دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دامغان

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی-صنایع غذایی

عنوان:

محاسبه و ارزیابی اثر پارامترهای مختلف بر نحوه توزیع دما در نان طی فرایند پخت به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

سال تحصیلی1392-1391

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه 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)

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………………1

فصل اول  مقدمه………………………………………………………………………………………2

1-1معرفی ………………………………………………………………………………………………………………………………………..3

1-1-1 تاریخچه نان…………………………………………………………………………………………………………………………3

1-1-2 نان در تاریخ…………………………………………………………………………………………………………………………4

1-1-3 نان در ایران…………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-1-4 نان در فرهنگهای گوناگون……………………………………………………………………………………………………..7

1-2 ریز مغذی های موجود در نان……………………………………………………………………………………………………….7

1-2-1سبوس گندم ………………………………………………………………………………………………………………………….9

1-3 انواع نان………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10

1-4 مقایسه انواع نان ………………………………………………………………………………………………………………………..11

1-4-1-مقایسه بین نان های حجیم و نیمه حجیم……………………………………………………………………………….11

1-4-2 مقایسه انواع نان های سنتی ایرانی………………………………………………………………………………………….12

1-5 آرد مصرفی در تولید نان……………………………………………………………………………………………………………..13

1-6 تغییر الگوی تولید نان و کاهش ضایعات ……………………………………………………………………………….14

1-7 روش های نگهداری نان……………………………………………………………………………………………………………..14

1-8 نانهای فانتزی حجیم و نیمه حجیم……………………………………………………………………………………………….15

1-9 نان صنعتی………………………………………………………………………………………………………………………………..15

1-9-1 خط تولید نان صنعتی……………………………………………………………………………………………………………16

1-9-2 شرح فرآیند تولید ……………………………………………………………………………………………………………….17

1-10 بررسی نقاط قوت و ضعف تکنولوژیهای مرسوم در فرآیند تولید……………………………………………………33

فصل دوم  پیشینه تحقیق………………………………………………………………………….35

2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….36

2-2مروری بر کارهای گذشته…………………………………………………………………………………………………………….37

فصل سوم  آشنای با نرم افزار فلوئنت………………………………………………………..44

3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….45         3-2 اهمیت انتقال حرارت و جریات سیال………………………………………………………………………………………… .45

3-3 متد های پیشگویی……………………………………………………………………………………………………………………..46

3  -3-1 امتیازات یک محاسبه تئوری………………………………………………………………………………………………….47

3-3-2 نارسایی های محاسبه تئوری…………………………………………………………………………………………………48

3-3-3 انتخاب متد پیش گویی…………………………………………………………………………………………………………..49

3-4 CFD چیست؟…………………………………………………………………………………………………………………………..49

3-4-1 یک برنامه CFD  چگونه کار می کند؟………………………………………………………………………………………51

3-4-2 توانایی نرم افزار فلوئنت……………………………………………………………………………………………………….53

3-5 آشنایی کلی با نرم افزار و قابلیت های آن………………………………………………………………………………………54

3-5-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………55

3-5-2 ساختار برنامه………………………………………………………………………………………………………………………56

3-5-3 قابلیت های  برنامه………………………………………………………………………………………………………………57

3-5-4 دید کلی از نرم افزار فلوئنت…………………………………………………………………………………………………58

3-5-5 اجرا کردن نرم افزار فلوئنت………………………………………………………………………………………………….62

3-5-5-1 محاسبه گر یک دقته و دو دقته…………………………………………………………………………………………62

3-5-5-2 اجرا نرم افزار فلوئنت در سیستم عامل………………………………………………………………………………62

3-5-5-3 انتخاب شیوه محاسباتی و فرمول بندی……………………………………………………………………………..63

3-5-5-4 وارد کردن شبکه………………………………………………………………………………………………………….64

3-5-5-5 تعریف شرایط مرزی……………………………………………………………………………………………………68

فصل چهارم فرضیات شبیه سازی و معادلات………………………………………………88

4-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….89

4-2 شبکه بندی………………………………………………………………………………………………………………………………..97

4-2-1 نان سنگک با شبکه بندی نوع اول………………………………………………………………………………………….97

4-2-2 نان سنگک با شبکه بندی نوع دوم…………………………………………………………………………………………99

4-2-3 نان بربری گرد با حفره های منظم………………………………………………………………………………………..100

4-2-4 نان بربری گرد با حفره های نا منظم…………………………………………………………………………………….101

4-2-5 نان بربری دراز با حفره های منظم……………………………………………………………………………………….102

4- 2- 6نان بربری دراز با حفره های نا منظم……………………………………………………………………………………103

4-3 معادلات ………………………………………………………………………………………………………………………………..105

4-4 شرایط مرزی……………………………………………………………………………………………………………………………106

4-5 خواص فیزیکی………………………………………………………………………………………………………………………..106

فصل پنجم نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………..108

5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..109

5-2 کانتورهای مربوط به نان سنگک…………………………………………………………………………………………………109

5-3 کانتورهای مربوط به نان بربری………………………………………………………………………………………………….129

5-3-1 کانتورهای مربوط به نان بربری دراز با شبکه بندی (مش) منظم ………………………………………………129

5-3-2 کانتورهای مربوط به نان بربری دراز با شبکه بندی (مش) نا منظم……………………………………………138

5-3-3کانتورهای مربوط به نان بربری گرد با شبکه بندی (مش) منظم…………………………………………………149

5-3-4کانتورهای مربوط به نان بربری گرد با شبکه بندی (مش)نا منظم ……………………………………………..160

فصل ششم نتیجه گیری………………………………………………………………………….166

ضمائم………………………………………………………………………………………………..169

پیوست الف…………………………………………………………………………………………169

پیوست ب…………………………………………………………………………………………..172

منابع و ماخذ………………………………………………………………………………………180

 فهرست جدول ها

جدول 3-1 منوهای مورد استفاده در هر مرحله…………………………………………………………………………………….61

جدول 3-2تقسیم بندی انواع نواحی……………………………………………………………………………………………………69

جدول3-3 پیش فرضهای تنظیم شده در سیستم SI برای شرط مرز ورودی سرعت……………………………………77

جدول3-4 پیش فرضهای تنظیم شده در سیستم SI برای شرط مرز ورودی جریان جرمی…………………………..81

جدول الف-1 مقایسه مشخصات نان سنتی و صنعتی…………………………………………………………………………..170

جدول الف-2 ادامه مقایسه مشخصات نان سنتی و صنعتی…………………………………………………………………..171

جدول ب-1 استاندارد ملی نان…………………………………………………………………………………………………………177

جدول ب-2 مشخصات نان……………………………………………………………………………………………………………..179

فهرست نمودارها

نمودار 4-1 مقادیر ضریب هدایت حرارتی ارائه شده توسط وونگ و زو………………………………………………..107

نمودار 4-2 مقادیر ظرفیت حرارتی ویژه ارائه شده توسط وونگ و زو…………………………………………………..107

نمودار5-1 تغییرات درجه حرارت نسبت به زمان پخت نان سنگک……………………………………………………….127

نمودار5-2 تغییرات درجه حرارت نسبت به زمان پخت نان بربری دراز با شبکه بندی منظم……………………..137

نمودار5-3 تغییرات درجه حرارت نسبت به زمان پخت نان بربری دراز با شبکه بندی نا منظم………………….147

نمودار5-4 تغییرات درجه حرارت نسبت به زمان پخت نان بربری گرد با شبکه بندی منظم……………………..158

نمودار5-5 تغییرات درجه حرارت نسبت به زمان پخت نان بربری گرد با شبکه بندی نا منظم………………….164

فهرست شکل ها

شکل 1-1 تشریح فرآیند تولید نان صنعتی …………………………………………………………………………………………..17

شکل 1-2 دستگاه اتو ماتیک آماده ساز خمیر غیر پیوسته……………………………………………………………………….20

شکل 1-3 دستگاه اتو ماتیک آماده ساز خمیر پیوسته……………………………………………………………………………..21

شکل 1-4 دستگاه مخلوط کن دارای تغار دوار……………………………………………………………………………………..23

شکل 1-5 دستگاه چانه گیر اتو ماتیک محفظه ای………………………………………………………………………………….27

شکل 1-6 نمای شماتیک ذستگاه چانه گیر اتوماتیک محفظه ای……………………………………………………………..27

.شکل 1-7 فر چند طبقه ای……………………………………………………………………………………………………………….30

شکل 1-8 فر تونلی………………………………………………………………………………………………………………………….31

شکل1-9 نمایی از فر تونلی با تغییرات درجه حرارت…………………………………………………………………………..32

شکل2-1 نمایی از فر تونلی شبیه سازی شده توسط میراده…………………………………………………………………….38

شکل2-2 نمای شماتیک فر با سینی متحرک مدل شده توسط تردتای………………………………………………………39

شکل2-3 فر نان صنعتی مورد مطالعه ونگ و زو…………………………………………………………………………………..40

شکل 2-4 فر الکتریکی مورد مطالعه توسط چانول و. آنیشاپروین……………………………………………………………41

شکل2-5. نتایج حاصل از شبیه سازی چانول برای درجه ژلاتینه شدن وتغییرات دما داخل نان……………………41

شکل2-6 نمای از فر با سینی های چرخان………………………………………………………………………………………….42

شکل 4-1 نمای شماتیک از نان سنگک مدل شده…………………………………………………………………………………90

شکل 4-2 نمای شماتیک ازتنور نان سنگک مدل شده……………………………………………………………………………91

شکل4-3 نمای شماتیک از نان بربری گرد با آرایش حفره های مربعی…………………………………………………….92

شکل 4-4 نمای شماتیک ازنان بربری گرد با آرایش حفره های مثلثی………………………………………………………92

شکل 4-5 نمای شماتیک ازنان بربری دراز با آرایش حفره های مثلثی……………………………………………………..93

شکل 4-6 نمای شماتیک از نان بربری دراز با آرایش حفره های مربعی…………………………………………………..93

شکل 4-7 نمای شماتیک از تنورنان بربری…………………………………………………………………………………………..94

شکل 4-8 نمای شماتیک از قرار گرقتن نان سنگک درون تنور……………………………………………………………….95

شکل 4-9 نمای شماتیک از قرار گرفتن نان بربری دراز درون تنور………………………………………………………….96

شکل 4-10 نمای شماتیک از قرار گرفتن نان بربری گرد درون تنور………………………………………………………..96

شکل 4-11 نمای تنور نان سنگک شبکه بندی هرم های 4 وجهی…………………………………………………………..97

شکل 4-12نمایی از نان سنگک شبکه بندی شده با هرم های 4 وجهی……………………………………………………98

شکل 4-13 نمای تنور نان سنگک شبکه بندی منشور های 5 وجهی……………………………………………………….99

شکل 4-14نمایی از نان سنگک شبکه بندی شده با منشور 5 وجهی………………………………………………………..99

شکل 4-15 نمای تنور نان بربری شبکه بندی شده………………………………………………………………………………100

شکل 4-16نمای شبکه بندی نان بربری گرد با حفره های منظم…………………………………………………………….101

شکل 4-17نمای نزدیک شبکه بندی نان بربری گرد با حفره های منظم………………………………………………….101

شکل 4-18 نمای نان بربری گرد  شبکه بندی شده با حفره های نا منظم………………………………………………..102

شکل 4-19 نمای  نردیک از نان بربری گرد  شبکه بندی شده با حفره های نا منظم………………………………..102

شکل4-20نمای نان بربری دراز شبکه بندی شده با حفره های منظم هرم های 4 وجهی…………………………..103

شکل 4-21نمای نزدیک نان بربری دراز شبکه بندی شده با حفره های منظم………………………………………….103

شکل4-22نمای نان بربری دراز شبکه بندی شده با حفره های نا منظم هرم های 4 وجهی……………………….104

شکل4-23نمای نزدیک نان بربری دراز شبکه بندی شده با حفره های  نا منظم هرم های 4 وجهی……………104

شکل5-1 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 61 ثانیه…………………………………………………………………….110

شکل5-2 کانتور توزیع دما در پایین نان در زمان 61 ثانیه……………………………………………………………………..110

شکل5-3 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 61 ثانیه………………………………………………………………..111

شکل5-4 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 61 ثانیه………………………………………………………….111

شکل5-5 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 61 ثانیه……………………………………………………………112

شکل5-6 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 161 ثانیه………………………………………………………………….113

شکل5-7 کانتور توزیع دما درپایین نان در زمان 161 ثانیه…………………………………………………………………….113

شکل5-8 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 161 ثانیه………………………………………………………………113

شکل5-9 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 161 ثانیه………………………………………………………..114

شکل5-10 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 161 ثانیه…………………………………………………………114

شکل5-11 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 261 ثانیه…………………………………………………………………116

شکل5-12 کانتور توزیع دما درپایین نان در زمان 261 ثانیه………………………………………………………………….116

شکل5-13 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 261 ثانیه……………………………………………………………117

شکل5-14 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 261 ثانیه………………………………………………………117

شکل5-15 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 261 ثانیه…………………………………………………………118

شکل5-16 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 361 ثانیه…………………………………………………………………119

شکل5-17کانتور توزیع دما در پایین نان در زمان 361 ثانیه………………………………………………………………….119

شکل5-18 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 361 ثانیه…………………………………………………………….120

شکل5-19 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 361 ثانیه………………………………………………………120

شکل5-20 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 361 ثانیه…………………………………………………………121

شکل5-21 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 461 ثانیه………………………………………………………………..122

شکل5-22 کانتور توزیع دما در پایین نان در زمان 461 ثانیه…………………………………………………………………122

شکل5-23 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 461 ثانیه……………………………………………………………123

شکل5-24 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 461 ثانیه………………………………………………………123

شکل5-25 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 461 ثانیه…………………………………………………………124

شکل5-26 کانتور توزیع دما در بالای نان در زمان 561 ثانیه…………………………………………………………………125

شکل5-27 کانتور توزیع دما در پایین نان در زمان 561 ثانیه…………………………………………………………………125

شکل5-28 کانتور توزیع دما مقطع افقی تنور در زمان 561 ثانیه…………………………………………………………….126

شکل5-29 کانتور توزیع سرعت مقطع افقی تنور در زمان 561 ثانیه………………………………………………………126

شکل5-30 کانتور توزیع دما مقطع عرضی تنور در زمان 561 ثانیه…………………………………………………………127

شکل5-31 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 71 ثانیه…………………………………..129

شکل 5-32 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری دراز در زمان 71 ثانیه………………………………….129

شکل5-33 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه………………………………………….130

شکل5-34 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه……………………………………..130

شکل5-35 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 71 ثانیه………………………………………130

شکل 5-36 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 121 ثانیه………………………………..131

شکل 5-37 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری دراز در زمان 121 ثانیه………………………………..131

شکل5-38 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه………………………………………..132

شکل5-39 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه……………………………………132

شکل5-40 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه………………………………………..132

شکل 5-41 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 171 ثانیه………………………………..133

شکل 5-42 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری دراز در زمان 171 ثانیه………………………………..133

شکل5-43 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه………………………………………..134

شکل5-44 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه……………………………………134

شکل5-45 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 171 ثانیه…………………………………….134

شکل 5-46 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 221 ثانیه………………………………..135

شکل 5-47 کانتور توزیع درجه حرارت درپایین نان بربری دراز در زمان 221 ثانیه…………………………………135

شکل5-48 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 221 ثانیه……………………………………….136

شکل5-49 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 221 ثانیه……………………………………136

شکل5-50 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 221 ثانیه…………………………………….136

شکل 5-51 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 71 ثانیه………………………………….138

شکل 5-52 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری دراز در زمان 71 ثانیه………………………………….138

شکل5-53 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه………………………………………….139

شکل5-54 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه……………………………………..139

شکل5-55 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 71 ثانیه………………………………………139

شکل 5-56 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 121 ثانیه………………………………..140

شکل 5-57 کانتور توزیع درجه حرارت درپایین نان بربری دراز در زمان 121 ثانیه…………………………………140

شکل5-58 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه………………………………………..141

شکل5-59 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه……………………………………141

شکل5-60 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 121 ثانیه……………………………………141

شکل 5-61 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 171 ثانیه……………………………….142

شکل 5-62 کانتور توزیع درجه حرارت پایین نان بربری دراز در زمان 171 ثانیه…………………………………….143

شکل5-63 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه………………………………………..143

شکل5-64 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه……………………………………144

شکل5-65 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 171 ثانیه…………………………………….144

شکل 5-66 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری دراز در زمان 220 ثانیه………………………………..145

شکل 5-67 کانتور توزیع درجه حرارت درپایین نان بربری دراز در زمان 220 ثانیه…………………………………145

شکل5-68 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 220 ثانیه……………………………………….146

شکل5-69 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 220 ثانیه……………………………………146

شکل5-70 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 220 ثانیه…………………………………….147

شکل 5-71 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 71 ثانیه…………………………………..148

شکل 5-72 کانتور توزیع درجه حرارت درپایین نان بربری گرد در زمان 71 ثانیه……………………………………148

شکل5-73 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه………………………………………….149

شکل5-74 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه……………………………………..149

شکل5-75 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 71 ثانیه………………………………………149

شکل 5-76 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 121 ثانیه……………………………….150

شکل 5-77 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری گرد در زمان 121 ثانیه……………………………….150.

شکل5-78 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه………………………………………..151

شکل5-79 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 121 ثانیه……………………………………151

شکل5-80 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 121 ثانیه…………………………………….152

شکل 5-81 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 171 ثانیه………………………………..153

شکل 5-82 کانتور توزیع درجه حرارت درپایین نان بربری گرد در زمان 171 ثانیه………………………………….153

شکل5-83 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه………………………………………..154

شکل5-84 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه……………………………………154

شکل5-85 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 171 ثانیه…………………………………….155

شکل 5-86 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 221 ثانیه………………………………..156

شکل 5-87 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری گرد در زمان 221 ثانیه………………………………..156

شکل5-88 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 221 ثانیه……………………………………….157

شکل5-89 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 221 ثانیه……………………………………157

شکل5-90 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 221 ثانیه…………………………………….158

شکل 5-91 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 71 ثانیه………………………………….159

شکل 5-92 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری گرد در زمان 71 ثانیه…………………………………..159

شکل5-93 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه………………………………………….160

شکل5-94 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 71 ثانیه……………………………………..160

شکل5-95 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 71 ثانیه……………………………………..161

شکل 5-96 کانتور توزیع درجه حرارت در بالای نان بربری گرد در زمان 171 ثانیه……………………………….162

شکل 5-97 کانتور توزیع درجه حرارت در پایین نان بربری گرد در زمان 171 ثانیه………………………………..162

شکل5-98 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه……………………………………….163

شکل5-99 کانتور توزیع سرعت هوای داغ تنور در نمای افقی در زمان 171 ثانیه……………………………………163

شکل5-100 کانتور توزیع در جه حرارت تنور در نمای عرضی در زمان 171 ثانیه………………………………….164

چکیده

با توجه به ویژگیهای منطقه ای،فرهنگی،اقتصادی و اجتماعی کشور ما، غلات به ویژه نان از منابع اصلی الگوی غذایی روزانه جامه ایرانی است.

در این تحقیق پخت 2 نوع نان سنتی(سنگک،بربری)با 3 هندسه متفاوت( مثلثی, گرد و دراز) در تنور بوسیله دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است که هدف تعیین وضعیت پخته شدن در قسمتهای بیرونی و درونی نان می باشد.

بعد از توضیح درباره سیستم و نکاتی پیرامون آن،بطور مختصر مروری بر تاریخچه مدل سازی انجام داده و در ادامه مدل بدست آمده از معادلات مربوطه،توسط(CFD) شرح داده می شود.

همچنین اثر شبکه بندی منظم و نا منظم و نیز آرایش حفره ها ونحوه حرکت جریان هوای داغ در داخل تنور مورد بررسی قرار گرفته است.

جهت گسسته سازی فضای سه بعدی برای حل معادلات حاکم از روش شبکه بندی نا منظم استفاده شده است. در این نوع شبکه بندی فضا به هرم های 4 وجهی تقسیم شده است. در نان سنگک برای تحلیل اثر نوع شبکه بندی دو نوع شبکه بندی مختلف تولید شده است که در هر دو نوع نتایج یکسان می باشدو در نان بربری دراز و گرد از دو نوع شبکه بندی متظم و نا منظم اسنفاده شده است..

با بررسی کانتورهای سرعت و دما می توان به نتایجی در مورد اندازه نان،ضخامت نان و همچنین شکل و اندازه تنور رسید.

فصل اول

مقدمه

1-1 معرفی

نان به آن دسته از غذاها اطلاق می شود که با پختن ، بخارپز کردن و یا سرخ کردن خمیر آرد و آب تهیه می شود. در بیشتر خمیرها نمک هم لازم است و اغلب از یک ماده برای ور آمدن خمیر نان استفاده می شود. در تهیه نان به غیر از نمک، مخمر، روغن و آب و گاهی برخی ادویه جات ، از انواع غلات نیز برای تولید آن استفاده می کنند.

نان در سراسر دنیا ، غذای اصلی محسوب می شود . اغلب از آرد گندم خمیری تهیه می کنند که به کمک خمیرمایه ور می آید و حجمش زیاد می شود و در نهایت درون تنور یا فر ، آن را می پزند.

اغلب از آرد گندم در تهیه نان استفاده می کنند چون میزان گلوتن آن بسیار زیاد است که سبب حالت اسفنجی و تردی نان می شود اما گاهی آرد گندم سیاه، جو، ذرت و جوی دوسر هم یا به تنهایی یا مخلوط با آرد گندم در تهیه نان به کار برده می شود.]27[

تعداد صفحه :221

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  asa.goharii@gmail.com

دانشگـــاه آزاد اسلامــــی

واحد استهبان

پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته ی مهندسی عمران/ مهندسی آب

عنــــــوان :

بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منحنی فرمان بهره ­برداری سدها (مطالعه ی موردی سد دز)

ســـــرمـــای 1392

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه 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)

فهرست مطالب

چکیده

     این تحقیق فرض نیاز به تغییر در منحنی فرمان مخازن سدها، در دوره آتی و در شرایط رخداد تغییر اقلیم را بررسی می کند. به منظور سازگاری با شرایط اقلیمی آینده، مدل جامعی برای ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد مخزن پیشنهاد می‌کند. مدل پیشنهادی شامل زیر مدل LARS-WG برای تبدیل خروجی‌های مدل CGCM تحت سه سناریوی انتشار A1B, A2, B1 به مقیاس محلی، زیرمدل IHACRES جهت شبیه‌سازی جریان ورودی به مخزن در دوره آتی (2030-2017) (واسنجی شده با آمار دوره پایه (2006-1993)) و روش فراکاوشی، الگوریتم ژنتیک (GA) جهت بهینه‌سازی عملکرد مخزن می‌باشد. در ادامه منحنی فرمان بهره‌برداری سد دز برای دوره زمانی آینده، تحت سه سناریوی A1B, A2, B1 و گذشته محاسبه گردید.

بررسی نتایج نشان می‌دهد که منحنی فرمان با شرایط تغییر اقلیم در دوره آتی موجب کاهش شاخص تأمین آب می‌گردد که میزان این کاهش حدود 7/1 تا 7/5 درصد در شرایط رخداد سناریوهای A2، B1 و A1B می‌باشد. در نهایت باید گفت که نادیده گرفتن اثر تغییر اقلیم و استفاده از نحوه بهره برداری از مخزن دوره پایه برای دوره آینده، موجب کاهش درصد تأمین تخصیص تعریف شده می­گردد.

