهادات۱۴۵
منابع و ماخذ۱۴۶
لیست جداول
جدول ۵-۱: پارامترهای مربوط به ژنراتور کرافت۹۵
جدول۵-۲:پارامترهای مربوط به ترانسفورمر خروجی نیروگاه۹۵
جدول ۵-۳:پارامترهای مربوط به کنترل¬کننده ولتاژ خودکار و فیلترهای مکمل۹۶
جدول ۵-۴:پارامترهای مربوط به کنترل¬کننده توان راکتیو۹۶
جدول ۵-۵ : نقش و رابطه هریک از ۳ کنترل¬کننده ( P، I و D)در مقابل زمان خیز، فراجهش، زمان نشست و خطای حالت ماندگار  ۱۱۹
جدول ۵-۶: تعیین ضرایب PID با استفاده از روش اول زیگلر-نیکولز۱۲۱
جدول ۵-۷ : تعیین ضرایب PID با استفاده از روش اول زیگلر-نیکولز۱۲۲
لیست شکل¬ها
شکل۲-۱ : ژنراتور سنکرون با سیستم تحریک جریان مستقیم۶
شکل ۲-۲ :نمونه¬ای کامل از سیستم تحریک جریان مستقیم۷
شکل ۲-۳ : ژنراتور سنکرون به همراه سیستم تحریک جریان متناوب۸
شکل ۲-۴ : سیستم تحریک با یکسوسازی بدون کنترل۹
شکل ۲-۵ : سیستم تحریک با یکسوسازی کنترل¬شده۹
شکل ۲-۶ : سیستم تحریک بدون جاروبک۱۱
شکل ۲-۷ : سیستم تحریک بدون جاروبک مجهز به تنظیم کننده ولتاژ۱۲
شکل ۲-۸ :سیستم ژنراتور و توربین یک نیروگاه بخاری۱۲
شکل ۲-۹ : ترانسفورمر کاهنده سیستم تحریک استاتیکی۱۳
شکل ۲-۱۰ : سیستم تحریک با یکسوساز کنترل شده ومنبع ولتاژ۱۴
شکل ۲-۱۱ :سیستم تحریک با یکسوساز و منبع ترکیبی قابل کنترل۱۵
شکل ۲-۱۲ : تنظیم¬کننده ولتاژ با پایدارساز به صورت فیدبک مشتقی۱۶
شکل ۲-۱۳ :یکسو¬ساز چرخان با مدار حفاظتی۱۷
شکل ۲-۱۴: بلوک دیاگرام زیر سیستم¬های ماشین سنکرون۱۸
شکل ۲-۱۵: دیاگرام ترانسدیوسر ترمینال ولتاژ وجبرانساز۲۰
شکل ۲-۱۶: مدل تحریک¬کننده جریان مستقیم با تحریک مستقل۲۱
شکل ۲-۱۷ : مدل تحریک¬کننده جریان متناوب۲۳
شکل ۲-۱۸ : مدل توابع فرمان۲۴
شکل ۲-۱۹: یک نمونه کنترل¬کننده PF25
شکل ۲-۲۰: کنترل PF نوع دوم۲۶
شکل ۲-۲۱: کنترل¬کننده وار نوع اول ۲۶
شکل ۲-۲۲ : کنترل کننده وار نوع دوم۲۷
شکل ۲-۲۳: پایدارساز سیستم قدرت نوع PSS1-A28
شکل ۲-۲۴: پایدارساز سیستم قدرت از نوع PSS2B29
شکل ۲-۲۵: مدل پایدارساز سیستم قدرت PSS3B30
شکل ۲-۲۶: پایدارساز سیستم تحریک از نوع PSS4B32
شکل ۲-۲۷: مدل سیستم تحریک جریان مستقیم DC1A33
شکل ۲-۲۸: سیستم تحریک جریان مستقیم مدل DC2A34
شکل ۲-۲۹: مدل سیستم¬های تحریک جریان مستقیم مدل DC3A37
شکل ۲-۳۰: سیستم تحریک جریان مستقیم از نوع DC4B38
شکل ۲-۳۱ : سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC1A 40
شکل ۲-۳۲: سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC2A 41
شکل ۲-۳۳: سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC3A42
شکل ۲-۳۴: سیستم تحریک از نوع AC4A 44
شکل ۲-۳۵: سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC5A45
شکل ۲-۳۶: سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC6A46
شکل ۲-۳۷: سیستم تحریک جریان متناوب از نوع AC8B48
شکل ۲-۳۸: مدل سیستم تحریک استاتیک از نوع ST1A49