کلمات کلیدی : تغییر اقلیم، ریزمقیاس نمایی، منحنی بهره برداری سد، سد دز

مقدمه

این مطالعه با عنوان “بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منحنی فرمان بهره‌برداری سدها (مطالعه موردی سد دز)” در قالب فصول زیر ارائه شده است:

فصل اول شامل کلیاتی در مورد مفهوم تغییر‌اقلیم، بررسی پیامدهای آن بر منابع طبیعی و منابع آب بوده و ضرورت، هدف، سؤالات و فرضیات انجام این مطالعه تشریح گردید. فصل دوم شامل نگاهی به مطالعات انجام شده در زمینه اثر این پدیده بر منابع آب و نحوه‌ی بهره‌برداری از مخزن می‌باشد که توسط دیگر محققین داخلی و خارجی انجام شده است. منطقه مطالعاتی در فصل سوم و روش انجام تحقیق که شامل جمع آوری آمار و اطلاعات مورد نیاز و ارزیابی داده­های مشاهداتی است، موضوع فصل چهارم می­باشد. فصل پنجم پردازش داده و ارائه نتایج حاصل از مدل‌سازی و شبیه‌سازی ویژگی­های اقلیمی حوضه را تشکیل می‌دهد. این فصل دربردارنده نتایج انجام تحقیق و انتخاب بهترین مدل­ها در هر بخش می­باشد. در پایان و در فصل ششم این گزارش به جمع‌بندی نتایج و ارائه پیشنهادات پرداخته می­شود. در پیوست1 میزان درصد تغییرات بارش، دمای حداقل و حداکثر، تحت سه سناریوی  A1B, A2, B1و در پیوست2 کد نوشته شده برای برنامه آورده شده است. در انتها فهرست منابع مورد استفاده، ارائه ­گردیده است.

1-1- مقدمه

در این فصل مروری بر مفهوم تغییر اقلیم و علل ایجاد آن و تاثیر این پدیده بر منابع طبیعی و منابع آب انجام می­شود و در ادامه به ضرورت و هدف انجام این مطالعه اشاره می­شود.

1-2- مفهوم تغییر اقلیم و اهمیت بررسی مدیریت مخزن سد

تغییر اقلیم عبارتست از تغییرات رفتار آب و هوایی یک منطقه نسبت به رفتاری که در طول یک افق زمانی بلند مدت از اطلاعات مشاهده یا ثبت شده در آن منطقه مورد انتظار است. تغییر اقلیم یک پدیده پیچیده اتمسفری‌- اقیانوسی در مقیاس جهانی و دراز مدت است. این پدیده متأثر از افزایش گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر می‌باشد که منجر به دگرگونی در وضع آب و هوا، تغییر توزیع مکانی و زمانی بارش و نوع آن (جامد یا مایع)، جریان آب­های سطحی، تبخیر، تغذیه سفره آب‌زیرزمینی و کیفیت آب شده و به طور کلی روند جدیدی را در اقلیم جهانی موجب می‌گردد. تغییر اقلیم باعث می‌شود که برخی مناطق، مرطوب‌تر و برخی مناطق، خشک‌تر گردند و شدت و تواتر حوادث حدی مانند سیلاب و خشکسالی افزایش یابد. بطور کلی توزیع زمانی و مکانی بارش و الگوهای آن دچار تحول گردیده و میزان تبخیر نیز افزایش می‌یابد. تغییراقلیم بدون تردید یکی از چالش‌های بسیار مهم دوران فعلی آب‌و‌هوایی است که در مقیاس جهانی رخ می‌دهد و دارای اثرات مهمی بر کشورها و به ویژه در بخش منابع آب می‌باشد (IPCC, 2001).

گسترش روزافزون فعالیت­های صنعتی به دلیل افزایش جمعیت جهان، استفاده بی‌رویه از سوخت‌های فسیلی و تغییر کاربری اراضی موجب افزایش انتشار گازهای گلخانه­ای به خصوص CO2 شده است. انتشار روزافزون گازهای گلخانه­ای، توازن انرژی زمین را بر هم زده و موجب گرم شدن کره زمین می­گردد. پدیده گرمایش جهانی و تغییر اقلیم حاصل از آن، اثرات قابل توجهی بر سامانه‌های مختلف نظیر منابع آب، کشاورزی و محیط‌زیست دارد. تغییرات حاصل از رشد سریع اقتصادی و صنعتی، از یک سو، و گذر بسیاری از کشورهای جهان‌سوم به جامعه صنعتی در دهه­های 1970 و 1980، از سوی دیگر، باعث گسترش تغییرات زیست‌محیطی شده است. گرچه بهبود سریع در تکنولوژی کالاهای صنعتی و تدوین قوانین مناسب در حفظ و کنترل محیط‌زیست و آب سالم تدریجاً زمینه کاهش آلاینده­های موثر در تغییر اقلیم را فراهم نموده است، ولی سنجش­های مستقیم گازهای دی‌اکسیدکربن، منواکسیدکربن، متان و کاهش غلظت اوزن در طی سه چهار دهه گذشته تصویری نگران کننده از تخریب محیط‌زیست و ناهنجاری­های اقلیمی بدست داده است (Baede et al., 2001).

با توجه به گزارشات IPCC، اگر انتشار گازهای گلخانه­ای کاهش نیابد، متوسط دمای زمین تا سال 2100 می ­تواند 1/1 تا 6/4 درجه سانتیگراد افزایش یابد. همچنین، بررسی­ها نشان از بالا آمدن سطح آب دریاها، ذوب شدن یخ­های قطبی، کاهش پوشش برف و افزایش پدیده­های شدید اقلیمی مانند سیل‌ها و خشکسالی­ها دارد که این تغییرات در پی افزایش متوسط دمای سطح زمین رخ داده است (IPCC، 2007).

از زمانی که موضوع امکان گرم شدن زمین مطرح شد، مسئله بررسی تغییرات در چرخه آب بین زمین، دریا و هوا به عنوان یک عامل مهم اثرگذار بر روی مسائل اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی مطرح گردید. تغییراقلیم نه تنها اثرات مستقیمی بر محیط‌زیست بطور عام خواهد داشت بلکه سبب می‌گردد که داده‌ها و اطلاعات جمع‌آوری شده در گذشته که مبنای طراحی سازه‌های آبی و سایر سازه‌ها می‌باشند، دیگر شاخص مطمئنی برای رفتارسنجی منابع آب و اهمیت سازه در آینده نباشد (Lane et al., 1999).

     تا دو دهه‌ی گذشته بیشتر کارشناسان و متخصصان صنعت آب در دنیا سعی و کوشش خود را در جهت دستیابی به تکنیک‌های ساخت سازه‌های آبی به کار می‌برند و اکثر پروژه‌ها منتهی به ساخت سد و شبکه‌ی انتقال و توزیع آب می‌شد. در این راستا تحقیقات گسترده‌ایی انجام شد که منجر به تهیه‌ی استانداردهای جهانی گردید.

با اینکه تکنولوژی ساخت یک سازه‌ی آبی و ضمائم آن نقش مهمی در بالا بردن راندمان پروژه در یک سیستم منابع آب[1]  دارد ولی به تنهایی قادر به مدیریت آن سیستم نمی‌باشد.

از سال 1980 پس از گذر از مرز ساخت و ساز تاسیسات آبی در اکثر کشورهای دنیا به دلیل به وجود آمدن مسائل مختلفی از قبیل افزایش نیاز آبی، وقوع سیلاب و خشکسالی‌های شدید و به خصوص مطرح شدن مسائل زیست‌محیطی، آلودگی و تغییراقلیم، مدیریت ‌منابع ‌آب به عنوان یک مسئله‌ی مهم در رأس امور تحقیقاتی و مطالعاتی قرار گرفت.

مدیریت منابع آب به خصوص از دیدگاه ریاضی در سال‌های اخیر با توجه به تحقیقات گسترده‌ایی که در این زمینه می‌شود، منجر به دستاوردهای ارزشمندی شده است. گرچه ارتباط بین مراکز تحقیقاتی و اجرایی و یا از تئوری به کاربردی کردن تحقیقات به سادگی میسر نیست، ولی با این وجود پس از سال‌ها تلاش برای متصل کردن این دو، در حال حاضر مدیریت منابع آب با بهره گرفتن از ابزار و روش‌های نوین انجام می‌شود.

یکی از بحث‌های مدیریت ‌منابع ‌آب به خصوص در کشورهایی که تعداد زیادی سدهای مخزنی دارند، مربوط به مدیریت مخازن سدها می‌باشد.

در ایران با بیش از 80 سد در حال بهره‌برداری و ده‌ها سد در حال مطالعه، در اکثر موارد مشاهده می‌شود که حجم آب ذخیره شده‌ی پشت سد به مراتب کمتر از حجم طراحی می‌باشد.

محدودیت‌های رودخانه‌های پرآب و دائمی و عدم دارا بودن یک سیستم منسجم مدیریت حوضه‌ی آبریز، مدیریت منطقی، اصول و واقع بینانه‌ایی را در بهره‌برداری از سدها ایجاب می‌کند.

در این راستا با بهره گرفتن از تکنیک و علوم پیشرفته و ابزاری چون سیستم ماهواره‌ایی، اطلاعات جغرافیایی، بانک داده‌ها و روش‌های جدید محاسباتی، میتوان سیستمی را به وجود آورد که با بهره گرفتن از آن مدیر سد با توجه به نتایج حاصل از سیستم بتواند وضعیت سد را در هر لحظه ارزیابی کند و تصمیم[2] مقتضی را جهت مدیریت بهتر اتخاذ کند.(3)

بهره‌برداری بهینه[3] از مخازن سدها نیازمند مدیریت در نواحی ذخیره که برای جریان‌های ورودی آتی پیش‌بینی شده‌اند، می‌باشد. بهینه‌سازی[4] یک مفهوم اساسی برای افزایش مدیریت و بهره‌وری تاثیرات متقابل[5] پروژه‌های سد‌سازی می‌باشد. مفهوم بهره‌‌برداری بهینه وقتی اهمیت بیشتری پیدا کرد که قواعد بهره‌برداری[6] از مخازن کامل تر گردید.

بهینه‌سازی بهره‌برداری به نرم‌افزارهای موثری برای پیش‌بینی جریان ورودی به مخازن، از پیش‌بینی‌های قطعی در زمان واقعی تا پیش‌بینی‌های طولانی مدت مبتنی بر احتمال، نیاز دارد. این نرم‌افزارها همچنین باید دستورالعمل‌های راهنمایی (قواعد بهره‌برداری) را برای اتخاذ تصمیمات بهره‌برداری، تأمین  نمایند.(65)

قواعد بهره‌برداری مخزن، راهنمایی‌هایی برای مسئولان بهره‌برداری مخزن می‌باشند. این قواعد برای مخازن در حال بهره‌برداری در شرایط ماندگار (و نه برای مخازنی که بلافاصله بعد از ساخت پر شده و یا برای تأمین مجموعه‌ایی از اهداف جدید موقت بهره‌برداری می‌شوند) کاربرد دارند.

قواعد بهره‌برداری از مخازن در واقع انتقال اطلاعات طراح به متصدیان بهره‌برداری می‌باشد که به طور مکرر باید بهنگام‌سازی[7] شوند. چند نوع از قواعد وجود دارند، اما هر یک به حجم‌های ذخیره یا خروجی مخزن مطلوب یا لازم، در هر زمان خاص از سال اشاره می‌کنند. برخی از این قواعد، حجم‌های ذخیره‌ی مورد نظر را تعیین می‌کنند که از آن به عنوان منحنی‌های‌فرمان[8] یاد می‌کنند. (18)

یک منحنی فرمان شرح می‌دهد که چه مقدار ذخیره در اوقات مختلف سال باید در مخزن وجود داشته باشد تا آب مورد نیاز را همواره یا با حداقل کمبود[9] بتوانیم تامین نماییم.

مدیریت مخازن با بهره گرفتن از منحنی‌های‌فرمان، موضوع پیچیده‌ایی است، چرا که این منحنی‌ها از یک سری دقیق جریان که شاید دوباره اتفاق نیفتد، به دست می‌آیند.

بهره‌برداری از سد‌ها گاهی اوقات تنها به مدیریت تأمین آب[10] محدود می‌شود، اما کمبود آب هنگامی اتفاق میفتد که تقاضای[11] آب از عرضه‌ی[12] آن تجاوز می کند، بنابراین در طرح‌های مدیریتی بهینه‌سازی آب، باید هر دوی آنها مورد محاسبه قرار گیرند.(65)

مدل‌های شبیه‌سازی[13] ، روش‌های مؤثری را برای ارزیابی کارآیی سیاست‌های بهره‌برداری[14]، در اختیار قرار داده و با جزئیات بیشتری نسبت به مدل بهینه‌سازی سیستم مورد مطالعه را بررسی می‌کنند، اما ابزار مؤثری جهت انتخاب و یا تعریف بهترین سیاست بهره‌برداری نمی‌باشند. آنها در واقع برای پیش‌بینی عملکرد سیستم تحت یک سری شرایط خاص که شخص استفاده کننده از مدل آنها را اعمال می‌کند، به کار می‌روند و در نهایت شخص بعد از چندین بار اجرای مدل، حالت بهینه را انتخاب می‌کند. مدل‌های شبیه‌سازی با اینکه در جهت شناخت پدیده و فیزیک مسئله بسیار مفید هستند، ولی قادر به انجام مدیریت بهینه مخزن نمی‌باشند. بر این اساس با تلفیق مدل‌های شبیه‌سازی و بهینه‌سازی و تعریف تابع هدف[15] (تابعی که باید بهینه‌سازی شود) و قیودات[16] (محدودیت های فیزیکی، فنی، قانونی و مالی مقادیر متغییرهای تصمیم[17]) میتوان در یک زمان هم متغیر‌حالت[18] و هم متغیر‌تصمیم (در متغیر طراحی و بهره‌برداری ما به دنبال تعیین بهترین مقادیر آنها هستیم) را در نظر گرفت. با توجه به این مزیّت مدل‌های بهینه‌سازی، کاربرد آن به طور گسترده‌ایی در اکثر مدیریت‌ها به خصوص مدیریت منابع آب و مخازن، مرسوم می‌باشد.

همچنین گرایش محققین در سال‌های اخیر به استفاده بیشتر از اطلاعات تغییرات اقلیمی در مدیریت منابع آب عمدتاً به دلیل زیر است:

• افزایش آگاهی و اطلاعات در زمینه پدیده­های بزرگ مقیاس اقلیمی و ارتباط آن ها با فرآیندهای محلی هیدرولوژیکی
• مسجل شدن وقوع پدیده تغییراقلیم (climate change) و تاثیرات آن بر منابع آب
• وقوع پدیده‌های سیل و خشکسالی با فرکانس کمتر و شدت­های زیادتر در بسیاری از مناطق دنیا در سالیان اخیر
• عدم توانایی برنامه ریزی­ها و پیش بینی­های مبتنی بر روند تاریخی اقلیم یک منطقه در مدیریت منابع آب

بدین ترتیب در سال‌های اخیر، بررسی رخداد تغییر اقلیم و سازگاری با آن، به عنوان موضوعی مهم مورد بررسی مجامع علمی جهان می‌باشد.

بنابراین به واسطه‌ی افزایش نیاز آبی به خاطر رشد جمعیت، مهاجرت و افزایش مصرف آب به خاطر بهتر شدن استانداردهای زندگی، کمبود آب به مرور زمان افزایش یافته است. کمبود درتأمین آب، موجب تنش‌های اجتماعی و بی‌ثباتی سیاسی خواهد شد لذا برای هر اجتماعی حفاظت از این منابع آبی برای کاهش تلفات تا جایی که امکان داشته باشد، ضروری است.

1-3- ضرورت انجام تحقیق

پدیده تغییر اقلیم و اثرات آن،‌ به عنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در مدیریت ‌منابع‌‌آب و انرژی شناخته شده ‌است. بخش عمده‌ای از تحقیقات انجام شده و در حال انجام در زمینه آب و انرژی از دهه آخر قرن بیستم تاکنون،‌ معطوف به بررسی این پدیده و اثرات آن بوده ‌است. بررسی مطالعات صورت گرفته در این زمینه در چند دهه اخیر نشان می‌دهد که تغییرات اقلیم تاثیر قابل توجهی بر وضعیت بارش و دما و پارامترهای متاثر از آنها همچون رواناب و رطوبت خاک داشته است. این تغییرات در مناطقی مانند ایران منجر به محدودیت منابع آب موجود و تشدید بحران‌های کم‌آبی می‌گردند. از دیگر پیامدهای پدیده تغییر اقلیم و افزایش دمای کره زمین تبدیل الگوی بارش برف به باران می‌باشد که این مسئله باعث کاهش آورد رودخانه‌های وابسته به ذوب برف در فصل‌های بهار و تابستان و افزایش رواناب در فصل‌های پائیز و زمستان می‌شود. این مسئله باعث می‌شود که آبدهی مطمئن سدها با آنچه در زمان طراحی در نظر گرفته شده تطابق نداشته باشد که از جمله چالش‌های پیش‌رو در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب خواهد بود (استیل دان و همکاران، 2008).

بنابراین نمی­توان بدون توجه به اثرات این پدیده، به برنامه‌ریزی مطمئن برای مدیریت منابع آب در آینده پرداخت. در واقع در گذشته این برنامه ­ریزی­ها با توجه به این فرض صورت می­گرفت که شرایط اقلیمی آینده، خصوصیات و تغییرپذیری مشابه شرایط گذشته خواهند داشت. سدها بر اساس داده‌های در دسترس از جریان­های موجود در رودخانه­ها و با توجه به مقدار و فرکانس مورد انتظار خشکسالی و سیلاب، طراحی و ساخته می­شدند. مخازن با بهره گرفتن از آمار هیدرولوژیکی گذشته برای تامین اهداف مختلف، سیاست­های بهره‌برداری را اتخاذ می­نمودند. اما در حال حاضر اعتماد به آمار گذشته ممکن است منجر به اتخاذ تصمیمات ناصحیح و به طور بالقوه خطرناک یا گران گردد. از این رو بررسی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب از ضروریات برنامه‌ریزی و مدیریت سیستم‌های منابع آب کشورها، به ویژه کشورهای نیمکره شمالی (از جمله ایران)، می‌باشد و بدین ترتیب نیاز به بررسی اثرات تغییر اقلیم بر مخازن سدها و مشاهده عملکرد مخازن احساس می‌شود، تا با اتخاذ سیاست‌هایی از افت عملکرد مخازن تحت تاثیر تغییر اقلیم جلوگیری شود.

در تحقیق پیش­رو به بررسی اثر تغییر اقلیم بر رواناب ورودی به مخزن سد دز و نیز چگونگی تاثیر این پدیده بر نحوه بهره ­برداری از مخزن و تأمین نیاز پائین دست پرداخته می‌شود. حوضه مورد مطالعه جزو مناطق خشک ایران از نظر آب‌و‌هوایی محسوب می­شود، با توجه به خشک و کم آب بودن منطقه و اهمیت مدیریت منابع آب موجود در این حوزه آبریز، اهمیت بررسی اثرات احتمالی تغییر اقلیم در آینده در این حوضه بیشتر احساس می‌شود. در واقع نتایج این تحقیق می‌تواند در بهبود برنامه ­ریزی منابع آب منطقه تحت تاثیر پدیده تغییر اقلیم مفید و موثر ­باشد.

1-4- فرضیات تحقیق

در این تحقیق فرض میکنیم:

1-  دمای منطقه در دوره آتی افزایش و بارش کاهش خواهد یافت.

• به کارگیری مدل‌های AOGCM در شبیه‌سازی رواناب و داده‌های بارش و دما دارای عدم قطعیت است.
• رواناب منطقه در دوره آتی کاهش یافته و مخزن سد دز با کاهش حجم روبرو خواهد شد.
• منحنی فرمان کنونی سد دز جوابگوی وضعیت شرایط آتی بهره‌برداری از سد نخواهد بود.

1-5- پرسش‌های اصلی تحقیق

پرسش‌هایی که درنهایت و در فصل نتیجه‌گیری باید به آنها پاسخ داد به شرح زیر است:

مؤلفه‌های اقلیمی حوضه سد دز چه تغییراتی های در دوره‌آتی خواهند داشت؟

این تغییرات در  مؤلفه‌ها چه تأثیری بر منحنی فرمان بهره‌برداری سد دز دارد؟

1-6- اهداف تحقیق

با توجه به ریسک­های موجود در سیستم­های منابع آب، یکی از مهمترین راه‌کارهای مدیریتی تلاش برای درک این موضوع است که مؤلفه­ های تغییر اقلیم چه تاثیری بر منابع آب در دوره­های آتی می‌گذارند. در واقع هدف از انجام این تحقیق ارائه یک مدل جامع ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد مخزن سد دز با هدف تأمین نیاز کشاورزی، شرب، صنعت، ماهیگیری و زیست محیطی در آینده می­باشد. برای تحقق هدف مورد نظر مراحل زیر انجام میگیرد:

1. بررسی اثرات تغییر اقلیم بر پارامترهای هواشناسی منطقه با بهره گرفتن از مدل گردش عمومی و نیز مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG
2. بررسی میزان حساسیت پارامترهای هیدرولوژیکی منطقه (مانند رواناب ورودی به مخزن) نسبت به تغییر اقلیم
3. بررسی اثر تغییر اقلیم بر عملکرد مخزن و شاخص تامین آب

[1] Water resources system

[2] Decision

[3] Optimal Operation

[4] Optimization

[5] Tradeoffs

[6] Operation Rules

[7] Update

[8] Rule Curve

[9] Shortage

[10] Water Supply

[11] Demand

[12] Supply

[13] Simulaion Models

[14] Operaion policies

[15] Target Function

[16] Constraction

[17] Decision Variable

[18] State Variable

تعداد صفحه :148

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  asa.goharii@gmail.com

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه 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)

فهرست مطالب

فصل اول

مقدمه

1-1 مقدمه

«از کجا آمده‌ام آمدنم بهر چه بود؟» این سؤالی است که انسان از دیرباز با آن مواجه بوده است و نحوه‌ی پیدایش جهان، گیاه و حیوان را از خود پرسیده است. با پیشرفت دانش و تکنولوژی و پیدایش علم ژنتیک بارقه‌هایی در ذهن بشر زده شد که می‌تواند به جوابی درست برای این سؤال دست پیدا کند. شناخت کروموزوم‌ها در اوایل قرن نوزدهم و ارائه‌ی نظریه‌ی کروموزومی وراثت در سال 1903 از همان ابتدا، ژنتیک را با بررسی‌های سیتوژنتیکی- هیستولوژیکی گره زد (21). بر کسی پوشیده نیست که چگونگی تشکیل موجودات و بررسی منشاء حیات تنها از مجرای مطالعات کاریوتیپی و با بهره گرفتن از علم سیتوژنتیک میسر است (ویت1953). نیاز به دانش و دقت فراوان در مطالعات سیتوژنتیکی از یک سو و سختی پروسه‌ی اجرایی از سوی دیگر باعث شده است این‌گونه تحقیق‌ها کمتر مورد توجه قرار گیرند. از همین رو در این تحقیق بر آن شدیم تا تنوع سیتوژنتیکی دو گونه‌ی بسیار مهم گندم وحشی تریتیکوم اورارتو^[1] و تریتیکوم بوئتیکوم^[2] را مورد مطالعه قرار دهیم(39).

بی‌شک در اختیار داشتن مواد آزمایشی فراوان دارای تنوع جمعیتی در نمونه‌های گردآوری شده برای یک آزمایش سیتوژنتیکی از اهمیت بالایی برخوردار بوده و باعث اعتبار هرچه بیشتر نتایج تحقیق می‌گردد. کشور پهناور ایران به دلایل تاریخی و باستان‌شناسی که در زیر آورده شده است مناسب‌ترین محل برای انجام تحقیقات سیتوژنتیکی گیاهی به خصوص در مورد گندم، جو، یونجه، شبدر و اکثر گیاهان دارویی است، به گونه‌ای که برخی از پژوهشگران اروپایی، ایران را «بهشت گیاه‌شناسی^[3]» نام نهاده‌اند (103).

بررسی‌های تاریخی و کاوش‌های باستان‌شناسی بیانگر این واقعیت است که در پایان دوره‌ی پاله‌ئولیت^[4]  انسان بدوی و شکارگر به سمت کشاورزی و کشت دانه‌های خوش‌خوراک روی آورد (19).

ناهماهنگی اقتصادی ناشی از افزایش جمعیت و پیشرفت در ساخت ابزار سنگی و آلات فلزی در آسیای غربی از جمله غرب ایران باعث شد این منطقه در مقایسه با سایر کشورها و نقاط جهان به مراتب بیشتر پیشرفت نماید. پیدایش و توسعه کشاورزی در مناطق کوهستانی زاگرس، تورس، سوریه و فلسطین قبل از نقاط دیگر انجام گرفت (19).

ساکنان زاگرس بزرگ (ایران و عراق) و نواحی پست و جلگه‌ای مسوپوتامیا^[5]* در جنوبِ فلات غربی ایران گندم و جو را به عنوان اولین خوراک گیاهی انتخاب و کشت نمودند و اوراتوئیان^** که قبل از پیدایش دولت ماد در شمال ایران زندگی می‌کردند نیز به کشت این محصولات روی آورده بودند. بی‌شک نام تریتیکوم اورارتو تداعی کننده‌ی همین مطلب است(19 و103).

[1] Triticum uratu

[2] Triticum boeoticum

[3] Botanical Paradise

[4] دوران نخستین تمدن انسان‌های ماقبل تاریخ

[5] Mesopotamian Lowland

*مسوپوتامیا نامی یونانی است که به  نواحی میان دو رود دجله و فرات و اطراف و حواشی آن اطلاق می شد. اعراب و مصریان این منطقه را بین النهرین و عبری ها آن را نهریم می خواندند. در فارسی کهن این منطقه را میانرودان خوانده اند.

**نام تمدّنی است که در غرب آذربایجان امروز، شرق آناتولی، شمال کردستان کنونی و اطراف دریاچه وان و ارتفاعات ارمنستان سکونت داشته اند، احتمالاً نیاکان ارامنه و گرجی‌های کنونی بوده‌اند و از حدود ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد تا ششصد پیش از میلاد بر این منطقه حکمرانی داشتند.

تعداد صفحه :122

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  asa.goharii@gmail.com

دانشکده کشاورزی

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته‌ کشاورزی (زراعت)

ارزیابی تاریخ کاشت و ریزمغذیهای بُر و روی بر ویژگیهای زراعی و فیزیولوژیکی ذرت پاپ کورن

دی ماه 1393

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه 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)

فهرست مطالب

1-1 مقدمه. 2

1-2 اهمیت و ضرورت موضوع تحقیق.. 4

1-3 فرضیه‌ها یا سؤال‌های تحقیق.. 4

1-4‌ اهداف تحقیق.. 5

فصل دوم: کلیات و مرور منابع

2-1 ذرت… 7

2-1-1 مختصری از گیاه شناسی ذرت… 7

2-1-2‌ ذرت پاپ کورن یا آجیلی‌ (( Zea mays var. everata.. 8

2-2‌ تاریخ کشت و اهمیت آن.. 12

2-3 روی… 15

2-3-1-1 آنزیم‌‌های دارای روی… 17

2-3-1-2 الکل دی هیدروژناز. 17

2-3-1-3‌ سوپر اکسید دیسموتاز. 18

2-3-1-4 کربنیک آنهیداز. 18

2-3-1-5 فعال کردن آنزیم.. 19

2-3-1-6 سوخت و ساز قند.. 19

2-3-1-7 ساختن پروتئین.. 21

2-3-1-8 تریپتوفان و ساختن اسید ایندول استیک….. 23

2-3-2 برهم کنش فسفر- روی… 24

2-3-3 کمبود روی… 27

2-3-4 سمیّت روی… 29

2-4 تاریخچه بُر. 30

2-4-1 اهمیت ریز مغذی بُر. 30

2-4-1-1 بُر، با ساختارهای آلی ترکیبات پیچیده تشکیل می‌دهد.. 32

2-4-1-2 طویل شدن سلول، تقسیم سلول و سوخت و ساز اسید نوکلئیک….. 33

2-4-1-3 سوخت و ساز قند و پروتئین.. 36

2-4-1-4 تمایز بافت، سوخت وساز آکسین و فنول.. 37

2-4-1-5 تراوایی غشا 38

2-4-2 اشکال قابل جذب بُر در گیاه. 39

2-4-3 نقش بُر در گیاه. 39

2-4-3-1 نقش بُردر رشد لوله گرده و جوانه زنی دانه گرده. 40

2-4-3-2 نقش بُر در گرده افشانی و رابطه تغییرات آنزیمی با توسعه دانه گرده. 42

2-4-3-3 نقش بُر در مریستم ها 43

2-4-3-4 نقش بُر در جلوگیری از تخریب بافتی.. 43

2-4-3-5 نقش بُر در مقاومت گیاه به بیماری… 43

2-4-3-6 نقش بُر در مقاومت گیاه به یخ زدگی.. 44

2-4-3-7 نقش بُر در تشکیل میوه و دانه و افزایش عملکرد. 44

2-4-4 اهمیت بُر در افزایش تولیدات کشاورزی… 46

2-4-5 منابع طبیعی ومیزان بُر در خاک…. 46

2-4-6 عوامل مؤثر در جذب بُر در خاک ها 48

2-4-7 کمبود بُر و روش‌‌های اصلاح آن.. 48

2-4-8 اصلاح سمیت بُر. 52

2-4-9 اثرات متقابل بُر با سایر عناصر غذایی.. 53

2-4-10 کودهای محتوی بُر و روش‌‌های مصرف آنها 53

2-4-11 روش تأمین، مقدار و زمان مصرف کودهای محتوی بُر. 54

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1 زمان و محل اجرای‌ تحقیق.. 58

3-2 مشخصات جغرافیایی و آب وهوایی محل تحقیق.. 58

3-3 مشخصات خاک محل اجرای طرح آزمایشی.. 58

3-4 طرح آزمایش…. 59

3-5‌ مراحل اجرای طرح.. 59

3-5-1 آماده سازی زمین.. 59

3-5-2 کاشت…. 59

3-5-3 عملیات‌‌های داشت…. 59

3-5-4 روش‌‌های نمونه برداری و برداشت…. 60

فصل چهارم: بحث و نتایج

4-1 صفات فنولوژیک….. 65

4-1-1 زمان ظهور 50 درصد تاسل دهی.. 65

4-1-2 زمان ظهور 50 درصد ابریشم دهی.. 66

4-1-3 زمان 75 درصد رسیدگی کامل.. 67

4-2 شاخصهای رشد.. 73

4-2-1 سطح برگ….. 73

4-2-2 شاخص سطح برگ….. 74

4-2-3 تعداد برگ….. 75

4-3 صفات مرفولوژیک….. 77

4-3-1 ارتفاع بلال از سطح خاک…. 77

4-3-2 ارتفاع بوته. 79

4-3-3 قطر ساقه. 82

4-3-4 تعداد پنجه. 83

4-3-5 تعداد بلال در بوته. 83

4-3-6 طول بلال.. 84

4-3-7 قطر بلال.. 86

4-3-8 محیط بلال.. 87

4-3-9 وزن خشک بلال.. 87

4-4 اجزاء عملکرد و عملکرد دانه. 90

4-4-1 تعداد ردیف دانه. 90

4-4-2 تعداد دانه در ردیف…. 91

4-4-3 تعداد دانه در بلال.. 93

4-4-4 وزن صد دانه. 95

4-4-5 عملکرد دانه. 96

4-5 سایر صفات… 100

4-5-1 ماده خشک کل.. 100

4-5-2 شاخص برداشت…. 102

نتیجه گیری… 105

پیشنهادها 105

منابع.. 106

فهرست جدول‌ها

عنوان‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌                                ‌ ‌ ‌ ‌                                                صفحه

جدول 2-1 اثر کمبود کود روی بر فعالیت آنزیم‌‌های برگ‌‌های ذرت، که در محیط بدون روی رشد کرده اند(الف). 20

جدول2-2 اثر کمبود کود روی ومصرف دوباره‌ی آن بر میزان روی و قند برگ‌‌های کلم.. 21

جدول 2-3 اثر مصرف روی بر وزن تر، فعالیت آر. ان‌. آز و ازت پروتئین در سویا 23

جدول 2-4 اثر مصرف روی به صورت Zn- EDTA به یک خاک قلیایی، که کمبود روی دارد، بر میزان تریپتوفان دانه‌‌های برنج.. 24

جدول 2-5‌ بررسی اثرات مصرف متعادل کوده خصوصاً بُراسیت در افزایش عملکرد ذرت دانه‌ای   46

جدول 2-6: نیاز گیاهان به بُر. 49

جدول 2-7: میزان بُر موجود در بافت برگ گونه‌‌های گیاهی، که در یک جای یکسان رشد کرده‌اند  50

جدول 2-8: مقدار بُر موجود در ترکیبات معدنی محتلف…. 54

جدول 2-9:‌ مقدار بُر در آب آبیاری… 55

جدول 2-10 متوسط افزایش عملکرد در اثر مصرف عناصر میکرو همراه با NPK‌ در برخی از زراعت ها 56

جدول 3-1: نتایج تجزیه آزمایشگاهی خاک مزرعه محل آزمایش‌ آزمایشگاه خاکشناسی سپهر مناطق گرمسیری… 58

جدول 4-1: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر صفات فنولوژیک….. 71

جدول 4-2: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر صفات فنولوژیک….. 72

جدول4-3: مقایسه میانگین اثرات متقابل تیمارهای آزمایشی بر زمان 75 رسیدگی کامل.. 72

جدول 4-4: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 76

جدول 4-5: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر شاخص‌‌های رشد.. 77

جدول 4-6: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 85

جدول 4-7: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 86

جدول 4-8: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 88

جدول 4-9: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 89

جدول 4-10: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 99

جدول 4-11: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 100

جدول 4-12: تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 103

جدول 4-13: مقایسه میانگین اثرات اصلی تیمارهای آزمایش بر برخی از صفات مورد بررسی.. 104

فهرست شکل‌ها

عنوان‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌    ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌             ‌ ‌ ‌ ‌                                                صفحه

شکل 2-1 رابطه‌ی میان میزان روی در پهنک‌‌های برگ و فتوسنتز خالص ™         ™‌ و فعالیت آنزیم—       ‌—کربنیک آنهیداز‌ در پنبه. 19

شکل2-2‌ تغییرات شمار ریبوزوم‌ها در سلول (واحدنسبی) در جلبک یوگلینا، نسبت به کمبود روی… 22

شکل2 -3 اثر کمبود بُر بر رشد طولی (الف) و برآنزیم‌ LAA- اکسیداز(ب) در مقاطع 5 میلی متری انتهای ریشه‌ی کدو.از‌ سرگیری مصرف بُر پس از 12 ساعت(بُردار) کمبود بُر،کلید ‌:        ‌ —             —،‌ همراه با بُر:‌ ™          ™ کمبود بُر. 34

شکل 2-4:‌ اثر مصرف بُر بر وزن خشک‌  —        —،و رشد الیاف‌ ™           ™ تخمک‌‌های بارور نشده‌ی پنبه، که با بودن اُکسی IAA)‌  ( اسید جیبرلیک و سیوکینین کشت داده شده اند. میزان میزان کل واحدهای الیاف بر حسب گرم وزن خشک،‌ نمایانگرنسبت طول الیاف به گرم وزن خشک است…. 35

شکل 2-5: اثر غلظت گوناگون بُر بر رویش دانه‌ی گرده، رشد لوله‌ی گرده ونشت قند به محیط در زنبق   41

شکل 2-6:‌گونه‌‌های بُر در محلول خاک. این معادله براساس سطوح متوسط بُر در 49 نمونه خاک سوئد ترسیم شده است…. 47

شکل 2-7:‌ نمونه‌ای از کچلی بلال‌‌های ذرت در آثر کمبود بر. 52

شکل 4-1: اثر متقابل تاریخ کاشت و سولفات روی بر زمان 75 درصد رسیدگی کامل.. 69

شکل 4-2: اثر متقابل تاریخ کاشت و بوریک اسید بر زمان 75 درصد رسیدگی کامل.. 69

شکل 4-3: اثر متقابل تاریخ کاشت و سولفات روی بر شاخص سطح برگ….. 75

شکل 4-4: اثر متقابل بوریک اسید و سولفات روی بر ارتفاع بلال از سطح خاک…. 78

شکل 4-5: اثر متقابل تاریخ کاشت و سولفات روی بر ارتفاع بوته. 80

شکل 4-6: اثر متقابل تاریخ کاشت و بوریک اسید بر ارتفاع بوته. 81

شکل 4-7: اثر متقابل تاریخ کاشت و بوریک اسید بر تعداد دانه در ردیف…. 92

شکل 4-8: اثر متقابل تاریخ کاشت و بوریک اسید بر تعداد دانه در بلال.. 94

شکل 4-9: اثر متقابل تاریخ کاشت و سولفات روی بر عملکرد دانه. 97

شکل 4-10: اثر متقابل تاریخ کاشت و بوریک اسید بر عملکرد دانه. 97

فصل اول

مقدمه و اهداف

1-1 مقدمه

‌ ‌ هر سال حدود 80 میلیون نفر به جمعیت دنیا افزوده می‌شود به نحوی که جمعیت دنیا تا سال 2025 به حدود 9 میلیارد نفر خواهد رسید. از سویی 97% این افزایش جمعیت در کشورهای در حال توسعه می‌باشد که نیازیی برابر با دو برابر مقدار غذایی تولیدی در حال حاضر را می‌طلبد. اثر ضمنی این افزایش جمعیت بر کشاورزی جهان بسیار متعدد و مفصل است. این پدیده علاوه بر فشار بر محیط زیست، امنیت غذایی کشورهای در حال توسعه را به خطر خواهد انداخت.

‌ ‌ اکثر مردم جهان هم اکنون در شرایطی زندگی می‌کنند که برای امرار معاش خود و خانوارهایشان از هر طریق ممکن می‌کوشند. گرچه علوم وفنون کشاورزی ظرفیت آن را دارد که برای تمام مردم دنیا عملاً فراوانی را به ارمغان بیاورد، لکن نبرد بر علیه گرسنگی می‌بایستی سالیان دراز و حتی نسل‌ها ادامه یابد. برای غلبه بر این مشکل لازم است که تمامی جهان و مخصوصاً کشورهای با کشاورزی غنی مردم را به عمق مسأله آشنا و آگاه سازند.

‌ ‌  در کشورهای جهان سوم و در حال پیشرفت بویژه در خاورمیا قوه قهریه طبیعت نظیر خشکسالی و شرایط نامساعد و بدآب وهوایی نیز عقب ماندگی و وابستگی را چند برابر نموده است. با توجه به کلیه جوانب تنها کشوری می‌تواند ادعای استقلال نماید که عملاً غذای خود را حداقل در حد خودکفایی تأمین کند.

‌ ‌ در کشور ما ساختارهای زیربنایی در بخش کشاورزی بویژه بعد از جنگ تحمیلی بشدت تقویت وگسترش یافته بخصوص در مهار آبهای سطحی و تهیه ماشین آلات کشاورزی موفقیت‌های بسیار‌ چشم‌گیری داشته است. اما این موارد اگر چه لازم‌اند ولی کافی نیستند. تحقیقات در زمینه‌‌های دیگری نیز بایستی انجام گیرد.‌ در همین راستا عوامل دیگری نیز در بخش کشاورزی بسیار مؤثرند از جمله تحقیقات در به زراعی، به نژادی، عناصر غذایی، عوامل اقلیمی و اهمیت استراتژیکی محصول.

‌ ‌ لذا پژوهش حاضر در سه بُعد، به زراعی (تاریخ کاشت) ،عناصر غذایی(روی و بُر) واهمیت استراتژیکی محصول (ذرت پاپ کورن) تعریف شده است.

‌ ‌ براساس یک پژوهش علمی در خصوص بهترین تاریخ کاشت بهاره ذرت پاپ کورن، در شرایط آب و هوایی خوزستان زمانی، که دمای خاک در عمق 7 تا8 سانتیمتری به مدت 3 تا 4 روز متوالی در فصل بهار تقریباً 13 درجه سانتیگراد باشد مناسب گزارش شده است (31و67).

‌  کشورهایی که دارای کشاورزی پیشرفته هستند بیش از سه درصد کودهای شیمیایی مصرفی آنها را کودهای محتوی عناصر ریزمغذی تشکیل می‌دهد. ولی در کشور ما این رقم بسیار ناچیز است.از طرفی در کشاورزی امروزه استفاده از کود برای دستیابی به حداکثر تولید بسیار معمول است. با این حال باید توجه کرد که مصرف کود به تنهایی موجب افزایش کمیت و کیفیت محصولات نمی‌شود. تغذیه صحیح گیاه یکی از مهم‌ترین عوامل در افزایش عملکرد گیاهان زراعی و دستیابی به محصولات با کیفیت بالاست. از این رو در تغذیه گیاه باید هر عنصر به اندازه لازم در اختیار گیاه قرار بگیرد. در غیر این صورت نه تنها عملکرد افزایش نخواهد یافت‌، بلکه اختلالاتی نیز در گیاه بروز خواهد کرد( 16و 45)..

‌ ‌ متأسفانه مصرف کودهای شیمیایی در کشورمان نامتعادل است و با نیاز واقعی گیاه تناسب ندارد. در این عدم تعادل مصرف ازت و فسفر زیاد و موادآلی، پتاسیم و عناصر کم مصرف مانند آهن، روی و بُر بسیار ناچیز است. در صورتی که نقش عناصر ریزمغذی در سلامت انسان و دام، افزایش عملکرد، کیفیت، مقاومت گیاه به آفات و امراض و کم آبی‌، حفاظت خاک و… غیر قابل انکار می‌باشد. بنا براین با مصرف علمی، صحیح و متناسب انواع کودها‌، مهم‌ترین و اساسی‌ترین شرایط بهینه در بهره وری از منابع آب و خاک‌، حفظ و اصلاح حاصلخیزی خاک و افزایش میزان عملکرد محصولات کشاورزی با شناخت کامل قدرت حاصلخیزی خاک، تعیین نیاز گیاه به عناصر غذایی تحت شرایط اقلیمی محیط کشت تحقق می‌یابد (45و 83).

‌ ‌ ذرت پاپ ‌کورن یا همان ذرت بوداده، یکی از محبوب‌ترین محصولات مورد علاقه اکثریت مردم به صورت آجیلی و تنقلات بچه‌ها و حتی بزرگترهاست.‌

‌ ‌ ‌ تاریخچه ذرت پاپ ‌کورن به 5 هزار سال پیش برمی‌گردد. مکزیکی‌ها اولین مردمان دنیا بودند که نوع خاصی از دانه ذرت را پرورش دادند و متوجه شدند که این نوع از ذرت با قرار گرفتن در معرض حرارت مستقیم، پف کرده و شکلی شکوفه‌ مانند پیدا می‌کند. شاید به همین علت هم باشد که خیلی‌ها به پاپ‌ کورن می‌گویند «شکوفه ذرت».‌ علاوه بر مردمان مکزیک، هندی‌ها، چینی‌ها، سوماترایی‌ها و ساکنان آمریکای شمالی هم علاقه زیادی به ذرت بو داده دارند و برای همین هم بیشتر از 150 نوع دستور پخت برای تهیه این نوع از ذرت در بین هندی‌ها و مکزیکی‌ها وجود دارد(28).‌

‌  امروزه ذرت بوداده با طعم‌‌های مختلف، برای جلب رضایت افرادی با ذائقه‌‌های متفاوت در همه فروشگاه‌‌ها پیدا می‌شود.

‌ ‌ ‌  فیبر و آهن موجود در پاپ ‌کورن مهم‌ترین عاملی است که باعث می‌شود این خوراکی، نسبت به سایر تنقلات برتری داشته باشد. به ‌علاوه، پاپ‌ کورن دارای مقادیر قابل ‌توجهی از انواع آنتی ‌اکسیدان‌ها مانند پلی ‌فنول است و مصرف به اندازه مواد غذایی حاوی پلی ‌فنول و دیگر آنتی ‌اکسیدان‌‌ها مانند چای سبز، روغن زیتون، ذرت بوداده و شکلات تلخ، می‌تواند از ابتلا به انواع سرطان‌ها و بیماری‌‌های قلبی پیشگیری کند. همچنین، ذرت بوداده جزو خانواده غلات کامل محسوب می‌‌شود و به همین دلیل حاوی، مواد معدنی و ویتامین‌‌های مفید برای بدن است. سه فنجان ذرت بو داده به اندازه یک فنجان از سایر غلات کامل مانند جوی دوسر یا برنج قهوه‌ای، فیبر و ماده معدنی دارد (16،28و45).‌

1-2 اهمیت و ضرورت موضوع تحقیق

‌  شناخت مقدماتی این محصول زمینه ساز ترویج آن جهت کشت در منطقه می‌گردد. از آنجا که این محصول بعد از برداشت گندم، بعنوان کشت دوم در مناطق گرمسیر انجام می‌گیرد، لذا دو محصول در سال باعث رونق اقتصادی کشاورزان می‌شود. از طرفی در این فصل بعلت تعطیلی آماکن آموزشی نیروی انسانی نسبتاً بالایی وجود دارد که با بکار گیری آنها از حجم بیکاری در منطقه کاسته می‌شود. علاوه براین تمام اجزای پاپ کورن مورد استفاده انسان و دام‌ است از اندامهای رویشی آن جهت تعلیف دام استفاده می‌شود. و از طرفی بذر آن با قیمت بالایی خریداری می‌گردد. همچنین ظرفیت کارآفرینی بالا و مهمتر ممانعت از خروج ارز جهت واردات آن بخشی از مزایای این محصول می‌باشد.

لذا در صورتی که نتایج این پژوهش مثبت باشد می‌تواند باعث تغییر در ساختار زراعی، ساختار اقتصادی و اجتماعی کشاورزان منطقه گردد.

1-3 فرضیه‌ها یا سؤال‌های تحقیق

1– احتمالاً آخرین تاریخ کاشت، بهترین زمان کاشت است.

2- ممکن است سطوح سولفات روی به صورت خطی به افزایش عملکرد منجر شود.

3- پیش بینی می‌شود بوریک اسید حضورش باعث افزایش عملکرد شود اما تفاوتی در سطوح مصرفی نباشد.‌  

4- شاید اثر روی و بوریک اسید معنی دار نشود.

5- در صورت مصرف کود روی جذب نیتروژن و سایر عناصر مثل آهن، منگنز، پتاسیم، فسفر، کلسیم از خاک ممکن است مثبت باشد.

1-4‌ اهداف تحقیق

1- بهترین تاریخ کاشت پاپ کورن در منطقه.

2- یافتن ظرفیت تولید پاپ کورن در منطقه.

3- یافتن سطحی از سولفات روی که مؤثرتر می‌باشد.

4- دست یابی به بهترین سطح مصرف بوریک اسید.

5- اثر متقابل روی و بوریک اسید چگونه است.