شکل ۲-۳۹: مدل سیستم تحریک نوع ST2A50
شکل ۲-۴۰: مدل سیستم تحریک استاتیک نوع ST3A52
شکل ۲-۴۱: سیستم تحریک استاتیک از نوع ST4B53
شکل ۲-۴۲: سیستم تحریک استاتیک از نوع ST7B54
شکل ۳-۱: یک مدل AVR نوعی۵۷
شکل۳-۲ : نمونه پاسخ زمانی یک سیستم کنترل فیدبک به تغییری پله¬ای در ورودی۶۰
شکل ۳-۳ : نمونه پاسخ فرکانس حلقه باز یک سیستم کنترل تحریک۶۰
شکل ۴-۲: کارت یا ماژول¬های موجود در سیستم تحریک نیروگاه گازی کرافت۶۵
شکل ۴-۳: نمای کارت V22-X3267
شکل ۴-۴: نمای کارت V22-X3368
شکل۴-۵: نمای کارت محدودکننده فوق تحریک۶۹
شکل ۴-۶: تقویت‌کننده تفاضلی برای تطبیق‌کنندگی از حالت دستی به خودکار و برعکس۷۱
شکل ۴-۷: کارت سنسور جریان راکتیو (X3) یا جریان اکتیو X2)72
شکل ۴-۸: کارت فرستنده پالس۷۴
شکل ۴-۹: نمای کارت تقویت‌کننده میانی و محدودکننده‌های جریان۷۵
شکل ۴-۱۰: کارت سنکرون‌کننده ولتاژ سه فاز با پالسهای ساخته شده۷۶
شکل ۴-۱۱: نمای کارت تقویت‌کننده ورودی از کنترل گیت تریستوری۷۷
شکل ۴-۱۲: کارت تولید پالس۷۸
شکل ۴-۱۳: تغییرات جریان تحریک و ولتاژ ژنراتور در هنگام راه‌اندازی۸۰
شکل ۴-۱۴: مدار معادل بخش اصلی کارت V22-X3282
شکل ۴-۱۵: مدار معادل کارت V22-X33 همراه با شاخه¬های ورودی از کارت V22-X32 83
شکل ۴-۱۶: نمودار دینامیکی معادل کارت¬های X32 و X33 (بخش تنظیم¬کننده ولتاژ۸۴
شکل ۴-۱۷: مدار الکترونیکی فیلتر y2 در کارت¬های V12-X3, V12-X285
شکل۴-۱۸:مدل کلی سیستم تحریک نیروگاه یزد۸۸
شکل۴-۱۹: سیستم شبیه¬سازی شده واحد تولید انرژی۹۰
شکل ۴-۲۰: تغییرات سیگنال کنترل خروجی AVR در پاسخ به اغتشاش پله۹۱
شکل ۴-۲۱: تغییرات سیگنال خروجی جمع¬کننده خطا به ورودی اغتشاش۹۲
شکل ۴-۲۲ : تغییرات ولتاژ ترمینال در پاسخ به اغتشاش پله۹۳
شکل ۴-۲۳: مقایسه سیگنال کنترل ثبت شده با سیگنال کنترل حاصل از شبیه سازی۹۴
شکل ۵-۱ : سیستم تولید انرژی به همراه ژنراتور، ترانسفورمر خروجی و سیستم کنترل ولتاژتحریک۹۹
شکل۵-۲::واحد کنترل سیستم تحریک۱۰۰
شکل۵-۳ : سیستم یکسوساز، سنسور ولتاژ و جریان۱۰۰
شکل۵-۴ :کارت سنسور توان اکتیو وراکتیو۱۰۱
شکل ۵-۶ :ولتاژ تحریک ژنراتور در بار۴۶ مگا وات اندازه گیری¬شده۱۰۲
شکل۵-۷ :جریان فاز a ژنراتور در بار ۴۰ مگا وات۱۰۳
شکل۵-۸ :ولتاژ تحریک ژنراتور ۱۰۳
شکل۵-۹ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز بعد از سه طبقه فیلتر۱۰۳
شکل۵-۱۰ :ولتاژ فاز a ژنراتور در بار ۴۰ مگا وات۱۰۳
شکل۵-۱۱ :ولتاژ ژنراتور در بار ۴۰ مگا وات در قاب مرجع استاتور۱۰۴
شکل۵-۱۲ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز۱۰۴
شکل۵-۱۳ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع ۱۰۴
شکل۵-۱۴ :ولتاژ بعد از کنترل¬کننده PI 104
شکل۵-۱۵ :ولتاژ تحریک ژنراتور ۱۰۵
شکل۵-۱۶ :ولتاژفاز a ژنراتور ۱۰۵
شکل۵-۱۷ :ولتاژ ژنراتور در قاب مرجع استاتور۱۰۶
شکل۵-۱۸ :جریان فاز a ژنراتور۱۰۶