تعداد صفحه :131

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  asa.goharii@gmail.com

(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه 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)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                            صفحه

فصل اول:  مقدمه

1-1 مقدمه. 1

1-2 طرح مسئله. 2

1-3 اهداف تحقیق. 5

1-4 روش تحقیق. 5

1-5 جنبه‌ی نوآوری تحقیق. 5

1-6 ساختار پایان‌نامه. 6

فصل دوم: ادبیات موضوع

2-1 مقدمه. 7

2-2 معماری سرویس گرا. 7

2-2-1 تعاریف شرکت‌های مهم تجاری از معماری سرویس‌گرایی  8

2-2-2 اصول معماری سرویس گرا. 9

2-3 وب‌سرویس‌ها. 12

2-3-1 پروتکل WSDL. 13

2-3-2 پروتکل SOAP. 17

2-3-2-1 ساختار کلی پیام‌های SOAP. 17

2-3-3 استاندارد UDDI 18

2-4 خوشه‌بندی. 19

2-5 رویکرد آگاه به زمینه. 22

2-5-1 تعریف زمینه و رویکرد آگاه به زمینه. 22

فصل سوم:  پیشینه­ی تحقیق

3-1 مقدمه. 24

3-2 الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس بر اساس کلمات کلیدی. 25

3-2-1 مزایا و معایب الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس بر اساس کلمات کلیدی. 26

3-3 الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس بر اساس تحلیل نحوی. 27

3-3-1 مزایا و معایب الگوریتم‌های کشف وب سرویس بر اساس تحلیل نحوی. 33

3-4 الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس بر اساس معنا. 33

عنوان                                                                                                                      صفحه

3-4-1 مزایا و معایب الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس بر اساس معنا. 38

3-5 الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس با رویکرد آگاه از زمینه. 39

3-6 جمع‌بندی. 40

فصل چهارم:  ارائه الگوریتم کشف وب سرویس با رویکرد آگاه به زمینه

4-1 مقدمه. 41

4-2 مشکلات موجود در الگوریتم‌های کشف وب‌سرویس. 42

4-3  مفاهیم مرتبط. 43

4-3-1 الگوریتم بازیابی اطلاعات بردار فضای حالت. 43

4-3-1-1 ایجاد بردار برای هر سند. 44

4-3-1-2 محاسبه میزان تشابه. 47

4-3-2 خوشه­بندی وب­سرویس‌ها. 47

4-4 معماری الگوریتم پیشنهادی. 50

4-4-1 بخش انتشار وب‌سرویس. 52

4-4-2 شبکه اجتماعی تخصصی. 55

4-4-3 بخش سیستم آگاه از زمینه. 58

4-4-4 بخش کشف وب سرویس. 61

4-4-4-1  الگوریتم کشف وب‌سرویس با بهره گرفتن از بردار فضای حالت. 61

4-4-4-2 الگوریتم کشف وب‌سرویس پیشنهادی. 65

4-4-4-2-1 نحوه استفاده از وردنت در الگوریتم کشف وب‌سرویس با بهره گرفتن از بردار فضای حالت. 66

4-4-4-2-2 تأثیر رویکرد آگاه به زمینه در الگوریتم کشف وب‌سرویس مبتنی بر بردار فضای حالت. 66

4-4-4-2-3 تأثیر خوشه‌بندی در الگوریتم کشف وب‌سرویس با بهره گرفتن از بردار فضای حالت. 68

4-5 جمع‌بندی. 69

فصل پنجم: پیاده‌سازی و ارزیابی الگوریتم پیشنهادی

5-1 مقدمه. 71

5-2 پیاده‌سازی. 71

5-2-1 محیط پیاده‌سازی. 71

5-2-2  پایگاه داده پروژه. 72

5-2-3 کلاس‌های پروژه. 74

5-2-4 واسط کاربری پروژه. 76

عنوان                                                                                                                      صفحه

5-3  ارزیابی. 76

5-3-1 معیارهای ارزیابی. 76

5-3-2  شیوه‌ی ارزیابی‌ 79

5-3-2-1 الگوریتم کشف وب سرویس مبتنی بر بردار فضای حالت. 81

5-3-2-2 الگوریتم کشف وب‌سرویس با بهره گرفتن از بردار فضای حالت، خوشه بندی و رویکرد آگاه از زمینه. 82

5-4 جمع‌بندی. 84

فصل ششم:  نتیجه گیری و کارهای آینده

6-1 مقدمه. 85

6-2 نتیجه گیری. 86

6-3 کارهای آینده. 86

منابع.. ………………………………………………………………………………………87

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                    صفحه

شکل 1-1 : شمای کلی از نحوه‌ی عملکرد معماری سرویس.. 3

شکل 2-1 : لایه تعامل در معماری سرویس.. 8

شکل 2-2 : قالب فایل WSDL. 10

شکل 2-3 : واسط‌ها و نقاط پایانی که در فایل توصیفی باید مشخص شوند.. 13

شکل 3-1: شمای کلی الگوریتم‌های کشف وب سرویس بر اساس کلمات کلیدی.. 25

شکل 3-2 : شمای کلی معماری الگوریتم ارائه شده.. 29

شکل 3-3 : نمایش وابستگی رابطه ای.. 30

شکل 3-4 : الگوریتم پیشنهادی.. 31

شکل 3- 5 : نحوه‌ی استفاده از تکنیک QBE در سیستم مدیریت پایگاه داده‌ی SQL. 32

شکل 3-6 : شمای کلی الگوریتم پیشنهادی مرجع.. 33

شکل 3-7 : دید کلی از نحوه‌ی انتشار وب سرویس‌ها در مخازن ثبت سرویس بر اساس کلمات کلیدی و تحلیل لغوی. 34

شکل 3-9 : نحوه‌ی اضافه کردن یک وب سرویس به شبکه معنایی وب سرویس‌ها.. 36

شکل 3-10 : معیارهای ساخت شبکه‌ی اجتماعی از وب سرویس‌ها   38

شکل 4-1 : نحوه‌ی عملکرد الگوریتم بردار فضای حالت.. 43

شکل 4-2 : بردار فضای حالت.. 44

شکل 4-3 : واسط کاربری ایجاد خوشه.. 49

شکل 4-4  : بخش‌های مختلف الگوریتم پیشنهادی.. 51

شکل 4-5 : واسط کاربری بخش انتشار وب سرویس.. 52

شکل 4-6 : شمای کلی بخش انتشار وب سرویس.. 52

شکل 4-7 : ریشه یابی و حذف کلمات زائد از توصیفات وب سرویس‌ها.. 54

شکل 4-8 : محاسبه تعداد تکرار کلمات.. 54

شکل 4-9 :  کد مربوط به عملیات ریشه یابی، حذف و محاسبه tf کلمات.. 55

عنوان                                                                                                                     صفحه

شکل 4-10 : شمای کلی شبکه اجتماعی تخصصی.. 57

شکل 4-12  : عملکرد کلی سیستم آگاه از زمینه.. 60

شکل 4-11 : واسط کاربری مربوط به بخش پیشنهاد دهنده سیستم آگاه از زمینه.. 60

شکل 4-13 : فلوچارت الگوریتم کشف وب سرویس با بردار فضای حالت.. 62

شکل 4-14 : نحوه‌ی تأثیرگذاری رویکرد آگاه از زمینه بر روی الگوریتم بردار فضای حالت.. 68

شکل 4-15 : معماری کلی الگوریتم کشف وب سرویس پیشنهادی   69

شکل 5-1 : شمای کلی پایگاه داده پروژه.. 73

شکل 5-2 : کلاس‌های ایجاد شده در پروژه.. 75

شکل 5-3: پارامترهای مورد نیاز دقت و فراخوانی.. 77

شکل 5-4 : وب­سرویس­های بازیابی شده برای درخواست “WEATHER FOECAST”.. 80

شکل 5-5 : نمودار ارزیابی الگوریتم کشف وب سرویس مبتنی بر بردار فضای حالت.. 81

شکل 5-6 :  نمودار ارزیابی الگوریتم پیشنهادی.. 83

شکل 5-7 : نمودار مقایسه الگوریتم‌ها.. 83

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول 4-1 : اطلاعات وب سرویس.. 64

 جدول 4-2 : اطلاعات درخواست کاربر.. 64

جدول 4-3 : بردار فضای حالت درخواست کاربر.. 64

 جدول 4- 4 : بردار فضای حالت وب‌سرویس.. 64

جدول 5-1 : دسته بندی مجموعه داده سیستم پیشنهادی.. 79

جدول 5-2 : پارامترهای ارزیابی شده الگوریتم مبتنی بر بردار فضای حالت.. 81

جدول 5-3 : پارامترهای ارزیابی شده‌ی الگوریتم پیشنهادی   83

فصل اول:  مقدمه

1-1 مقدمه

در طی سال‌های اخیر، برای هر مرحله از توسعه نرم افزار (تحلیل و پیاده­سازی) امکانات و ابزارهای گوناگونی به وجود آمده‌اند که توسعه دهندگان نرم افزار با توجه به علاقه و آشنایی که با هر کدام از این ابزارها دارند، مناسب‌ترین ابزار را برای توسعه نرم افزار خود انتخاب می‌کنند. این امر باعث شده است امروزه ناهمگونی زیادی بین نرم افزارهای توسعه داده شده به وجود آید به طوری که در یک سازمان ممکن است برای پیاده­سازی هر بخش از نرم افزار از ابزارهای متفاوتی استفاده شود. از سوی دیگر در بسیاری از موارد جهت تبادل داده نیاز است بین بخش‌های مختلف نرم افزار یا بین دو نرم افزار مجزا، ارتباط برقرار شود. در چنین مواقعی به دلیل ناهمگن بودن بخش‌های مختلف نرم افزارها، برقراری ارتباط و تبادل داده به سختی صورت می‌پذیرد.

معماری سرویس­گرا و وب سرویس‌ها (به عنوان ابزاری برای پیاده­سازی اصلی‌ترین جزء معماری سرویس­گرا) با فراهم کردن پروتکل‌هایی مثل[1] SOAP، [2]UDDI و[3] WSDL تا حد زیادی مشکل ناهمگنی را حل کرده‌اند. امروزه برای پیاده­سازی نرم افزارهای توزیع شده و نرم افزارهایی که بخش‌های مختلف آن­ها با زبان‌های گوناگونی پیاده­سازی شده‌اند، معماری سرویس­گرا مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر چند که حل مشکل فوق یکی از اهداف معماری سرویس­گرا می­باشد ولی هدف اصلی توسعه معماری سرویس­گرا این است که توسعه دهندگان نرم افزارها به جای پیاده­سازی بخش­های نرم افزار، از سرویس‌های آماده و مناسبی که توسط توسعه دهندگان یا شرکت‌ها پیاده­سازی شده‌اند، استفاده کنند که این هدف نیز به سادگی با وجود وب سرویس‌ها تحقق یافته است. وب سرویس‌ها به دلیل فراهم ساختن ویژگی‌هایی همچون محدود نبودن سرویس به محیط جغرافیایی و قابلیت پیاده­سازی سرویس‌ها با زبان‌های مختلف به ابزاری رایج برای ایجاد سرویس تبدیل شده است به طوری که طراحان با بهره گرفتن از این ابزار به آسانی می‌توانند سرویس‌های خود را با زبان مورد علاقه خود پیاده­سازی کنند و از طریق اینترنت در اختیار طراحان دیگر قرار دهند

4] .

1-3 اهداف تحقیق

هدف این تحقیق ارائه یک الگوریتم کشف وب‌سرویس با رویکرد آگاه از زمینه برای کمک به کاربران برای پیدا کردن وب‌سرویس مناسب و مورد نظر است. به این صورت که الگوریتم از اطلاعات زمینه‌ای موجود در محیط کاربر استفاده کند و به کاربر در ایجاد درخواست مناسب برای یافتن وب‌سرویس مورد نظر آن کمک کند.

یکی از اهداف فرعی این الگوریتم این است که اگر الگوریتم به خوبی طراحی شود و کاربر به اندازه کافی از اطلاعات فوق در محیط خود بر‌خوردار باشد، سیستم نیز خود وب­سرویس‌هایی را به کاربر پیشنهاد می‌دهد و این یکی از موارد ایده‌آل‌ در حوزه‌ی کشف وب‌سرویس است، اینکه سیستمی بتواند به صورت پویا نیاز‌های کاربران خود را تشخیص دهد و در صدد رفع آن‌ها بر‌آید.

1-4 روش تحقیق

روش انجام تحقیق از طریق مطالعه و بررسی کتب، مقالات، پایان نامه­های انجام شده داخلی و خارجی، پروژه­های تحقیقاتی صورت گرفته و اینترنت می‌باشد.

1-5 جنبه­ی نوآوری تحقیق

1. استفاده از شبکه اجتماعی تخصصی جهت ایجاد محیطی مناسب برای ثبت اطلاعات کاربران سیستم
2. استفاده از رویکرد آگاه زمینه جهت جمع­آوری اطلاعات زمینه­ای کاربران برای کمک به آن‌ها در پیدا کردن وب سرویس­های مناسب
3. استفاده از خوشه­بندی برای گروه­بندی کردن وب سرویس‌ها بعد از انتشار آن­ها

1-6 ساختار پایان نامه

ساختار این پایان نامه شامل هفت فصل است.

• فصل اول در خصوص تعریف صورت مسئله و تعیین حوزه و ساختار تحقیق است.
• فصل دوم به مفاهیم پایه اختصاص دارد. مفاهیمی همانند معماری سرویس­گرا، وب­سرویس­ها و استانداردهای مرتبط با آن‌ها، خوشه­بندی و رویکرد آگاه از زمینه بررسی می‌شوند و اطلاعات لازم برای پرداختن به الگوریتم پیشنهادی این تحقیق فراهم می­شود.
• فصل سوم به پیشینه تحقیق اختصاص دارد. در این فصل الگوریتم­های کشف وب سرویس به سه گروه تقسیم بندی می‌شوند. در گروه اول الگوریتم‌هایی بررسی می‌شوند که بر اساس کلمات کلیدی پیاده­سازی شده­اند. در گروه دوم الگوریتم­هایی قرار می‌گیرند که بر اساس تحلیل نحوی پیاده­سازی شده ­اند و در گروه سوم نیز الگوریتم­هایی مورد بحث قرار می­گیرند که بر اساس معنا پیاده­سازی شده­اند. مزایا و معایب هر کدام از گروه های مختلف در فصل سوم بیان می‌شوند و در الگوریتم پیشنهادی در جهت رفع آن‌ها ارائه می­شود.
• در فصل چهارم الگوریتم پیشنهادی بررسی می‌شود. معماری الگوریتم پیشنهادی و بخش­های مختلف آن با جزئیات تشریح می‌شود.
• در فصل پنجم به صورت خلاصه محیط و ابزارهای پیاده سازی الگوریتم بیان می‌شود. سپس در ادامه آن به ارزیابی الگوریتم پیشنهادی پرداختیم.
• سرانجام فصل ششم به نتیجه­گیری این تحقیق اختصاص دارد.

.

[1]  Simple Object Access Protocol

[2]  Universal Description, Discovery and Integration

[3]  Web Service Definition Language

تعداد صفحه :118

قیمت :37500 تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت  asa.goharii@gmail.com

فرکانسی، حفظ کمترین مقدار فراجهش و فروجهش و در عین حال داشتن کوتاه ترین زمان ممکن برای رساندن انحرافات ماندگار به مقدار 0، مبنای بهینه سازی قرار گرفته است. پس از چند بار سعی و خطا مقادیر مطلوبی برای داشتن پاسخی مطلوب تر بدست آمد. در معادله (4-1) مقدار  برابر با 20 ،  برابر با 0.01 و  برابر با 0.001 در نظر گرفته شده است. معیار تعیین زمان نشست حاشیه 0.02% فرض می شود. با توجه به نکات بیان شده بهینه سازی صورت گرفت و نتایج حاصله در شکل های 4-25 الی4-29 نشان داده می شود. در این نمودارها دو سناریو مطرح شد. در سناریو ی اول بهره انتگرال گیر ها به همراه حجم ذخیره ساز در هر ناحیه بهینه شد. در سناریوی دوم که در واقع همان مدل پایه شبکه می باشد از هیچیک از منابع انرژی تجدیدپذیر و ذخیره سازی در شبکه استفاده نشده و بهره ها همان میزان 0.2 سابق را دارند. جدول 4-2 مقادیر بهینه شده شاخص های انتخابی را نشان می دهد.

جدول 4- 2 مقادیر بهینه شده توسط الگوریتم PSO

شکل 4- 25 مقایسه انحراف فرکانس ناحیه 1 در حضور مقادیر بهینه باتری و ثات انتگرال گیر ناحیه

شکل 4- 26  مقایسه انحراف فرکانس ناحیه 2 در حضور مقادیر بهینه باتری و ثابت انتگرال گیر ناحیه

شکل 4- 27  مقایسه تغییرات توان انتقالی خط واسط در حضور مقادیر بهینه در دو ناحیه

شکل 4- 28 تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 1

شکل 4- 29 تغییرات توان خروجی ژنراتور سنکرون ناحیه 2

4-7- جمع بندی

با توجه به نتایج نشان داده شده در این فصل، می توان با اطمینان خاطر بیان کرد که با اعمال برنامه های کنترلی مناسب بر تولیدات انرژی تجدیدپذیر خورشیدی و بادی، حضور آنها در شبکه لزوماً به معنای کاهش توانایی کنترل فرکانس سیستم نبوده و حتی می توان با بهره گرفتن از سیستم های ذخیره ساز انرژی ثبات و محدوده پایداری فرکانسی سیستم را تقویت بخشید.

فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادهای ممکن

5-1- نتیجه گیری

در پایان‌نامه حاضر، تاثیرات استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر تولیدات بادی و خورشیدی در شبکه قدرت مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که ذکر شد، شبکه قدرت مشمول تغییراتی کلی در بدنه و ساختار خود است. این تغییرات را می توان منبعث از ظهور انواع جدید ادوات تولید توان، تکنولوژی‌های جدید، حجم رو به افزایش منابع انرژی تجدیدپذیر دانست. نیاز روزافزون به انرژی الکتریکی در کنار ذخیره محدود سوخت فسیلی و نگرانی روبه گسترش مشکلات زیست‌محیطی ناشی از مصرف سوخت فسیلی، ضرورت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید و ورود آنها را به شبکه قدرت بیش از پیش پررنگ تر می کند. با ظهور منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر انرژی باد و خورشید، بررسی تاثیرات استفاده از این منابع در بهره‌برداری و کنترل شبکه قدرت از اهمیت زیادی برخوردار می‌گردد.

 از اینرو، تاثیرات ژنراتور دو سوء تغذیه به عنوان مدلی متداول از تولید بادی در کنترل فرکانس سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفت. قابلیّت پشتیبانی توان اکتیو کوتاه مدّت از طریق جذب انرژی جنبشی پره‌های توربین، به عنوان ظرفیتی جهت شرکت تولید بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس دیده شد. کنترلر جدیدی برای مشارکت توربین بادی در کنترل یار فرکانس پیشنهاد شد. تابع پشتیبانی فرکانسی تولید بادی در قبال تغییرات فرکانس سیستم، توانی متناسب با تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس برای تزریق به شبکه فراهم کرده و لختی پنهان توربین‌های بادی را به صورت موقّت  آشکار می سازد. بدین طریق توربین های بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس شرکت داده شدند.

همچنین استراتژی جدیدی برای مشارکت مزرعه خورشیدی در کنترل فرکانس سیستم دو ناحیه ای قدرت، از طریق حبس تولید تشریح شد. سیستم‌های خورشیدی بوسیله برنامه کنترلی پیشنهادی توانستند در حالت کنترل دروپ فعّالیت کرده و مشابه ژنراتورهای سنکرون پشتیبانی اولیّه فرکانس را برای سیستم قدرت تأمین نمایند.

نتایج شبیه سازی نشان داد که علاوه بر حضور موفق تولید بادی DFIG و تولید خورشیدی در کنترل فرکانس، تنش مکانیکی وارده بر توربین ژنراتورهای سنکرون در تولید متداول نیز کاهش می‌یابد.

جهت افزایش قابلیت پشتیبانی فرکانس تامین ظرفیت رزرو برای جبران کسری تولید، از ذخیره ساز باتری استفاده شد. با ترکیب همزمان استراتژی‌های کنترلی مزرعه خورشیدی و بادی در کنار استفاده از ذخیره‌ساز باتری، پاسخ دینامیکی شبکه به اغتشاش بار در دو ناحیه سیستم قدرت، مورد بهینه‌سازی قرار گرفته و با داشتن پارامتر های بهینه در شبکه، نتایج شبیه سازی تاثیر مثبت و سازنده طرح‌های کنترلی به کار رفته در کنترل فرکانس را در قیاس با پاسخ پایه شبکه، به خوبی نشان داد.

5-2- پیشنهادات

در ادامه کار حاضر و با نگاهی به سابقه تحقیق مذکور می توان پیشنهاداتی را ارائه داد:

• اطلّاعات واقعی بادی و خورشیدی جهت استفاده در محاسبات وارد شوند. الگوی بار واقعی به عنوان اغتشاشات وارده به شبکه، مبنای کار قرار گیرند.
• با توجه به این اطلاعات و هم چنین عنایت به این واقعیت که بهره برداری از سیستم خورشیدی می بایست توجیه اقتصادی به همراه داشته باشد، می‌بایست نقطه کاری مناسب برای بهره برداری اقتصادی از سیستم خورشیدی پیشنهاد شود.
• باید توجّه داشت که با به اشباع رفتن تولید خورشیدی قابلیت تنظیم فرکانس آن نیز از بین خواهد رفت. در امتداد این مسیر می توان در مواقعی که تغییرات شدیدی در تابش خورشید ایجاد می شود و یا فرکانس شبکه شدیداً افت می کند طرح های کنترلی را به طرح هایی نظیر آنتی وایندآپ[7] مجهز نمود.
• در کنار این واقع نگری ها توجه به میزان شارژ باقیمانده[8] در ذخیره‌ساز به عنوان حالت شارژ[9] نیز می تواند در محاسبات وارد نمود.

ضمائم

جدول  1مشخصات نامی سیستم قدرت مورد مطالعه

جدول 2 پارامترهای به کار رفته در الگوریتم PSO

منابع و مراجع

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

صورتی که حلقه داخلی جریان کنترل می کند. خروجی این سطح توان تنظیم شده ی  و  می‌باشد. تحت این کنترل، زمانی که ولتاژ آرایه خورشیدی  دقیقا برابر با ولتاژ رفرنس  باشد، توان تزریقی به شبکه  نیز برابر با مقدار تعیین شده آن می‌باشد. یعنی با تعیین ولتاژ رفرنس  و اعمال آن به این سطح کنترلی توان خروجی اینورتر متناسب با مقدار خواسته شده خواهد بود.

با فرض اینکه مدل دقیق منحنی  آرایه ی خورشیدی نامعلوم است، وظیفه اصلی سطح 2 کنترلی یافتن  متناسب با  در شرایطی است که  کوچکتر از ماکزیموم توان موجود و قابل دسترسی توسط MPPT،  باشد (حالت کنترل دروپ) و همچنین یافتن  به گونه ای متناسب با  در شرایطی است که  بزرگتر از ماکزیموم توان موجود و قابل دسترسی توسط MPPT،  باشد (حالت MPPT). ورودی سطح 2 کنترلی، ،  و  می‌باشد.

کنترل فرکانس در سطح 3 کنترلی قسمت اعظم طرح کنترلی به کار رفته را مشخّص می‌کند. سیستم خورشیدی حاضر در حالت کنترل دروپ مورد بهره برداری قرار می‌گیرد و در صورت نیاز می‌تواند به حالت کنترل اضطراری وارد شود.

لازم به ذکر است، در اینجا به طور خاص با توجّه به زاویه دید این تحقیق تنها حالت کنترلی دروپ مورد توجّه قرار دارد. ورودی سطح 3 کنترلی، تغییرات فرکانس سیستم  و خروجی آن  برای سطح 2 کنترلی خواهد بود.

طرح کنترلی بیان شده می‌تواند بر روی انواع سیستم‌های خورشیدی با توپولوژی‌های مختلف اینورتر در سطح 1 کنترلی مورد استفاده قرار گیرد. تاثیر استفاده از طرح کنترلی پیشنهادی به شدّت وابسته به شرایط بهره برداری سیستم‌های خورشیدی نظیر تابش خورشید و دما است [29]. 

3-3-6- الگوریتم سطح 2 کنترلی برای کنترل توان اکتیو

برای رسیدن به مشخّصات مطلوب تنظیم فرکانس، کنترل سطح 2 می‌بایست دو خصیصه مهّم را برآورده سازد:

1. توان اکتیو تزریق شده به شبکه وسیله سیستم خورشیدی رفرنس توان تولیدی تعیین شده را به سرعت دنبال کند.
2. بتوان توان اکتیو را در رنج نسبتاً وسیعی تغییر داد (برای مثال از 0 تا بیشینه توان قابل تولید(MPPT) ).

در الگوریتم‌های پیشین که از حبس تولید (Curtailment) استفاده کردند، سیستم‌های خورشیدی تنها در بخش چپ منحنی  مورد استفاده قرار می‌گرفتند [60] و [61]. در نتیجه پاسخ نه چندان سریع به رفرنس توان بدنبال داشتند. با انتخاب نقاط کاری سمت راست نقطه ماکزیموم توان در منحنی  جهت انتخاب نقطه کار، سرعت دنبال کردن رفرنس توان نسبتا افزایش می‌یابد. در [29] الگوریتمی مبتنی بر درونیابی درجه دوم نیوتون برای رسیدن به نقطه کار جدیدی که به عنوان رفرنس توان مد نظر قرار دارد به کار گرفته شد. اساس کار این الگوریتم استفاده از فرآیندی تکراری برای تعیین ولتاژ لازم برای آرایه خورشیدی است، به نحوی که در این ولتاژ آرایه خورشیدی رفرنس توان را تولید کند. برای مثال این الگوریتم می‌تواند با چند تکرار ولتاژ  متناظر با  در زمانی که  می‌باشد و یا تعیین  هنگامی که  باشد را در زمان کوتاهی تعیین کند.

سطح 3 کنترلی دینامیک سریعی دارد و در قیاس با دینامیک باقی اجزا در مطالعات کنترل خودکار تولید (دینامیک میان مدت)، قابل صرفنظر کردن است.

3-3-7- حالت کنترلی دروپ برای سیستم‌های خورشیدی

کنترل دروپ فرکانس، تکنیکی شناخته شده برای تنظیم فرکانس سیستم قدرت به حساب می‌آید. توان خروجی اکتیو یک ژنراتور سنکرون  متناسب با تغییرات فرکانس سیستم قابل تنظیم است. خصوصاً اینکه تنظیمات به گونه ای انجام می‌شود که توان اکتیو نامی در فرکانس نامی تولید گردد. اگر فرکانس سیستم کمتر از مقدار نامی گردد، نشان می‌دهد  بیشتر از مقدار نامی است و بالعکس.

در این بخش، اِعمال ساختار کنترل دروپ فرکانس بر سیستم‌های خورشیدی شرح و بسط داده می‌شود. اما در اینجا دو محدودیت عمده در قیاس با کنترل دروپ ژنراتورهای سنکرون وجود دارد:

1. عدم کنترل بر منابع توان اولیّه، محدودیتی سنگین بر حد بالای تولید در توان تزریقی به شبکه اِعمال می‌کند.
2. ماکزیموم توان قابل بهره برداری از تولید خورشیدی، همانطور که در مدلسازی تولید خورشیدی عنوان شد، به شدّت تحت تاثیر شدّت تابش خورشید و دما است. در نتیجه در بکار بستن کنترل دروپ باید توجه داشت که می‌بایست منحنی دروپ فرکانس را با نقاط کاری متنوعی تطبیق داد.

بر اساس ویژگی‌های بیان شده، می‌توان تابعی توصیف نمود که خروجی رفرنس توان اکتیو را با فرکانس سیستم ارتباط می‌دهد:

که در آن  و  شرایط نامی بهره برداری شبکه است. رابطه 3-23 بیان می‌دارد بدون احتساب محدودیت حداکثر تولید،  می‌تواند به صورت  محاسبه گردد. این فرم مشابه محاسباتی است که برای ژنراتورهای سنکرون نیز انجام می‌شود [2]. زمانی که  به سقف مجاز تولید می‌رسد، مقدار  به آن اختصاص می‌یابد و قابلیّت تنظیم فرکانس را نیز از دست می‌دهد. در منحنی دروپ فرکانس نشان داده شده در شکل 3-16، خطوط عمودی و افقی به ترتیب، مشخّصه دروپ را در حضور و عدم حضور سقف مجاز تولید  نشان می‌دهد.

فرکانس بحرانی فرکانسی است که در آن  با  برابر خواهد شد:

به طور خاص، سیستم خورشیدی توان ماکزیموم  را زمانی تولید می‌کند که فرکانس شبکه  کمتر از فرکانس بحرانی  بوده و زمانی که فرکانس سیستم  بالاتر از فرکانس بحرانی  باشد، میزان مشخّصی از تولید را حبس می نماید. به صورت مشخّص می‌توان عنوان کرد که میزان توان باقیمانده برای رسیدن به ماکزیموم توان تولید فرکانس بحرانی  منحنی دروپ را تعیین می‌کند.

به منظور به کار بردن طرح کنترلی دروپ برای تولید خورشیدی شکل 3-15 تهیه شده است.

شکل 3- 15 دیاگرام کنترل دروپ فرکانس

همانطور که در شکل 3-15 مشخص است مشابه ساختار مشخصه دروپ گاورنر ماشین های سنکرون ، ابتدا میزان خطای فرکانس از انتگرال‌گیر ی گذشته و سپس توسط  تقویت می‌شود. خروجی این واحد، میزان تغییر توان خروجی واحد را تعیین می کند [2]. در سیستم دروپی که برای واحد خورشیدی در نظر گرفته می شود، خروجی سیستم گاورنر، رفرنس توان سطح 2 کنترلی است. دینامیک کنترلر توان اکتیو را می‌توان به صورت تابع تبدیل درجه اول خطی با ثابت زمانی  و نرخ محدودیت تولید در نظر گرفت [62]. محدودیت تولید را ظرفیت تولید واحد خورشیدی  تعیین می کند. در این مطالعه  ثانیه و ضریب تقویت سیگنال  برابر با 100، در نظر گرفته شده است [29].

زمانی که  به بار  متصل شده است، واحد خورشیدی تحت حالت کنترل دروپ مورد بهره برداری قرار می‌گیرد. در این حال، مشخصّات کنترل دروپ مستقیماً تحت تاثیر دینامیک واحد خورشیدی قرار می‌گیرد:

1. در اینجا باید توجّه داشت که ضریب باید مطابق با کد شبکه و قابلیّت کلی در تنظیم فرکانس، مطابقت داشته باشد. در سیستم تحت بررسی حاضر  در نظر گرفته می‌شود (شکل3-16).

شکل 3- 16 کنترل دروپ حالت ماندگار سیستم خورشیدی

2. معمولا را شرایط کاری شبکه مشخّص می‌کند. زمانی که مقدار بالایی به خود می‌گیرد فرکانس شدیدا افت کند، تولید خورشیدی نمی‌تواند در کنترل فرکانس مشارکت داشته باشد. در صورتیکه با مقدار کمتری از ، قابلیّت تنظیم فرکانس واحد خورشیدی افزایش می‌یابد. در این حالت تأمین پشتیبانی قابلیّت تنظیم فرکانس واحد خورشیدی در شبکه به قیمت قربانی کردن توانی است که با تابش شدید خورشید قابل استحصال می‌باشد. به عبارت دیگر، موازنه ای بین مزایای اقتصادی و ظرفیت پشتیبانیِ فرکانس صورت می پذیرد. در حقیقت، سهم تولید خورشیدی در شبکه، باید با توجّه به الگو‌های بار و اغتشاشات احتمالی و همچنین قابلیّت مورد انتظار پشتیبانی فرکانس تعیین گردد. برای مثال در یک سیستم ایزوله کوچک با ضریب نفوذ بالای تولید خورشید، مجموع ظرفیت تنظیم فرکانس شبکه ضعیف است. در نتیجه برای سیستم خورشیدی الزامی است با نقطه بارگذاری پایین‌تر پشتیبانی فرکانسی بیشتری را تأمین نماید.
3. زمانی که فرکانس شبکه به پایین تر از فرکانس بحرانی نزول می‌کند،  ممکن است به بالاتر از  ارتقا یافته و مقداری را اختیار نماید که غیر قابل تأمین است. در این حال زمان نسبتا زیادی لازم است تا  به میزان  باز گردد. از این رو، اکتواتور‌های اشباع اختیار کار را به دست می گیرند و طرح‌های Anti-Windup پیاده سازی گردند [63].

لازم به ذکر است طرح‌های Anti-Windup زمانی فعّال می شوند که تولید خورشیدی به اشباع رفته باشد. در شبیه سازی انجام شده نقطه کار به گونه ای انتخاب شده که اشباعی در تولید اتفاق نیفتد.

در نهایت می توان بلوک دیاگرام سیستم کنترلی پیشنهادی برای مشارکت واحد خورشیدی در کنترل فرکانس را مطابق دیاگرام داخل خط چین شکل 3-17 نشان داد:

شکل 3- 17 ساختمان کنترل دروپ پیشنهادی برای سیستم خورشیدی

3-4- استفاده از ذخیره‌ساز‌های انرژی در سیستم قدرت

سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی باتری می‌تواند راه حل‌های گوناگونی را برای ارتقای کیفیت توان سیستم‌های تولید توان متشکّل از منابع تجدیدپذیر معرفی کند [64] [65]. از آنجا که سیستم ذخیره‌ساز باتری قابلیّت جبران سازی توان اکتیو سریعی دارد، می‌تواند در مسأله کنترل بار فرکانس سیستم قدرت موفق ظاهر شود. علاوه بر این ذخیره‌ساز باتری موجب افزایش قابلیّت اطمینان سیستم در پیک بار به حساب می آیند. با داشتن دینامیک مناسب از ذخیره‌سازهای باتری می‌توان در زمینه‌های مختلفی چون سطح بندی بار، رزرو سیستم، پایدارسازهای توان خطوط بلند، تنظیم فرکانس سیستم اصلاح ضریب توان و غیره نام برد. بعضی از نمونه‌های موفّق استفاده از ذخیره‌ساز باتری را واحد ذخیره‌ساز 17 مگاواتی برلین [66] و 10 مگاوات/40مگاوات-ساعتی واحد چینو واقع در جنوب شرقی کالیفرنیا [67] دانست.

3-4-1- مدل ذخیره‌ساز باتری

مدار معادل واحد BES را می‌توان به صورت مبدل متصل به یک باتری معادل همانند شکل 3-18 در نظر گرفت.

شکل 3- 18 بلوک دیاگرام مدل خطی ذخیره‌ساز باتری [30]

در مدار معادل باتری،  زاویه آتش مبدّل،  راکتانس جابجاسازی،  جریان DC باتری،  مقاومت اضافه ولتاژ،  ظرفیت خازن اضافه ولتاژ    ولتاژ مدار باز باتری،  اضافه ولتاژ باتری،  مقاومت اتصالی و  مقاومت داخلی باتری،  مقاومت تخلیه خودی باتری و  ظرفیت خازنی باتری را نشان می‌دهد. ولتاژ DC ماکزیموم بی باری مبدل 12 پالسه همانطور که در رابطه 3-25 آمده، با  نشان داده شده است:

که در آن  ولتاژ rms خط می‌باشد. جریان DC تأمینی باتری بوسیله معادله 3-26 بیان می‌شود:

بر اساس بررسی مدل مداری مبدل، توان اکتیو و راکتیو جذب شده واحد BES بوسیله معادلات3-27  و 3-28 بیان می‌شود:

که در آن  و  زاویه آتش مبدل شماره 1 و شماره 2 به کار رفته در مدل BES می‌باشد.

در مطالعات کنترل بار فرکانس عملکرد واحد BES را می‌توان به صورت یک تابع تبدیل درجه اول به فرم زیر و به همراه یک محدود کننده جهت محدود سازی توان تزریقی(مشخص کننده توان نصب شده ذخیره‌ساز در ناحیه) ، تقریب زد [64]:

که در آن  تغییرات فرکانس،  خروجی توان واحد BES،  بهره واحد تولیدی و  ثابت زمانی واحد BES می‌باشد،  و .

3-5- الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات

کنترل خودکار تولید با بازگرداندن فرکانس شبکه و توان انتقالی خطوط به مقدار نامی و برنامه ریزی شده در پی بروز اغتشاشی در بار، نقشی مهّم در سیستم‌های قدرت بر عهده دارند.

پس از بروز انحرافی در بار، برای از بین بردن انحراف ماندگار فرکانس شبکه و باز گرداندن آن به مقدار نامی، حلقه کنترل فرکانس ثانویه می‌بایست با بهره‌هایی بهینه، پاسخگوی این نیاز باشند. در این مرحله، بهره‌های کنترلر انتگرال‌گیر حلقه ثانویه توسط تکنیک بهینه‌سازی نوسان ذرات بهینه شده اند.

این الگوریتم در ابتدا توسط کندی [68]معرفی شد. با بهره گرفتن از این تکنیک پاسخ‌های با کیفیتی با خصوصیات همگرایی پایدار در زمانی کمتر فراهم می‌شود. این تکنیک از ذراتی استفاده می‌کند که نماینده پاسخ‌های بالقوه برای مسئله به حساب می آیند. تمام ذرات با سرعت معینی در فضای جستجو به حرکت در می آیند. موقعیت ذره  ام  نام دارد و سرعت این ذره در تکرار  به صورت زیر تعریف می شوند:

که در آن  تکرار،  تعداد ذرات،  وزن لختی است که به صورت خطی با روند تکرار الگوریتم کاهش می‌یابد،  و  ثابت‌های مکان،  و  شماره‌هایی تصادفی که به صورت یکنواخت از 0 تا 1 انتخاب می‌شوند،  تکرار الگوریتم،  بهترین موقعیت قبلی ذره  ام و  موقعیت بهترین ذره است. در هر تکرار پاسخ بهینه در سلول  جایگذاری می گردد. با ادامه روند بهینه‌سازی و در انتهای تکرار‌ها  پاسخ مسئله خواهد بود. شکل 3-19روند اجرای الگوریتم را نشان می‌دهد.

شکل 3- 19روند اجرایی تکنیک PSO

3-6- شبکه ترکیبی

با توجه به برنامه های کنترلی پیشنهادی جهت مشارکت تولیدات بادی و خورشیدی و همچنین ذخیره سازها در کنترل فرکانس، میتوان مدل کنترل بار فرکانس سیستم دو ناحیه ای قدرت شکل2-8 را در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر و ذخیره سازی باتری به صورت شکل 3-20 به روز کرد.

شکل 3- 20 بلوک دیاگرام سیستم دو ناحیه ای قدرت در حضور مزرعه بادی DFIG و مزرعه خورشیدی و ذخیره ساز باتری

در این شکل تولیدات بادی در ناحیه 1 مستقر شده و با بهره گرفتن از سیگنال ورودی تغییرات فرکانس در کنترل فرکانس شرکت داده می شود. تولیدات خورشیدی نیز در ناحیه 2 نصب شده و با تغییرات فرکانس ناحیه 2 در کنترل فرکانس شرکت دارند. علاوه بر این دو ذخیره ساز های نصب شده در دو نو ناحیه نیز متناسب با حجم نصب شده در ناحیه ظرفیت جدیدی برای مشارکت در کنترل اولیّه فرکانس پدید می آورند.

3-7- جمع بندی

در این فصل ابتدا تاثیرات ورود تولید بادی DFIG به شبکه دو ناحیه ای قدرت مدل شد. نشان داده شد که جایگزینی تولید بادی به جای تولید متداول به معنای کاهش لختی و توانایی تنظیم فرکانس شبکه خواهد بود. در ادامه با بهره گرفتن از مدل توربین بادی 3.6 مگاواتی جنرال الکتریک، ایده استفاده از انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین بادی مورد توجه قرار گرفت کنترلری جهت استخراج این انرژی و معنا بخشیدن به مفهوم لختی توربین بادی عنوان شد. در کنترلر پیشنهادی با بروز انحرافی در فرکانس، این تابع کنترلی فعال شده و توان اکتیو کوتاه مدتی را برای شبکه از طریق جذب انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین تا رسیدن سرعت پره به مرز پایینی سرعت مجاز تأمین می کند. این توان موقت علاوه بر سطح توان تولیدی بادی است. این توان اکتیو موقت با مقدار تغییرات فرکانس و همچنین نرخ تغییرات فرکانس سیستم متناسب است. پس از رسیدن فرکانس به سطحی قابل قبول و یا رسیدن سرعت چرخش روتور توربین بادی به سرعت کمینه، این حلقه کنترلی غیر فعال می شود.

در ادامه سیستم کنترلی جدید برای سیستم خورشیدی در شبکه دو ناحیه ای قدرت مورد استفاده قرار گرفت. طرح کنترلی پیشنهاد شده برای استفاده از تولید خورشیدی در سیستم دو ناحیه ای قدرت در نظر گرفتن سطحی بین 0 تا مقدار بیشینه توان قابل تأمین از طرف تولید خورشیدی به صورتی که ظرفیت مازادی در دسترس بوده باشد. برای این ظرفیت رزرو سیستمی مشابه سیستم دروپ واحد های تولید متداول عنوان شد. متناسب با تغییرات فرکانس و ثابت دروپ سیستم خورشیدی، خروجی واحد خورشیدی تغییر می کند. این تغییر توان متناسب با اعمال ولتاژ مشخصی به اینورتر ها و قسمت الکترونیک قدرت شبکه است. این بخش با یک تابع تبدیل درجه اول با ثابت زمانی نسبتاً کوچکی مدل شد. کنترلر پیشنهادی متناسب با تغییرات فرکانس و ضریب نفوذ تولید بادی در کنترل فرکانس اولیّه شرکت می کند.

در ادامه ساختار داخلی ذخیره ساز باتری به اختصار بیان شد. مدلی جهت شرکت ذخیره ساز باتری در کنترل فرکانس عنوان شد. جهت بهینه سازی پارامتر های سیستم قدرت از الگوریتم هوشمند بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده می‌شود. قواعد حاکم بر این تکنیک بیان شد. در انتها با توجه به نکات مطروحه در باب مشارکت تولیدات بادی و خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس و حضور ذخیره‌سازها، مدل سیستم قدرت به روز شد. در فصل آینده با توجه به مدل کنترلی بیان شده نتایج شبیه سازی بیان می گردد.

فصل چهارم: شبیه سازی و ارائه نتایج

4-1- مقدمه

در این فصل با توجّه به حضور تولیدات انرژی تجدیدپذیر در شبکه،  پاسخ دینامیکی شبکه در حضور ضریب مشخّصی از تولید بادی و یا تولید خورشیدی و یا هر دو همزمان، بدون بکار بردن برنامه‌های کنترلی جهت کنترل فرکانس و با بکار بردن آنها مورد مقایسه قرار می‌گیرند. اثر استفاده از ذخیره‌ساز‌ها در حضور همزمان تولید بادی DFIG با پشتیبانی موقّت  توان اکتیو و تولید خورشیدی با اعمال کنترلر دروپ فرکانس طی چند سناریو بررسی شده و ضریب نفوذ بهینه‌ای برای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر تعیین می‌شود. برای داشتن پاسخ فرکانسی مطلوب و از بین بردن خطای حالت ماندگار بهره‌های کنترلر انتگرال‌گیر حلقه کنترلی ثانویه توسط الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات، بهینه شده و نتایج

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

، فرکانس حاصله به اندازه کافی با فرکانس‌های تشدید فاصله داشته باشد. هرگونه افت فرکانس سبب کاهش سرعت توربین شده و مرز مضارب سرعت با فرکانس‌های تشدید را کم می‌‎کند. بر اثر نزدیک شدن سرعت توربین به یکی از این فرکانس‌های تشدید، دامنه ارتعاشات توربین افزایش می‌یابد و خطر بروز تشدید زیر سنکرون را افزایش می‌دهد [1].

از آن جا که تغییر فرکانس شبکه نتیجه وجود عدم تعادل بین توان تولیدی و مصرفی (به اضافه ی تلفات) است، هر گونه اقدام اصلاحی تغییر سطح تولید و یا مصرف را در پی دارد. برای حفظ فرکانس شبکه راهکارهایی وجود دارند که در زیر به بعضی از آنها اشاره می‌شود:

1. واحدهای آبی و یا گازی واکنش سریع که قادرند طی زمان محدودی (در چند دقیقه) وارد مدار شده و کمبود شبکه را جبران سازند.
2. استفاده از ظرفیت آزاد نیروگاه‌ها (رزرو گردان) که مستلزم عملکرد صحیح سیستم کنترل سرعت توربین، موسوم به گاورنر است. ثابت زمانی پاسخ گاورنر در نیروگاه‌های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال واحد‌های بخاری که در آن تغییر سریع فشار دیگ بخار مجاز نیست، نیازمند چند ده دقیقه زمان جهت تنظیم بارند. با عملکرد گاورنر نیروگاه‌های شبکه، اضافه بار متناسب با تنظیم دروپ سیستم گاورنر سرعت، بین واحد‌های تولیدی توزیع می‌شود.
3. از آنجا که توان مصرفی شبکه به سطح ولتاژ آن وابسته است، می‌توان با کنترل ولتاژ شبکه ی توزیع تا حدی تقاضای بار را کنترل کرد. کاهش ولتاژ توزیع منجر به تغییر در بار خانگی می‌گردد. اعمال این تغییرات از طریق تغییر تپ چنجر ترانسفورماتور‌های شبکه میسّر است و نیازمند محدوده زمانی در حدود چند دقیقه است.
4. یکی دیگر از راه‌های حفظ فرکانس سیستم، حذف بار است. حذف بار یکی از سریع‌ترین راه‌های جبران کمبود توان حقیقی در سیستم قدرت به حساب می‌آید. فاصله زمانی صدور فرمان حذف بار تا انجام آن بسیار محدود بوده و در واقع زمان عملکرد کلیدهای قدرت شبکه تعیین کننده سرعت عمل حذف بار است. زمان لازم برای عملکرد کلید قدرت معمولاً چند سیکل الکتریکی است. صدور فرمان می‌تواند به صورت دستی توسط بهره بردار شبکه و یا توسط مکانیزمی هوشمند و خودکار صادر می‌شود. حذف بار دستی جهت افت ماندگار فرکانس شبکه صورت می‌گیرد و میزان آن در حدود 5% است. حذف بار دستی در واقع زمانی عمل می‌‎کند که ذخیره گردان یا واحد‌های راه اندازی سریع، در کوتاه مدت قادر به جبران عامل افت فرکانس نباشند و وضعیت شبکه به حالت هشدار وارد شده باشد. در برابر حذف بار دستی از حذف بار خودکار برای حذف لااقل چند ده درصد بار شبکه در زمانی بسیار کوتاه استفاده می‌شود. زمان عملکرد حذف بار خودکار مجموع زمان تشخیص افت فرکانس و زمان قطع کلید قدرت است و حداکثر چند ده سیکل الکتریکی به طول می انجامد.