شکل۵-۱۹ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز۱۰۶
شکل۵-۲۰ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز بعد از سه طبقه فیلتر ۱۰۶
شکل۵-۲۱ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع ۱۰۶
شکل۵-۲۲ :ولتاژ بعد از کنترل¬کننده PI 106
شکل۵-۲۳ :ولتاژفاز a ژنراتور۱۰۷
شکل۵-۲۴ :جریان فاز a ژنراتور۱۰۷
شکل۵-۲۵ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز۱۰۷
شکل۵-۲۶ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز بعد از سه طبقه فیلتر ۱۰۸
شکل۵-۲۷ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع ۱۰۸
شکل۵-۲۸ :ولتاژ بعد از کنترل¬کننده PI 108
شکل۵-۲۹ :ولتاژ تحریک ژنراتور۱۰۸
شکل۵-۳۰ :ولتاژفاز a ژنراتور۱۰۹
شکل۵-۳۱ :جریان فاز a ژنراتور۱۰۹
شکل۵-۳۲ :ولتاژ ژنراتور در قاب مرجع استاتور ۱۰۹
شکل۵-۳۳ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع۱۱۰
شکل۵-۳۴ : توان راکتیو تحویلی ژنراتور۱۱۰
شکل۵-۳۵ :ولتاژ تحریک ژنراتور۱۱۰
شکل۵-۳۶ :ولتاژ بعد از کنترل¬کننده PI110
شکل۵-۳۷ :ولتاژ ژنراتور در قاب مرجع استاتور ۱۱۱
شکل۵-۳۸ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز بعد از سه طبقه فیلتر ۱۱۱
شکل۵-۳۹ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع ۱۱۱
شکل۵-۴۰ :ولتاژ بعد از کنترل¬کننده PI 111
شکل۵-۴۱ : توان راکتیو تحویلی ژنراتور۱۱۱
شکل۵-۴۲ :ولتاژ تحریک ژنراتور ۱۱۲
شکل۵-۴۳ :ولتاژ ژنراتور در قاب مرجع استاتور ۱۱۲
شکل۵-۴۴ :ولتاژ تحریک ژنراتور۱۱۲
شکل۵-۴۵ :ولتاژ دیودی پل یکسوساز بعد از سه طبقه فیلتر۱۱۲
شکل۵-۴۶ :ولتاژ خطا حاصل مقایسه با مقدار مرجع۱۱۳
شکل۵-۴۷: سیستم کنترل تحریک فازی P و I116
شکل ۵-۴۹: تغییرات Vqs را در زمان راه¬اندازی و اضافه شدن بار در زمان ۴۰ ثانیه۱۱۶
شکل ۵-۵۰: تغییرات Vds در زمان راه¬اندازی و اضافه¬شدن بار۱۱۶
شکل ۵-۵۱ : پاسخ سیستم کنترل¬کننده در زمان راه¬اندازی و اضافه¬شدن بار۱۱۶
شکل ۵-۵۲ : پاسخ سیستم تحریک در زمان راه¬اندازی و اضافه¬شدن بار۱۱۸
شکل ۵-۵۳: چگونگی تعیین L و T121
شکل ۵-۵۴: فلوچارت الگوریتم ژنتیک۱۲۳
شکل۵-۵۵: اندازه ولتاژ خطا در هنگام راه¬اندازی ۱۲۴
شکل ۵-۵۶: اندازه ولتاژ خطا در هنگام بروز خطا ۱۲۴
شکل ۵-۵۷: اندازه Vqs در هنگام راه¬اندازی ۱۲۵
شکل ۵-۵۸: اندازه Vqsدر هنگام بروز خطا ۱۲۵
شکل ۵-۵۹: اندازه Vds در هنگام راه¬اندازی۱۲۵
شکل ۵-۶۰: اندازه Vds در هنگام بروز خطا ۱۲۵
شکل ۵-۶۱: تابع عضویت ورودی خطا ۱۲۷
شکل ۵-۶۲: تابع عضویت ورودی متغییر خطا۱۲۷
شکل ۵-۶۳: تغییرات Vqs را در زمان راه¬اندازی و اضافه شدن بار در زمان ۴۰ ثانیه۱۲۸
شکل ۵-۶۴: تغییرات Vds در زمان راه¬اندازی و اضافه¬شدن بار۱۲۸
شکل ۵-۶۵ : پاسخ سیستم کنترل¬کننده در زمان راه¬اندازی و اضافه¬شدن بار۱۲۹
شکل ۶-۱ : بلوک دیاگرام یک آی سی FPGA131
شکل ۶-۲ دیاگرام معماری کلی از یک چیپ فازی نوعی ۱۳