از میان روش‌های فوق، از رزرو گردان در حضور واحد کنترل فرکانس برای جبران نوسانات فرکانسی شبکه که دارای دامنه ای محدود هستند، استفاده می‌شود. در این حالت معمولاً تعادل توان با عملکرد گاورنر واحدهای تولیدی شبکه برقرار می‌شود. حذف بار دستی و کنترل ولتاژ شبکه پس از رسیدن سیستم به وضعیت پایدار مورد استفاده قرار می‌گیرند و به صورت عمده خطاهای ماندگار شبکه را اصلاح می‌کنند. حذف بار خودکار هر چند سریع‌ترین مکانیزم محسوب می‌شود اما آخرین راه حل برای پاسخ به عدم توازن توان حقیقی شبکه است. این راه حل تنها زمانی انتخاب می‌شود که عدم تعادل به قدری بزرگ باشد که گاورنر‌ها فرصت لازم برای پاسخ به آن را نداشته باشند. در این حالت فرکانس شبکه به سرعت افت می‌‎کند و از محدوده ی مجاز کار دائمی خارج می‌شود. با رسیدن وضعیت شبکه به آستانه ی خطر، این مکانیزم سریعاً بار اضافی سیستم را حذف می‌‎کند. مهّم‌ترین اشکال این روش آنست که هزینه ی حفظ انسجام سیستم و حفظ پایداری، قطع برق و انرژی الکتریکی و ضرر مالی منتج به آنست.

افزایش ضریب نفوذ انرژی تجدیدپذیر در سیستم قدرت شاید به معنی ارتقای عدم قطعیت‌ها، موانع جدید در بهره برداری و پیدایش سوال‌های جدید در باب چگونگی کنترل این منابع در کنار ساختار‌هایی مانند کنترل خودکار تولید به نظر آید. سوال مهّمی که در بدو امر نظر مخاطب را به خود معطوف می‌دارد این است که در صورت افزایش ضریب نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه، ملزومات کنترل خودکار چگونه با شرایط جدید مطابقت داده می‌شوند؟

اثرات ورود این منابع با ضریب نفوذ بالا در شبکه را، باید در چهارچوب‌های زمانی مناسب دید. در چهارچوب‌های زمانی چند ثانیه تا چندین دقیقه، قابلیّت اطمینان کلی سیستم قدرت تماماً بوسیله ادوات کنترلی خودکار و سیستم‌های کنترلی نظیر کنترل خودکار تولید، سیستم گاورنر سرعت ژنراتور‌ها و سیستم‌های تحریک آنها، پایدارسازهای سیستم قدرت، تنظیم کننده‌های خودکار ولتاژ، رله‌ها و برنامه‌های ‌حفاظتی مخصوص و سیستم‌های تشخیص و عملیاتی خطا در شبکه کنترل می‌شوند. در چهار چوب زمانی چند دقیقه تا یک هفته، بهره‌برداران سیستم می بایست تولید توان را به نحوی مدیریت نمایند تا با برقراری سطحی منطقی و اقتصادی از قابلیّت اطمینان، تولید نیروگاهی را با توجّه الگوی بار مصرف کنندگان و همچنین قیود عملیاتی شبکه تطبیق دهند.

واحدهای تولیدی انرژی تجدیدپذیر باید ملزومات فنی لازم جهت کنترل ولتاژ و فرکانس را در خود داشته باشد و نیز در صورت بروز شرایط هشدار در شبکه از خود انعطاف لازم را نشان دهند. در کنار آن واحدهای تولیدی انرژی تجدیدپذیر می باید سرعت عمل لازم جهت ایزوله ساختن واحد تولیدی در صورت بروز وضعیتی بحرانی در شبکه را از در خود ملحوظ دارد. آنها باید به عنوان عضوی از شبکه الکتریکی به صورت موثری فرمان پذیر باشند و به خصوص بتوانند در زمان بروز اغتشاشی در شبکه زمانیکه امنیت شبکه برق در معرض خطر باشد از خود انعطاف لازم را نشان دهند. ضریب نفوذ بالای تولیدات تجدیدپذیر به خصوص در مکان‌هایی دور از مراکز بار و تولیدات متداول انرژی، خطر اضافه بار بر روی خطوط انتقال توان را افزایش می‌دهد و در نتیجه بازنگری در طراحی شبکه و احیاناً اضافه نمودن خطوط ارتباطی جدید جهت پیش گیری از بروز اضافه بار بروی ارتباطی را طلب می‌‎کند. علاوه برآن به روز کردن کد‌های شبکه در حضور ضریب بالای تولیدات تجدیدپذیر نیز ضروری به نظر می‌رسد.

1-3- ساختار مطالعاتی پایان‌نامه

برای غلبه بر موانع نامطلوب در استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر باد و خورشید با ضریب نفوذ بالا در شبکه چند ناحیه ای قدرت، داشتن برنامه کنترلی مناسب جهت کنترل فرکانس شبکه ضروری است. از اینرو موضوعی که این پایان‌نامه سعی در پوشش آن دارد، به کنترل فرکانسِ تولید بادی و تولید خورشیدی و مشارکت آنها در کنترل اولیّه فرکانس باز می‌گردد. به طور کلی می‌توان حوزه ی دید کار حاضر را در چند بند زیر خلاصه کرد:

1. ارائه طرح کنترلی جدیدی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس ناحیه در سیستم چند ناحیه ای قدرت.
2. مشارکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس.
3. پیشنهاد برنامه کنترلی مناسب جهت استخراج انرژی جنبشی ذخیره شده در جرم چرخان توربین، در پی بروز اغتشاش باری در شبکه و کمک گرفتن از این توان اضافی جهت کم کردن افت اولیّه فرکانس در پی بروز آن انحراف بار در سیستم چند ناحیه ای قدرت.
4. مشارکت دادن تولید بادی DFIG در کنترل اولیّه فرکانس .
5. بررسی پاسخ دینامیکی سیستم دو ناحیه قدرت متشکّل از واحد‌های حرارتی در حضور تولید خورشیدی/بادی/ هر دو، در سیستم قدرت.
6. استفاده از ذخیره‌ساز‌های انرژی برای کاهش نوسانات توان خروجی در سمت تولید بادی و برای کمک به قابلیّت تنظیم فرکانس و جلوگیری از بروز تغییرات شدید توان در سمت تولید خورشیدی.
7. بهینه‌سازی بهره انتگرال‌گیر‌های کنترل تکمیلی دو ناحیه، ضرایب نفوذ بهینه تولیدات تجدیدپذیر(جهت تأمین سطح بهینه ای از پشتیبانی فرکانس) و همچنین تعیین ظرفیت ذخیره‌ساز در دو ناحیه، برای داشتن کمترین نرخ تغییرات فرکانس دو ناحیه و توان انتقالی خط واسط دو ناحیه.

به این صورت می‌توان مطالبی را که در فصل‌های بعدی بیان می‌شود، سازماندهی کرد. در فصل دوم پیشینه تحقیق مفصلاً بررسی می‌گردد. در فصل سوم به مطالعه و بررسی چگونگی استحصال توان بادی بوسیله DFIG پرداخته می شود. ایده ی استفاده انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین بادی و تزریق آن به شبکه جهت کاهش افت اولیّه فرکانس در زمان وقوع افزایش باری در شبکه مورد توجّه قرار می‌گیرد. در ادامه ساختار اصلی واحد تولید خورشیدی معرفی می‌شود. پس از آن برنامه کنترلی مناسبی جهت شرکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس بیان می‌شود. فصل چهارم به ارائه نتایج شبیه سازی اختصاص دارد. سیستم دو ناحیه ای حرارتی به عنوان مدل پایه در نظر گرفته می‌شود و پاسخ دینامیکی آن به انحراف بار در هر ناحیه شبیه سازی می گردد. اثر ورود تولید DFIG به شبکه با ضریب نفوذ مشخّصی در حضور برنامه کنترلی جهت پشتیبانی موقّت توان اکتیو و بدون حضور آن، بررسی می‌شود. تاثیرات ورود تولید خورشیدی با ضریب نفوذ بالا در شبکه در حضور استراتژی کنترلی پیشنهادی و عدم حضور آن بررسی می‌شود. در مرحله آخر تاثیرات توأماً ورود تولیدات باد و خورشید، در حضور برنامه‌های کنترلی مربوطه شان و در نبود آنها با مدل اصلی مقایسه می‌شود. در گام بعد با احتساب اثر ورود ذخیره‌ساز پارامترهای مهّم شبکه بهینه‌ می گردند. در فصل پنجم، اقدامات صورت گرفته جهت مطالعه تأثیرات ورود تولیدات بادی DFIG و تولید خورشیدی به شبکه جمع بندی شده و در انتها گام‌ها و پیشنهادهای ممکن در ادامه ی مسیر حاضر بیان می شوند.

فصل دوم: کنترل خودکار تولید

2-1- تعریف مسئله

سیستم قدرت ذاتی غیر خطی و متغیّر با زمان دارد. برای بررسی و تحلیل پاسخ فرکانسی سیستم قدرت نسبت به اغتشاشات کوچک بار می‌توان از مدل خطی شده ی سیستم استفاده کرد. اگرچه که در مطالعات پایداری دینامیکی شبکه، مطالعات کنترل ولتاژ و فرکانس را نمی‌توان مستقل از هم در نظر گرفت، ولی با توجّه به این که دینامیک‌های موجود در پاسخ فرکانسی سیستم در قیاس با دینامیک‌های ولتاژ و زاویه روتور بسیار کندتر عمل می‌کند، می‌توان برای مطالعات پایداری دینامیکی، مطالعات کنترل فرکانس و کنترل ولتاژ و زاویه روتور را در حالت پایدار شبکه، به صورت مستقل از هم در نظر گرفت.

پاسخ ژنراتورهای سنکرون شبکه به تغییرات فرکانس را می‌توان به سه مرحله تقسیم بندی کرد [2]:

• ابتدا به ساکن پس از تشخیص عدم توازن در سیستم، روتور‌های ژنراتورها انرژی آزاد و یا جذب می کنند و این مسأله باعث تغییر در فرکانس سیستم می‌گردد. به این مرحله کنترلی اصطلاحا پاسخ اینرسی گفته می‌شود.
• زمانی که تغییرات فرکانس از مقدار معینی بیشتر شد، کنترل کننده‌ها برای تغییر توان ورودی به سیستم فعّال می‌شوند و این مرحله را اصطلاحاً کنترل اولیّه فرکانس می‌نامند. این مرحله کنترلی حدود 10 ثانیه پس از وقوع حادثه آغاز و تا 20 ثانیه پس از آن نیز استمرار می‌یابد.
• پس از آن که کنترل کننده‌های موجود اغتشاش بوجود آمده را اصلاح کردند، سیستم مجدّداً متعادل می‌گردد؛ اگرچه که فرکانس سیستم از مقدار نامی خود فاصله دارد. در این مرحله واحدهای تولید شبکه وظیفه باز گرداندن فرکانس سیستم به مقدار نامی آنرا بر عهده می‌گیرند. این مرحله کنترلی را کنترل ثانویه فرکانس می نامند. این مرحله از 30 ثانیه پس از زمان بروز اغتشاش شروع شده و می‌تواند تا 30 دقیقه پس از آن نیز ادامه یابد.

در یک توربین ژنراتور، رفتار دینامیکی کلی بار-تولید و انحراف فرکانس به صورت زیر بیان می‌شود:

که در آن  انحراف فرکانس،  انحراف توان مکانیکی و  میزان تغییرات بار می‌باشد. ثابت اینرسی با  و ثابت میرایی با  نشان داده شده ‌است. با گرفتن تبدیل لاپلاس از معادله ی فوق، رابطه زیر حاصل می‌شود:

می‌توان معادله فوق را به صورت بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل (2-1) نمایش داد.

شکل 2- 1 بلوک دیاگرام مدل توربین ژنراتور

 همچنین برای مدلسازی گاورنر، می‌توان از مدل ساده شده ی شکل (2-2) استفاده کرد.

شکل 2- 2 مدل ساده شده ی گاورنر

دقت شود که در شکل (2-2)،  معرف دروپ گاورنر،  ثابت زمانی گاورنر و  رفرنس مرجع بار است. مدل ساده شده ی توربین نیز به صورت شکل (2-3) در نظر گرفته شده ‌است.

شکل 2- 3 مدل ساده شده ی توربین

علاوه بر این، مدل باز گرمکن توربین‌های بخاری را می‌توان با بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل (2-4) مدل کرد:

شکل 2- 4 مدل توربین باز گرمکن

بنابر این بلوک دیاگرام حلقه اولیّه کنترل بار فرکانس صورت شکل (2-5) در خواهد آمد.

شکل 2- 5 مدل خطی و ساده شده کنترل فرکانس سیستم قدرت

برای مدل کردن کنترل فرکانس یک سیستم ایزوله یا جزیره ای می‌توان کل مجموعه را به صورت شکل 2-5 در نظر گرفت. مدل ارائه شده می‌تواند به عنوان مدل پاسخ فرکانسی معادل برای کل سیستم در نظر گرفته شود. در مدل جدید  و  مجموع  و ‌ های آن ناحیه می‌باشد.

در یک سیستم جزیره ای، تنظیم خطای انتقال توان بین ناحیه ای جزو وظایف کنترل بار فرکانس نیست. تنها وظیفه کنترل بار فرکانس باز گرداندن فرکانس آن ناحیه به مقدار نامی است. برای این که بتوان مدل شکل (2-6) را به یک سیستم قدرت چند ناحیه ای تعمیم داد، بایستی مفهوم ناحیه کنترلی به گونه ای تعریف شود که در برگیرنده گروهی از ژنراتورهای همپا باشد. همپایی به این مفهوم است که همه ی ژنراتورها نسبت به تغییرات بار جهت یکسانی داشته باشند. ضمنا در هر ناحیه، کنترل بار فرکانس برای تمام آن ناحیه فرض شود.

یک سیستم قدرت چند ناحیه ای از نواحی کنترلی مجزایی تشکیل یافته است که به وسیله خطوط انتقال به یکدیگر متصل شده‌اند. انحراف فرکانس در هر ناحیه، نه تنها ناشی از تغییرات بار آن ناحیه است، بلکه تغییرات توان انتقالی خطوط بین ناحیه ای نیز در آن تاثیرگذار است.

شکل 2- 6 مدل کنترل بار فرکانس سیستم چند ماشینه

کنترل فرکانس در هر ناحیه نه فقط مسئول کنترل فرکانس همان ناحیه است، بلکه مسئولیت کنترل توان انتقالی خطوط ارتباطی با نواحی دیگر را نیز باید برعهده گیرد. بنابراین در یک سیستم چند ناحیه ای قدرت، بایستی تأثیر خطوط انتقال توان بین ناحیه ای را در مدلسازی کنترل بار فرکانس در نظر داشت. در شکل (2-7) یک سیستم دو ناحیه ای نشان داده شده ‌است.

شکل 2- 7 شماتیک کلی سیستم دو ناحیه ای قدرت

در این شکل رابطه بین توان انتقالی از خطوط ارتباطی بین دو ناحیه طبق رابطه (2-3) حاصل می‌شود:

که در آن  و  ولتاژ‌های نواحی کنترلی 1 و 2 بوده و  و  زاویه‌های بار ماشین‌های معادل نواحی 1 و 2 می‌باشد. منظور از  راکتانس خط بین ناحیه ای می‌باشد.

 با خطی سازی رابطه  (2-3)  حول نقطه کار   و  خواهیم داشت:

که در آن  گشتاور سنکرون کننده نام داشته و برابر است با:

با بهره گرفتن از تابع تبدیل  خواهیم داشت:

در یک سیستم چند ناحیه ای علاوه بر تنظیم اولیّه فرکانس ناحیه، کنترل مکمل بایستی انحراف توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای را نیز به صفر برساند. با افزودن یک کنترلر انتگرال‌گیر به این حلقه کنترلی، این اطمینان حاصل می‌شود که اولاً انحراف موجود در فرکانس و دوماً توان انتقالی خطوط در حالت ماندگار به صفر می‌رسد. سیستم کنترلی که دو هدف عمده فوق پوشش می‌دهد را اصطلاحاً کنترل خودکار تولید می نامند. کنترل خودکار تولید با اضافه کردن یک سیگنال کنترلی جدید در حلقه کنترلی فیدبک صورت می پذیرد. همانگونه که در معادله (2-7) آید، سیگنال کنترلی مذکور که سیگنال خطای ناحیه نامیده می‌شود، ترکیبی خطی از تغییرات فرکانس ناحیه به انضمام تغییرات توان انتقالی خطوط انتقالی می‌باشد:

که در آن  ضریب بایاس ناحیه (رابطه 2-8)،  تغییرات فرکانس ناحیه و  تغییرات توان خطوط انتقالی است. بلوک دیاگرام نهایی شبکه قدرت که درآن کنترل اولیّه و ثانویه فرکانس لحاظ شده ‌است در شکل (2-8) آمده است.

معمولاً پیشنهاد می‌شود، ضریب  به صورت زیر انتخاب شود:

در رابطه فوق  مشخّصه دروپ و  ضریب حسّاسیت بار نسبت به تغییرات فرکانس می‌باشد. شکل 2-8 چگونگی اعمال کنترل تکمیلی یا ثانویه را نشان می‌دهد.

تاثیر تغییرات بار محلی و توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای، در مدل شکل (2-8) به خوبی در نظر گرفته شده ‌است. هر ناحیه کنترلی، توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای و فرکانس ناحیه ی خود را در مرکز کنترل ناحیه خود کنترل می‌‎کند. سیگنال  بعد از محاسبه، وارد کنترل کننده ی واحد دیسپتچ می‌شود. سیگنال کنترلی تولیدی به عنوان رفرنس بار به توربین گاورنر مورد نظر اعمال می‌شود. بنابر این دیاگرام کنترلی پیشنهادی می‌تواند اهداف اولیّه کنترل بار فرکانس را برآورده ساخته و مقدار توان عبوری از خطوط و همچنین فرکانس ناحیه را به مقدار مشخّص شده برگرداند. 

فرض کنید در یک ناحیه کنترلی شاهد تغییر بار به مقدار  باشیم. افزایش بار سیستم باعث کاهش فرکانس سیستم می‌شود. می‌توان مقدار اولیّه این انحراف را تابع عوامل زیر دانست:

• انرژی جنبشی موجود در قسمت گردان ماشین‌ها (لختی)
• تعداد ژنراتورهایی که دارای کنترل اولیّه می‌باشند و ظرفیت رزرو موجود در این واحد‌های

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

ی

انحراف ماندگار فرکانس در حالت دائمی، تابع دامنه اغتشاشات وارده و مشخّصه پاسخ فرکانسی شبکه می‌باشد. مشخّصه فرکانسی سیستم تابع مسائل زیر است:

• مشخّصه دروپ تمام ژنراتورهای ناحیه که در تأمین بار مشارکت دارند.
• حسّاسیت بار به تغییرات فرکانس سیستم در ناحیه مورد نظر.

به طور کلی عدم تعادل بین تولید و مصرف همواره در سیستم قدرت به صورت لحظه ای و دائم وجود دارد. کمتر بودن فرکانس از مقدار نامی نشان دهنده کسری تولید در شبکه است و بالعکس. در عمل حتی بدون وجود خطا در سیستم، بار به صورت پیوسته تغییر می‌‎کند. انحراف فرکانس از مقدار نامی کنترل اولیّه را فعّال می‌کند. کنترل اولیّه باعث ایجاد یک فرکانس جدید و متفاوت از فرکانس نامی (همراه با خطای حالت ماندگار) در ناحیه می‌شود. از آنجائیکه در یک سیستم قدرت، هر ناحیه کنترلی بر اساس توازن بار در ناحیه خود در کنترل بار فرکانس شرکت می‌‎کند، عدم تعادل بین بار و تولید در هر ناحیه باعث تبادل توان بین نواحی کنترلی شده و انحراف از مقدار برنامه ریزی شده را در پی دارد.

شکل 2- 8 مدل خطی سیستم دو ناحیه ای قدرت با حلقه کنترلی تکمیلی [2]

وظیفه کنترل ثانویه که همان کنترل خودکار تولید نامیده می شود، حفظ توازن توان در تمام ناحیه‌های کنترلی به صورتی است که مقدار فرکانس برابر مقدار نامی و همچنین میزان توان انتقالی خطوط برابر با میزان توان انتقالی برنامه ریزی شده آن باشد.

علاوه بر این دو حلقه کنترلی، کنترل ثالثیه ای نیز وجود دارد که عملکرد آن کند تر از کنترل‌های اولیّه و ثانویه است. ساختار کنترل ثالثیه به نحوه ی مدیریت شبکه و قوانین آن وابستگی دارد. به عنوان مثال، در ساختار سنتی، بهره بردار سیستم پس از انجام پخش بار اقتصادی، مقادیر جدید نقطه کار واحد‌های تولیدی را تعیین می کرد. در واقع، کنترل ثالثیه میزان توان تولیدی واحدها و نقاط بار گذاری آنها را به گونه ای تعیین می‌‎کند که با برقراری توازن میان توان تولیدی اکتیو و راکتیو واحدها با میزان مصرف آنها  (به علاوه تلفات شبکه) و ضمن رعایت قیود شبکه، هزینه بهره برداری نیز کمینه شود.

ورود منابع انرژی تجدیدپذیر در مقیاس بالا اثرات پر رنگی بر قابلیّت کنترل فرکانس سیستم قدرت و سیستم‌های کنترل خودکار همانند دیگر سیستم‌های کنترلی و بهره برداری خواهد داشت. این اثرات در سال‌های آتی که ضریب نفوذ تولیدات تجدیدپذیر روند صعودی به خود می‌گیرد نیز افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، اکثر منابع انرژی تجدیدپذیر که مورد بهره برداری قرار گرفتند فاقد قابلیّت‌های تنظیم فرکانس می‌باشند. شاید این خصیصه کمک مشخّصی به قابلیّت تنظیم فرکانس شبکه به حساب نیاید، بلکه نیاز به داشتن توان کافی هنگام بروز اغتشاشی در شبکه و برقراری تعادل تولید-مصرف را دوچندان می‌‎کند. ساختار کنترل فرکانس در آینده، می‌بایست از انعطاف عمل و هوشمندی بیشتری برخوردار بوده تا بتواند این اطمینان خاطر را فراهم آورد که به صورت پیوسته توازن لازم میان تولید و مصرف را در شبکه در پی بروز تغییر در بار شبکه و همچنین نوسانات توان تولیدی منابع تجدیدپذیر برقرار نماید.

برای رسیدن به این مطلوب، بهره‌برداران شبکه می بایست اطلاعات و الگوهای دقیق تولید تجدیدپذیر و بار را در دست داشته باشند. امروزه توازن تولید-مصرف در یک سیستم قدرت بوسیله کنترل خروجی منابع تولید متداول (و نه تولید تجدیدپذیر) جهت دنبال کردن الگوی بار مد نظر قرار دارد. با ورود منابع انرژی تجدیدپذیر به نظر می‌رسد از سهم ظرفیت در دسترس کنترل خودکار تولید در برقراری تعادل تولید و مصرف (کنترل بار فرکانس) کاسته شود. در نتیجه می‌توان توقع داشت که در آینده ای نزدیک، کنترل خودکار تولید سهم مهّمی در برقراری مجدّد توازن تولید-مصرف در چهار چوب زمانی کوتاه مدت (چند ثانیه تا چندین دقیقه) و اداره کردن خطای پیشبینی بار و تولید متداول، بازی کند. از این رو، بسیار ضروری است بهره‌برداران و طراحان شبکه بروی استراتژی‌های کنترلی بازنگری‌های لازم را به عمل آورند و به صورت نسبی مرز‌های عملکرد، قابلیّت‌ها و تکنولوژی‌های لازم را برای ارتقای کیفیت توان تحویلی، به روز نمایند.

2-2- پیشینه تحقیق

2-2-1- وضعیت فعلی استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر

امروزه لزوم استفاده ازمنابع انرژی تجدیدپذیر در بسیاری از کشورهای دنیا به اثبات رسیده است. رشد استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در پاسخ به پدیده گرمایش جهانی و نیاز به داشتن منبع سوخت امن و ارزان، دلیلی بر این مدعاست. منابع انرژی تجدیدپذیر در حال حاضر بیش از 14% نیاز به انرژی کل دنیا را فراهم می‌آورد  [3].

در حال حاضر، تکنولوژی استحصال انرژی بادی بیشترین سهم از بکارگیری منابع انرژی تجدیدپذیر در سیستم قدرت را به خود اختصاص داده است. پیش بینی می‌شود تا سال 2015 تولید جهانی آن به بیش از 300 گیگاوات رسد. اینگونه پیش بینی شده ‌است که ضریب نفوذ تولید بادی در کل دنیا، تا سال 2020 به  8% کل مقدار توان تولیدی برسد. اتحادیه اروپا نیز رهیافت به ضریب نفوذ 20% را در پایان سال 2020 میلادی در افق چشم انداز خود قرار داده است [4]. به گفته سازمان انرژی بادی اروپا، ظرفیت تولیدی توان بادی به مقدار 180 گیگاوات ارتقا یابد [5]. دپارتمان انرژی ایالات متحده نیز رسیدن به ضریب نفوذ 6% استحصال انرژی بادی در پایان سال 2020 اعلام داشته است [6].

در میان تمامی مصادیق تولید پراکنده، تولید خورشیدی نیز به سبب داشتن خصوصیات دوستدار محیط زیست (سبز)، کاهش افزایشی قیمت ماژول خورشیدی و همچنین مشوّق‌های مالی دولت‌ها به سرعت در حال پیشرفت می‌باشند [7] [8]. فعّالیت‌های متنوعی در جهت استفاده از انرژی خورشیدی، باتری‌ها و واحدهای ذخیره‌ساز انرژی انجام یافته است. گزارش‌های منتشره در سال 2011 حاکی از این مطلب است حجم عظیمی از سیستم‌های متصل به شبکه در کشور‌های توسعه یافته نظیر ایالات متحده، آلمان و ژاپن مورد بهره برداری قرار گرفته اند و همچنین برنامه‌های احداث چندین واحد دیگر در سرتاسر جهان در دستور کار قرار دارند [9] [10]. هدف گذاری ژاپن در پایان سال 2010 نصب ظرفیت 28 گیگاوات پانل‌های خورشیدی بوده است [11]. سامسونگ به تازگی اعلام داشته با امضای قراردادی قصد ساختن واحد خورشیدی 100 مگاواتی را دارد که اولین فاز از یک مجموعه 500 مگاواتی به حساب می‌آید [12]. رشد بازار برق منابع انرژی تجدیدپذیر در کشورهای آسیایی نیز چشمگیر بوده است. بر اساس نرخ رشد فعلی، اتحادیه صنعتی منابع انرژی تجدیدپذیر چین، ظرفیتی نزدیک به 50 گیگاوات را تا سال 2015 پیش بینی کرده‌است [13]. به نظر می‌رسد هند نیز نرخ رشد نصب منابع استحصال توان بادی خود را حفظ نموده است. در کره، منابع انرژی تجدیدپذیر نیز رو به رشد است. دولت جایگزینی 5 % تولید متداول با منابع انرژی تجدیدپذیر را تا سال 2011 در دستور کار قرار داده بود [4].

پس از چند سال کاهش نرخ رشد، بازار برق انرژی تجدیدپذیر اقیانوسیه نیز جانی تازه یافته است. در استرالیا، دولت رسیدن به سقف 20% استفاده از این منابع را تا پایان 2020 مبنا قرار داده است. همچنین اروپا، آمریکای شمالی، آسیا بالاترین نرخ افزایش به میزان ظرفیت منابع تجدیدپذیر را دارا هستند. خاور میانه، آفریقای شمالی و آمریکای لاتین نیز ظرفیت منابع تجدیدپذیر نصب شده خود را افزایش داده اند. ظرفیتهای جدیدی در ایران، مصر، مراکش، تونس و برزیل گزارش شده‌اند [13].

2-2-2- نقش تولید خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه

از آنجا که هزینه ی نصب و راه اندازی اولیّه مزارع خورشیدی نسبتاً بالا بوده و منبع انرژی رایگان در اختیار دارند، مزارع خورشیدی جهت دریافت حداکثر بازگشت مالی عموماً به گونه ای مورد بهره برداری قرار می گیرند که بیشینه مقدار توان[1] استحصال گردد [14]. با افزایش ضریب نفوذ مزارع خورشیدی، علاوه بر ظرفیت تنظیم فرکانس (که عموماً توسط ژنراتورهای سنکرون تأمین می‌شود) لختی شبکه کاهش می‌یابد، که خود عاملی در جهت انحراف بیشتر فرکانس در قبال اغتشاش وارده به سیستم به شمار می‌رود [15]. از سوی دیگر با ادامه ی روند کاهش قیمت پنل‌های خورشیدی و بالطبع تسریع روند افزایش ضریب نفوذ سیستم‌های خورشیدی در شبکه قدرت، نیاز به داشتن سرویس‌های‌جانبی مهّم نظیر کنترل فرکانس و ولتاژ بیش از پیش رخ می نماید [16].

رویکردهای متنوعی در بهره‌برداری از تولید خورشیدی موجود است. سه رویکرد عمده را می‌توان اینگونه نام برد [17]:

1. یک رویکرد متداول جهت کنترل فرکانس تولید خورشیدی به این صورت است که تولید خورشیدی به صورت MPPT تولید شود و به وسیله سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی (ESS) نوسان‌های توان تولیدی خروجی نیروگاه خورشیدی کاهش یابد [18] [19] [20] [21]
2. نصب و راه اندازی بانک بار مجازی (بار اضافی) جهت جذب توان مازاد[20].
3. بهره‌برداری از نیروگاه خورشیدی در حالت توزیع توان بوسیله استراتژی‌های حبس تولید تعمّدی (deliberate curtailment) .
4. استفاده از ذخیره‌سازهای حجیم نظیر تلمبه ای-ذخیره ای، ذخیره‌سازهای باتری یا هوای فشرده، جهت ذخیره انرژی خورشیدی در طول روز و مصرف آن در شب.

چندین تحقیق جهت کمینه کردن اثرات نامطلوب اتصال ژنراتور خورشیدی به شبکه ایزوله، که به صورت MPPT مورد بهره برداری قرار گرفته، ارائه شده ‌است [22] [23] [24] [25] [26] [27]. درین مقالات متداول ترین روش اعمالی جهت کنترل فرکانس، استفاده از ذخیره‌سازهای انرژی برای نرم کردن توان خروجی، تنظیم فرکانس و در نظر گرفتن ظرفیتی رزرو برای ژنراتور خورشیدی بوده است. هیچکدام از روش‌های ذکر شده توان کنترل خروجی ژنراتور خورشیدی هنگام تغییرات بار را ندارند و هیچ گونه استراتژی کنترلی جهت شرکت دادن واحد تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس سیستم ارائه نمی‌کنند. در [28] شبکه ای ترکیبی از تولید خورشیدی و باد در نظر گرفته شده ‌است. در این مقاله روشی برای کنترل هر چه بهتر باتری جهت نرم کردن اغتشاشات توان خروجی تولید بادی و خورشیدی پیشنهاد شده ‌است. در مرجع [21] با بهره گرفتن از منطق فازی و در نظر گرفتن تغییرات فرکانس، نرخ تغییرات فرکانس و تغییرات تابش خورشیدی الگویی برای تعیین خروجی ژنراتور خورشیدی در جهت کاهش نوسانات فرکانسی پیشنهاد شد. نتایج حاصله با نتایج حاصل از روشMPPT به همراه استفاده از ذخیره‌ساز باتری مقایسه شد. در [20] یک بار مجازی در نظر گرفته شده که در زمان اضافه تولید ژنراتور خورشیدی توان مازاد را مصرف می‌کند و زمانی که کمبود تولید وجود داشته باشد، از مدار خارج می‌شود.

با توجّه به رویکرد مورد توجّه قرار گرفته در [29] می‌توان دریافت، موازنه ای بین جنبه اقتصادی بهره‌برداری از واحد خورشیدی و همچنین قابلیّت تنظیم فرکانس شبکه می‌تواند صورت پذیرد در جهتی که تولید خورشیدی توانایی شرکت در کنترل اولیّه فرکانس شبکه را داشته باشد. وقتی تولید خورشیدی به صورت MPPT مورد بهره برداری قرار می‌گیرد هیچ گونه ظرفیت آزادی برای شرکت در کنترل فرکانس نخواهد داشت. به این دلیل که ظرفیتی برای افزایش تولید در این صورت متصور نخواهد بود. ولی اگر سطح توان تولیدی خورشیدی در مقدار بهینه ای از تولید تعدیل گردد، ظرفیتی در دست خواهد بود که با بهره گرفتن از آن واحد خورشیدی می‌تواند سهمی در کنترل اولیّه فرکانس را بر عهده گیرد. به عبارت دیگر می‌توان با داشتن سیستم کنترلی مناسب نظیر سیستم دروپ واحد‌های تولید متداول، مشخّصه دروپی برای تولید خورشیدی در نظر گرفت. بدین ترتیب با بهره گرفتن از این استراتژی با در دست داشتن داشتن شدّت تابش خورشیدی و درجه حرارت محیط و تعیین سقف بیشینه تولید خورشیدی در چهارچوب زمانی کوتاه مدت،  محدوده ای مطلوب جهت بهره‌برداری واحد خورشیدی تعیین نمیود بطوریکه با بهره گرفتن از آن تعادل میان تولید-مصرف (به همراه تلفات) را مجدّداً برقرار نمود. گرچه در این استراتژی کنترلی نیازی مبرم به استفاده از منابع ذخیره‌ساز انرژی محسوس نیست، اما می‌توان به کمک منابع-ذخیره‌ساز‌های توان بالا، مدیرت توان ذخیره شده ی رزرو را بهبود بخشید. با بهره گرفتن از ذخیره‌سازهایی با پاسخ سریع نظیر ذخیره‌ساز باتری می‌توان علاوه بر پوشش موارد فوق، می‌توان ظرفیت جدیدی نیز برای کمک به قابلیّت تنظیم فرکانس شبکه متصور بود [30].

2-2-3- حضور تولید بادی در کنترل فرکانس

از دیگر سو با افزایش حجم تولید بادی و با افزایش ضریب نفوذ توربین‌های بادی در شبکه قدرت ارائه خدمات جانبی نظیر کنترل فرکانس آنها نیز بیش از پیش حائز اهمیت خواهد شد. معمولا نگاه غالب بر این است که حضور تولید بادی حجیم در شبکه و جایگزینی آن به جای تولید متداول، موجب کاهش ظرفیت و تاثیرگذاری تنظیم فرکانس شبکه خواهد شد. پیشرفت‌های اخیر [31] [32] [33] [34] در جهت افزایش ظرفیت‌های کنترلی توربین‌های بادی سرعت-متغیّر نشان داده است که استفاده هرچه بیشتر از تولید بادی نه تنها به معنای کاهش لختی شبکه و توانایی کنترل فرکانس شبکه نخواهد بود، بلکه تحت شرایطی شرکت داده شدن آنها در کنترل فرکانس شبکه را میسّر نموده و سبب افزایش استحکام[2] چنین سیستمی نیز خواهد شد. تحقیقات اولیّه نشان داده است می‌توان از انرژی جنبشی ذخیره شده در پره و قسمت چرخان توربین بادی در کوتاه-مدّت جهت کنترل اولیّه فرکانس بهره جست [34]. توانایی پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو تولید بادی برای تقویت عملکرد کنترل اولیّه فرکانس در [35] مورد مطالعه قرار گرفته است. حلقه کنترلی اضافی جهت تطبیق نقطه مرجع گشتاور[3] به عنوان تابعی از تغییرات فرکانس و همچنین نرخ تغییرات فرکانس به منظور تسهیل استفاده از لختی پنهان برای استفاده در شبکه فراهم آورده است. همانطور که در [31] عنوان شده ‌است، می‌توان با کنترل لختیِ مولّد DFIG از طریق کنترل تکمیلی لختی پاسخ مناسبی، بوسیله تخلیه انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین‌های بادی به عنوان منبع توان اضافی و موقّت  در کنار تولید بادی دریافت نمود. آزاد شدن انرژی موجود در توربین بادی با این شیوه در قیاس با توربین بادی سرعت-ثابت بیشتر خواهد بود. همانطورکه در [32] آمده است، اثر لختی DFIG کاملاً نامعلوم نیست. این اثر به کنترلر جریان روتور وابسته می‌باشد. کنترلر پیشنهادی در [33] براحتی توانسته است به صورت کاملاً پویا، بردار شار القایی روتور DFIG را جهت جلوگیری از بروز تغییرات ناگهانی ولتاژ خروجی کنترل کند. نتیجه استفاده از چنین کنترلری کاهش افت فرکانس ناشی از بروز این اغتشاشات و تلفات ناشی از آن می‌باشد. این پیشرفت‌ها ایده استفاده کسری از انرژی ذخیره شده در توربین DFIG برای پشتیبانی توان حقیقی کوتاه مدت را میسّر می‌سازد، پشتیبانی که در صورت بروز اغتشاشی نظیر تغییر بار، در جهت کاهش افت فرکانس در شبکه مثمر ثمر خواهد بود [36]. در این مرجع با بهره گرفتن از DFIG و پیشنهاد حلقه کنترلی جدید در کنترل اولیّه فرکانس، تولید بادی پشتیبانی توان حقیقی اضافی و موقّت  مزرعه بادی در کنار تولید متداول من جمله حرارتی و آبی در یک سیستم دو ناحیه ای قدرت مورد توجّه قرار گرفت. در این مرجع با بهره گرفتن از برنامه کنترلی ارائه شده، متناسب با ضریب نفوذ ژنراتور بادی و همچنین درصد مشخّصی از پشتیبانی توان حقیقی توسط DFIG و با توجّه به جنس تولید ناحیه (حرارتی یا آبی و یا هر دو) پاسخ گذرای فرکانسی و توان انتقالی خطوط بهبود یافته اند. تحقیقات دیگری نیز جهت کمینه کردن اثرات سوءِ تولید بادی بر شبکه نیز صورت پذیرفته است [37].

2-2-4- استفاده از ذخیره‌سازها

انواع ذخیره‌سازها نظیر ذخیره‌ساز ابررسانای مغناطیسی[4] و همچنین ذخیره‌ساز دو سوی خازنی برای کنترل خروجی تولید بادی پیشنهاد شده‌اند. اثرات سوء تغییرات توان تولیدی نیروگاه بادی بر کنترل فرکانس شبکه در [38] [39]مورد مطالعه قرار گرفته است. در [40] با بهره گرفتن از ذخیره‌سازی انرژی جنبشی (لختی[5] موجود در پره و ماشین) شرکت تولید بادی در کنترل اولیّه فرکانس مورد مطالعه قرار گرفته است. در مرجع [41] روشی برای تعیین سقف مجاز نوسانات تولید بادی در حضور تولید حرارتی عنوان شده ‌است. همچنین با بهره گرفتن از تکنیک‌های مُدال[6] تاثیرات دینامیکی تولید بادی بر کنترل فرکانس اولیّه و ثانویه (تکمیلی) مورد مطالع قرار گرفت است [42] [43] تحقیقات مشابه دیگری نیز جهت مطالعه و بررسی تاثیرات RESs بر بهره‌برداری از شبکه و کنترل ثانویه صورت پذیرفته است [44] [45] [46].

2-3- جمع بندی

در این فصل ابتدا به تبیین مبانی کنترل خودکار تولید پرداخته شد. ورود منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه در مقیاس بالا منوط به برقرار ماندن توانایی شبکه جهت کنترل مطلوب فرکانس عنوان شد. در ادامه مطالب، سابقه تحقیق مورد بررسی قرار گرفت. در بخش کنترل فرکانس سیستم های خورشیدی، عمدتاً توانایی لازم برای کنترل فرکانس شبکه از طریق استفاده از ذخیره ساز ها صورت می پذیرد. علاوه بر آن در اکثر مطالعات صورت گرفته، واحد خورشیدی فاقد کنترلی جهت شرکت در  کنترل فرکانس است. در بخش تولیدات بادی مطالعات اخیر نشان می دهد رویکرد غالب  جهت کنترل فرکانس شبکه، استفاده از انرژی ذخیره شده در جرم چرخان (پره) توربین در صورت لزوم برای ایجاد قابلیت کنترل اولیّه فرکانس می باشد. نشان داده شد اگرچه که این توانایی موقتی و متناسب با انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین است، این انرژی پنهان قابل آشکارسازی و الحاق به شبکه است.

در فصل بعدی ایده های جدیدی برای کنترل بهت

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

ر فرکانس در حضور همزمان تولید بادی و خورشیدی با ضریب نفوذ بالا در شبکه عنوان می شود.

فصل سوم: کنترل فرکانس تولید بادی و خورشیدی

3-1- مقدمه

در این فصل ساختار‌های واحد تولید انرژی بادی ژنراتورهای دوسو تغذیه (DFIG) و همچنین پانل خورشیدی و همچنین استراتژی‌های کنترلی مورد نیاز آنها جهت مشارکت در کنترل فرکانس بررسی می گردند. همانطور که ذکر شد با افزایش ظرفیت نفوذ تولید بادی، شبکه با کاهش ظرفیت پشتیبانی تنظیم فرکانس مواجه می‌شود. اگرچه طرح‌های کنترلی برای بهبود کنترل فرکانس در ادامه معرفی می‌شود، اما در حضور تولید بادی با ضریب نفوذ بالا، تغییرات غیر قابل پیش بینی تولید بادی و علاوه بر آن با ورود همزمان تولید خورشیدی به شبکه، استفاده از ذخیره‌سازهای توان برای بهبود مرز‌های پایداری سیستم اجتناب ناپذیر می نماید. در ادامه مدلی مناسب جهت استفاده ذخیره‌ساز باتری در کنترل فرکانس بیان می‌شود. جهت بهینه‌سازی پارامترهای مرتبط با کنترل فرکانس شبکه، از الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات استفاده می‌شود. در انتهای فصل مختصراً الگوریتم بهینه‌سازی نوسان ذرات شرح داده می‌شود.

3-2- مشارکت تولید بادی ژنراتور القایی دو سو تغذیه در تنظیم فرکانس شبکه

در کنار افزایش ضریب نفوذ بادی در سیستم قدرت، نقش آنها در سرویس‌های جانبی نظیر کنترل فرکانس اهمیّت بیشتری می‌یابد. در حقیقت پس از جایگزینی تولید بادی با توربین بادی سرعت متغیّر و یا تولید خورشیدی به جای تولید متداول، لختی سیستم (جرم چرخان) نیز کاهش خواهد یافت. این جایگزینی نرخ تغییرات فرکانس را افزایش و مقاومت سیستم در قبال اغتشاشات وارده به شبکه را کاهش می‌دهد. اما تحقیقات اخیر نشان داده است، اگر کنترل مطلوبی بر توربین‌های مدرن بادی سرعت متغیّر صورت پذیرد، با وارد شدن نیروی بادی به شبکه لزوماً لختی شبکه کاهش نخواهد یافت [47] [48] [49] [50] [51] . ایده کار، به کار بردن انرژی چرخشی ذخیره شده در پره‌های توربین بادی جهت پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو می‌باشد. توربین بادی سرعت متغیّر با سیستم کنترلی انعطاف پذیر مبتنی بر اصول الکترونیک قدرت مورد توجّه قرار گرفته‌اند. در نتیجه توان الکتریکی خروجی توربین بادی مدرن سرعت متغیّر بسته به فرکانس شبکه می‌تواند تغییر پیدا کند و در نتیجه پشتیبانی فرکانسی کوتاه مدت برای شبکه محیّا خواهد بود.

در مرجع [47] نشان داده شده که اثر لختی توربین بادی از نوع ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) بسته به خصوصیات پارامترهای کنترلر جریان روتور، از دید شبکه پنهان نیست. با داشتن کنترلر جریانی آهسته تر پاسخ لختی از سیستم ژنراتور القایی دو سو تغذیه قابل استحصال است. تحقیقات صورت گرفته در گزارش [48]، احتمال آزادسازی انرژی جنبشی در توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی دو سو تغذیه بوسیله با اضافه کردن یک حلقه کنترلی جدید و حسّاس به فرکانس شبکه را به خوبی نشان می‌دهد. مقدار انرژی جنبشی آزاد شده بدین طریق در قیاس با آزاد سازی انرژی جنبشی در توربین بادی سرعت ثابت بیشتر خواهد بود. در سال 2004 سهم این نوع توربین‌ها از کل بازار تولید بادی جهان نزدیک به 60% بوده است [52].

 نتایج مشابهی در [49] به ثبت رسیده است. طرح مشابهی (سیگنال کنترلی اضافی وابسته به فرکانس شبکه) به منظور بدست آوردن پاسخ لختی سیستم ژنراتور القایی دو سو تغذیه در [50] [51] مورد توجّه قرار گرفته است. گزارش‌های اخیر، ایده استحصال بخشی از انرژی چرخشی موجود در قسمت چرخان توربین بادی جهت پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو را با اصلاح کنترلر گشتاور توربین بادی، که می‌تواند عامل مثبتی در جهت کاهش افت فرکانسی اولیّه سیستم پس از بروز کسری تولید یا افزایش بار در شبکه می‌باشد را در ذهن تداعی کند.

صبغه کار حاضر استفاده از مقدار بیشینه پشتیبانیِ موقّت توانِ اکتیوی است که با آزادسازی انرژی چرخشی پره‌های گردان یک توربین بادی چند مگاواتی دسترس قرار می گیرد (موجود در بازار برق – GE 3.6 MW  ). در این تحقیق شرکت دادن و مشخّص نمودن کاربرد پشتیبانی کوتاه مدت توان اکتیو، به صورت خاص، در یک شبکه دو ناحیه ای حرارتی مورد توجّه قرار گرفته است.

ابتدا مقدار انرژی قابل استخراج از توربین‌ها با کمک گرفتن از مدل یک توربین بادی نمونه بوسیله استحصال توان اکتیو اضافی به صورت موقّت  از آن و در نظر گرفتن مدت زمانی که طول می‌کشد تا سرعت توربین به مرز کمینه سرعت کاری خود برسد، مشخّص می‌گردد. در مرحله بعد، بر اساس این اطلاعات (اینکه چه مقدار افزایش در توان اکتیو حاصل از توربین بادی برای چه مدت متناسب با سرعت وزش باد پابرجاست)، تابع کنترلی ساده ای در کنترل توربین بادی به کار برده شده ‌است و سهم آن در کاهش افت اولیّه فرکانس پس از کسر تولید در یک سیستم حرارتی، مشخّص می‌شود.

3-2-1- کنترل فرکانس توربین بادی سرعت متغیّر

در خلال عملکرد یک توربین بادی، مقداری انرژی در توربین و ژنراتور وجود دارد که کاملاً با ژنراتورهای متداول قابل قیاس است [51]. این انرژی جنبشی می‌تواند در خلال بروز اختلاف تولید و بار در شبکه چه به سبب افزایش بار یا کمبود تولید جهت تأمین پشتیبانی توان اکتیو موقّت  بکار برده شود. توربین بادی سرعت ثابت مستقیماً به شبکه متصل میشود و سرعت چرخشی آنها نمی‌تواند آزادانه تغییر کند. در سوی دیگر، توربین بادی سرعت متغیّر  معمولاً واسطه ای متشکّل از ادوات الکترونیک قدرت دارد که آنرا از شبکه جدا می کند. توربین‌های بادی سرعت متغیّر به گونه ای طراحی شده‌اند تا بتوانند سرعت چرخش خود را در محدوده وسیع تری در خلال بهره برداری تغییر دهند. این کار امکان به کار گرفتن انرژی چرخشی موجود در توربین-ژنراتور را جهت تأمین پشتیبانی موقّت توان اکتیو در زمان بروز اغتشاشی در فرکانس شبکه بدست می‌دهد.

3-2-2- مدل توربین بادی

در پایان‌نامه حاضر توربین بادی سرعت متغیّر  با واسط الکترونیک قدرت جهت استحصال انرژی بادی حاصل از DFIG مورد استفاده قرار گرفته است. مدل منتشر شده ای از توربین بادی تجاری چند مگاواتی سرعت متغیّر در شبیه سازی این پایان نامه مورد استفاده قرار گرفته که از مراجع [53] [54] اقتباس گردیده است. بلوک دیاگرام مدل توربین بادی در شکل 3-1 نشان داده شده ‌است.

شکل 3- 1 بلوک دیاگرام مدل توربین بادی سرعت متغیّر [35].

همانطور که در رابطه (3-1) آمده است، سرعت مرجع  ، بر اساس توان الکتریکی ‌اندازه گیری شده  تولید می‌شود:

توان مکانیکی تولید شده  تابعی از سرعت باد ، سرعت روتور  و زاویه پره  می‌باشد:

که در آن  چگالی هوا،  محیط تحت پوشش پره در هوا،  مقدار بهینه  در  می باشد.

مقادیر ضریب تأثیر قدرت   در چند جمله ای از درجه 4 متشکّل از  (نرخ سرعت پره) و  به منظور بیان ریاضی منحنی‌های  گنجانده شده ‌است. این چند جمله ای عبارتست از:

مقادیر ضرایب  در [35] در دسترس است.  به صورت زیر  تواند بیان شود:

که در آن  سرعت روتور در واحد مبنا،  سرعت باد به ،  سرعت مبنای روتور به  و  شعاع روتور به متر است.

وقتی توان کمتر از 0.7 مبنای واحد است، مرجع سرعت بوسیله رابطه (3-1) محاسبه می‌شود. برای توان‌های بالاتر از 0.7 مبنای واحد، سرعت در مقدار 1.2 مبنای واحد ثابت می‌ماند. وقتی توربین بادی به محدودیت‌های حد بالای تولید توان خود می‌رسد، سرعت گردش روتور بوسیله کنترلر زاویه و با تغییر زاویه پره  کنترل می‌شود. سرعت روتور با بهره گرفتن از معادله لختی مدل تک-جرم معادل توربین-ژنراتور محاسبه می‌شود. معادله لختی از توان مکانیکی استخراج شده از نیروی بادی  و همچنین توان الکتریکی تزریق شده به شبکه  برای محاسبه سرعت روتور استفاده می‌کند. معادله لختی روتور به صورت زیر بیان می‌شود:

که در آن  و  به ترتیب گشتاور مکانیکی و الکتریکی می‌باشد. اگر به جای ،  گذاشته و دو طرف در  ضرب شوند، داریم:

جهت مطالعه بیشتر در باب مدل مورد مطالعه می‌توان به مراجع [53] [54] مراجعه کرد.

منحنی‌های  توربین بر اساس رابطه (3-3) برای زاویه‌های مختلف شیب پره همانطور که در مراجع [53] [54] ذکر شده ‌است در شکل 3-2 رسم شده‌اند.

شکل 3- 2 منحنی‌های C_p برای زاویه‌های پره متفاوت

توان و سرعت روتور توربین محاسبه و در شکل 3-3 رسم شده‌اند.

شکل 3- 3 توان و سرعت روتور توربین به عنوان تابعی از سرعت باد

3-2-3- مقدارسنجی انرژی چرخشی قابل دسترسی از توربین-ژنراتور

به منظور سنجش میزان انرژی قابل استخراج از توربین بادی، قدرتی که به شبکه تزریق می‌شود به صورت موقّت به مقدار  بالاتر از مقدار حالت مانگار آن  (که برای سرعت باد مشخّصی است) افزایش می‌یابد. به این منظور برای سرعت وزش کم و متوسط باد، کنترلر سرعت غیر فعّال شده و نقطه مرجع توان به صورت مستقل همانطور که در شکل 3-4 نشان داده شده ‌است، تنظیم می‌شود.

مقدار انرژی بادی قابل استحصال قبل از رسیدن سرعت توربین به سرعت کمینه برای سرعت‌های متفاوت وزش باد محاسبه شده ‌است. این محاسبات به منظور تعین میزان پشتیبانی اضافی توان اکتیو یک توربین بادی سرعت متغیّر در سرعت مشخّصی از وزش باد (مضاف بر مقدار حالت ماندگار توان الکتریکی تزریقی توربین به شبکه در آن سرعت) همان انرژی مازادی که از انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین-ژنراتور  بدست می‌آید و همچنین به منظور مشخّص نمودن مدت زمان تداوم چنین پشتیبانی قبل از رسیدن سرعت توربین به محدودیت سرعت کمینه آن، صورت پذیرفته است.

شکل 3- 4 مدل توربین بادی سرعت متغیّر برای وزش باد با سرعت‌های کم و متوسط (کنترلر زاویه غیر فعّال شده است) [35]

شایان ذکر است، محاسبات تنها نیازمند به در دست داشتن مقادیر ثابت لختی معادل توربین-ژنراتور بادی ، منحنی  برای کمینه مقدار  و همچنین اطلاعات منحنی سرعت روتور توربین بادی بر اساس سرعت باد می‌باشد. این محاسبات ساده می‌تواند مشخّص نماید که چه میزان توان اکتیو اضافی قابل استحصال در مزرعه بادی موجود است که می‌تواند قابلیّت تزریق به شبکه جهت مطالعات پایداری سیستم قدرت گسترده و به صورت خاص، کنترل بار-فرکانس را داشته باشد.

توجّه به این نکته ضروری است، تغییر در توان الکتریکی برابر با   به این معنی است که خروجی الکتریکی از توربین بادی، ، معادل است با  مبنای واحد(  بیشتر از مقدار حالت ماندگار برای این سرعت باد که برابر است با   مبنای واحد می‌باشد). توان اضافی  در مبنای واحد از طریق جذب بخشی از انرژی چرخشی موجود در توربین-ژترانور تأمین می‌شود.

شکل3-5 توان مکانیکی جذب شده توربین بادی از انرژی باد را برای سرعت‌های مختلف وزش باد ( 6-11  ) نشان می‌دهد. متذکر می‌شود شکل این منحنی‌ها شدیداً به مقدار  توربین وابسته می‌باشد. همانطور که از شکل مشهود است، زمانیکه توان مکانیکی جذب شده بیشینه است، در هر سرعت باد به خصوصی سرعت روتور بهینه ای وجود دارد. این مطلب مبیّن این موضوع است عملکرد معمولی توربین بادی منوط به شرایطی است که توربین در نقطه بیشینه منحنی  مورد بهره برداری قرار بگیرد. در این شکل مطلب بوسیله به هم پیوستن نقاط پیداست.

شکل 3- 5 توان مکانیکی تأمین شده از طرف DFIG برای سرعت‌های مختلف باد (B=0)

به غیر از بهره برداری در این سرعت‌های بهینه روتور، توان مکانیکی جذب شده به صورت قابل توجّهی افت می‌کند. زمانیکه محدودیت بیشینه سرعت روتور حاصل می‌شود، با افزایش سرعت باد نقطه فعّالیت در صفحه  به سمت بالا رانده می‌شود (جهت حرکت در شکل3-2 ).

انرژی چرخشی قابل استحصال از توربین-ژنراتور بر اساس مطالبی که در ابتدای بخش عنوان شد، محاسبه شده ‌است [35]. تعادل توان در خلال کاهش سرعت توربین بادی می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

که در آن  تفاوت بین توان مکانیکی جذب شده  و توان الکتریکی تزریقی به شبکه  (توان شتابدهنده) نام دارند. اگر توان ورودی مکانیکی  با خروجی توان الکتریکی توربین  در حالت ماندگار برابر باشد و  کاهشی در توان مکانیکی ورودی به توربین به سبب کاهش سرعت چرخشی و خروج از نقطه بهینه باشد با توجّه به ، معادله (3-7) را می‌توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

 مدت زمان تداوم تغییر ورودی پله ای در توان الکتریکی  است که می‌تواند مضاف بر حالت ماندگار آن  برای سرعت بار مشخّصی قبل از رسیدن به حد کمینه سرعت توربین  استحصال گردد.

سرعت روتور توربین بادی به صورت خطی با افزایش سرعت باد تا جایی افزایش می‌یابد  که از مرز بیشینه سرعت تجاوز ننماید (محدودیت بیشینه سرعت روتور برای این توربین 1.2 مبنای واحد می‌باشد). اگرچه کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین ، از مقدار بهینه ، با افزایش سرعت باد افزایش می‌یابد (شکل3-5)، افزایش در  با افزایش سرعت باد کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین را متوقف می‌سازد و با افزایش سرعت وزش باد، می‌توان افزایشی در  را انتظار داشت.

از سوی دیگر، وقتی محدودیت بیشینه سرعت فرا می‌رسد، سرعت چرخش  با افزایش سرعت وزش باد، با افزایش توان ورودی مکانیکی ، افزایش نمی‌یابد. در پی افزایش سرعت وزش باد و افزایش روند کاهشی در توان مکانیکی از مقدار بهینه خود،  با افزایش سرعت وزش باد افزایش می‌یابد و همچنین کاهشی در  مورد انتظار است.

انرژی چرخشی موجود برای سه مقطع مشخّص از سرعت وزش باد مورد سنجش قرار گرفته است:

• سرعت کم وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از 1.2 مبنای واحد است
• سرعت متوسط وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از 1.2 مبنای واحد و توان تولیدی کمتر از 1 مبنای واحد است.
• سرعت زیاد وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور و توان تولیدی به مقادیر بیشینه شان محدود شده‌اند (1.2 مبنای واحد و 1 مبنای واحد، به ترتیب) و زاویه شیب پره در مقدار بالاتری تنظیم شده ‌است.

سرعت کم وزش باد: شکل (3-6) مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توان الکتریکی  توربین بادی برای دو سرعت متفاوت وزش باد (7.5  و 10.1  ) قبل از رسیدن سرعت روتور به محدوده سرعت کمینه 0.7 مبنای واحد را نشان می‌دهد. همانطور که در شکل مشهود است مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توربین بادی، وقتی مقدار توان الکتریکی پله ای افزایش میابد، روند نزولی به خود می‌گیرد.

شکل 3- 6 مدت زمان تداوم افزایش توان پله ای موقت در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای سرعت‌های کم وزش باد

 در سرعت‌های بالاتر وزش باد، مدت زمان تداوم این افزایش موقّتی توان، در قیاس با سرعت‌های پایین وزش باد، کما اینکه انتظار می‌رود، بیشتر است. اگرچه که محدودیت کمینه سرعت توربین مورد بررسی GE 3.6 MW، 0.7 مبنای واحد در نظر گرفته شده ‌است، کاهش بیشتری نیز در سرعت روتور امکان پذیر است (0.5 مبنای واحد). در سرعت وزش باد 7.5  ، وقتی محدودیت کمینه سرعت، 0.5 مبنای انتخاب شود، توان اضافی معادل با 0.05 مبنای واحد برای مدت زمان 41 ثانیه متصوّر می‌باشد (در مقایسه با 36 ثانیه وقتی محدودیت کمینه سرعت 0.7 مبنای واحد در نظر گرفته شود) [35]. 

سرعت متوسط وزش باد: محاسبات مشابهی برای سرعت‌های وزش باد 10 تا 11  انجام شده ‌است که به ترتیب معادل با 0.85 و 1 مبنای واحد از توان تولیدی بادی است (شکل3-7). در سرعت وزش باد 10.5 ، پشتیبانی توان اکتیوی معادل با 0.05 مبنای واحد، به مدت 38 ثانیه، قبل از اینکه سرعت روتور به محدوده کمینه سرعت مجاز روتور برابر با 0.7 مبنای واحد برسد، متصوّر می‌باشد (در سر عت 10 ، این ظرفیت معادل 49 ثانیه می‌باشد). در سرعت وزش باد 11 ، این ظرفیت به 30 ثانیه کاهش پیدا می‌کند. همانطور که انتظار می‌رفت، مدت زمان تداوم این پشتیبانی با افزایش سرعت باد در مطقعی که سرعت وزش باد متوسط است، کاهش پیدا می‌کند.

شکل 3- 7 مدت زمان تداوم افزایش توان پله ای موقت در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای سرعت‌های متوسّط وزش باد

علی رغم کاهش ظرفیت جهت تأمین چنین پشتیبانی توان اکتیوی در سرعت‌های متوسط وزش باد، توربین بادی مورد بررسی براحتی توانایی تأمین توان اکتیو اضافی معادل با 0.1 مبنای واحد برای بیش از مدت 20 ثانیه، پیش از رسیدن سرعت روتور به محدوده ی کمینه سرعت مجاز روتور را داراست.

سرعت زیاد وزش باد: با افزایش سرعت وزش باد و در خلال وزش بادهای شدید، زمانی که سرعت توربین توسط کنترلر زاویه و با افزایش زاویه پره کنترل می‌شود، قدرت تولیدی به مقدار نامی آن محدود می‌شود. به عبارت دیگر، در خلال این وضعیت، افزایشی در خروجی الکتریکی  می‌تواند توسط مبدل الکترونیک قدرت فراهم گردد. البته با این شرط که درایو، ژنراتور و مبدل توانایی جذب این توان اضافی را در این زمان داشته باشند. در سرعت مشخّصی از وزش باد، افزایش در خروجی الکتریکی موقّتاً می‌تواند توسط افزایشی در ورودی توان مکانیکی بوسیله کنترلر زاویه (کاهش زاویه شیب) جبرانسازی شود. ذکر این نکته ضروری است، بسته به سرعت کنترلر زاویه، کاهش موقّتی در سرعت چرخش توربین ظاهر می‌گردد که منجر خواهد شد توربین بادی برای لحظاتی در سرعت بهینه نچرخد. این مسئله توان تولیدی بادی را پس از اعمال فرمان افزایش توان پس از میان رفتن افت فرکانس شبکه، برای لحظاتی کاهش خواهد داد. جنبه مهّم دیگر موضوع که قابل ذکر به نظر می‌رسد، مسائل مرتبط با

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9

ده‌های گذرای آئرودینامیکی کنترل زاویه می‌باشد. زمانیکه کاهشی در زاویه شیب پدید می‌آید، نیروی آئرودینامیکی از مقدار مثبت اولیّه خود با میزان فراجهش مشخّصی به مقدار مثبت بالاتری می‌رود [55] [56].  در نتیجه، حتی در خلال وزش بادهای شدید (سرعت وزش باد بالاتر از 11  )، پشتیبانی توان اکتیو اضافی نیز فراهم خواهد بود.

شکل 3-8 زاویه شیب لازم برای تأمین سطوح متفاوتی از پشتیبانی توان اکتیو را برای سرعت‌های مختلف وزش باد، نشان می‌دهد.

شکل 3- 8 زاویه شیب پره برای برداشت سطوح مختلف توان اکتیو در سرعت‌های بالای وزش باد

شایان ذکر است، تغییر کمی در زاویه شیب پره از مقدار ابتدایی خود برای میسّر نمودن پشتیبانی توان اکتیو اضافی در هر سرعت باد معینّی لازم به نظر می‌رسد. همچنین، تغییر در میزان زاویه شیب پره جهت دریافت یک سطح معین از پشتیبانی برای سرعت‌های وزش باد کمتر، کمتر خواهد بود.

البته، مقادیر نمودار‌های عنوان شده به ثابت لختی توربین بادی   و شکل منحنی  وابسته می‌باشد. ثابت لختی   و منحنی  برای انواع توربین‌ها متفاوت خواهد بود. در نتیجه مقادیر مورد نظر در اینجا می‌تواند متناسب با سازندگان مختلف توربین تغییر کند.

3-2-4- کاربرد پشتیبانی موقّت  توان اکتیو DFIG در کنترل فرکانس سیستم قدرت

شکل1-8 مدل خطی سیستم دو ناحیه ای قدرت را جهت انجام مطالعات کنترل بار فرکانس نشان می‌دهد. ناحیه کنترلی 1، ناحیه ای متشکّل از تولید حرارتی و همچنین تولیدی بادی سرعت متغیّر دو سو تغذیه DFIG را نشان می‌دهد. سیستم قدرت دو ناحیه ای حرارتی در اینجا مشابه سیستم قدرت ارائه شده در [2] می‌باشد. هر ناحیه متشکّل از یک واحد حرارتی با ظرفیت نامی 500 مگاوات می‌باشد. اطلاعات سیستم قدرت در جدول-1 در ضمیمه آمده است. پاسخ دینامیکی سیستم قدرت به انحراف باری معادل با 0.1 توان مبنای ناحیه 1 در حضور تولید بادی DFIG با ضریب نفوذ‌های مختلف، در نرم افزار Matlab/Simulink r2013a مورد بررسی قرار می‌گیرد. در بخش بعدی تغییرات بوجود آمده در لختی سیستم به سبب تغییر در ضریب نفوذ تولید بادی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

3-2-5- تغییر در تنظیم دروپ واحد‌های تولید بادی توسط DFIG بدون قابلیّت پشتیبانی فرکانس

ساختار اصلی تنظیمات دروپ مانند قبل ثابت است؛ افزایش ضریب نفوذ بادی، افزایشی در دروپ معادل (کاهشی در بهره معادل دروپ) را به همراه دارد. با داشتن ضریبی معادل با ، تنظیم دروپ به فرم بیان شده در معادله 3-9 تغییر می کند:

3-2-6- تغییر در ثابت لختی سیستم بدون پشتیبانی فرکانس از طرف تولید بادی

افزایش ضریب نفوذ تولید بادی منجر به جایگزینی بیشتر آن با تولید متداول گشته و به طبع آن لختی سیستم نیز کاهش می‌یابد. این وضعیت به بدتر شدن وضعیت تنظیم فرکانس شبکه در نبود هیچ گونه پشتیبانی فرکانسی از طرف DFIG می انجامد.

% ضریب نفوذ تولید بادی به معنای % کاهش در توان موجود در تولید متداول است. به این معنی که % از لختی شبکه کاسته شده و هیچگونه کنترل فرکانسی نیز در پی این جایگزینی تمهید نشده است. در نتیجه لختی سیستم به صورت زیر تغییر می‌کند:

در پی این تغییر و با افزایش ، لختی شبکه نیز کاهش می‌یابد و منجر به افت بیشتری در فرکانس می‌شود.

3-2-7- تغییر در تنظیم فرکانس و ثابت لختی سیستم در حضور سیستم پشتیبانی فرکانس

کنترلر سریع توان/گشتاور DFIG، فرکانس‌های الکتریکی و مکانیکی ماشین را از هم جدا می سازد و بدینوسیله عملکرد سرعت متغیّر آنرا فراهم می سازد. هر تغییری در سرعت سیستم در گشتاور و یا سرعت DFIG منعکس نمی‌شود؛ همانطوری که عملکرد ژنراتور-مبدل نیز مستقل از فرکانس شبکه است. در نتیجه، از دید شبکه، DFIG هیچ گونه لختی برای شبکه به همراه ندارد. هر چند که پاسخ لختی از طرف DFIG‌ها را می‌توان به کمک سیگنال‌های کنترلی کمکی فراهم کرد [47] [48] [49] [50] [51].

ثابت لختی اصلاح شده سیستم در حضور تولید بادی DFIG با ضریب نفوذ  و با پشتیبانی فرکانس را می‌توان به صورت زیر عنوان کرد:

سهم لختی مزرعه بادی ، همانطوری که توسط سیستم قدرت تجربه می‌شود، در زمانی که توربین‌های بادی پشتیبانی موقّت  توان اکتیوِ اضافی معادل با  با تخلیه انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین را فراهم می‌کنند، توسط رابطه3-12 بیان می‌شود:

که در آن:

برای یک تغییر بار پله ای  و ضریب نفوذ مشخّصی از تولید بادی ، لختی توربین‌های بادی موقّتاً به لختی شبکه اضافه شود. به عبارت دیگر با تحویل توان اضافی، علاوه بر توان حالت ماندگار تحویلی توربین‌های بادی به کنترلر مبدل پاور الکترونیک، با جذب انرژی ذخیره شده در قسمت چرخان توربین‌ها لختی شبکه نیز به نسبت افزایش می‌یابد.

سهم لختی توربین بادی ، بر اساس مدل تاخیری توربین- گاورنر که در [35] [57] بیان شده، بدست آمده است. ثابت لختی  مجدّداً می‌تواند برای ضریب نفوذ مشخّصی از تولید بادی و همچنین سطح مشخّصی از پشتیبانی موقّت توان اکتیو محاسبه شده و برای اصلاح ثابت لختی معادل سیستم، در معادله 3-10 وارد شود.

مجموع تاخیر زمانی  که در معادله 3-12 عنوان شد، بر اساس مدلی است که در [57] بیان شده است.  زمانی است که در آن بیشترین تغییر فرکانس پس از بروز اغتشاشی در بار پدید می‌آید. این تاخیر متشکّل است از ثابت زمانی گاورنر ، ثابت زمانی ناشی ازحرکت دریچه شیر بخار  و همچنین تأخیر ناشی از پاسخ توربین .

از اینرو، مجموع تاخیر زمانی ، برای هر واحد تولیدی منحصر به فرد می‌باشد. برای نیروگاه‌های حرارتی می‌توان تأخیر زمانی را به صورتی که در ادامه می‌آید، نتیجه گرفت:

• تأخیر زمانی مرتبط با گاورنر:
• تأخیر زمانی ناشی از حرکت دریچه شیر بخار :

• تأخیر ناشی از پاسخ توربین :

همانطور که عنوان شد، قابلیّت تنظیم فرکانس بر اساس رابطه 3-8 برای ضرایب نفوذ مختلف باد و شدّت باد، تغییر می‌کند. تغییر در لختی سیستم در ازای ضرایب مختلف نفوذ تولید بادی، متناسب با نقشی که تولید بادی در کنترل فرکانس شبکه می پذیرد، متفاوت است. تغییر لختی سیستم وقتی تولید بادی در کنترل فرکانس شرکت نمی‌کند مطابق رابطه 3-10 و وقتی در آن شرکت دارد برابر رابطه 3-11 تعیین می‌شود. با حضور تولید بادی DFIG بدون آنکه مدل جامع  DFIGدر آن وارد شود، مقادیر تخمینی تنظیم فرکانس و ثابت لختی شبکه در مدل خطی سیستم دوناحیه ای قدرت نشان داده شده در شکل 1-8 تغییر کرده و تاثیرات حضور سیستم کنترلی در آن در نظر گرفته می‌شود. جدول 3-1 مقادیر تخمینی تنظیم دروپ و لختی سیستم قدرت در حضور تولید بادی DFIG برای افزایش توان اکتیو معادل 0.05 توان مبنای مزرعه بادی در حضور ضرایب نفوذ متفاوت تولید بادی را نشان می‌دهد.

جدول 3- 1تغییر در تنظیم دروپ واحد های تولیدی و لختی سیستم برای ضریب نفوذ های متفاوت باد

3-2-8- کنترلر پیشنهادی برای پشتیبانی توان اکتیو از DFIG برای کنترل فرکانس

مشابه تولید متداول، توربین‌های بادی مقدار مشخّصی انرژی جنبشی در قسمت چرخان توربین خود ذخیره می کنند. در مورد توربین‌های بادی سرعت متغیّر این انرژی نقشی در کمک به لختی شبکه ندارد. زیرا ادوات الکترونیک قدرت حائل میان توربین بادی و شبکه، کوپلاژ میان سرعت چرخشی و فرکانس شبکه را از بین می‌برد. به عبارت دیگر حضور مبدل الکترونیک قدرت میان توربین بادی و شبکه، مفهوم لختی توربین‌های بادی را برای شبکه از میان می‌برد.

معمولاً، کنترلرهای توربین بادی سرعت متغیّر سعی می‌کنند توربین‌ها را در سرعت بهینه‌ای مورد بهره برداری قرار دهند تا بتوانند بیشینه توان را متناسب با آن استحصال کنند. کنترلر بر اساس سرعت و توان الکتریکی اندازه گیری شده، نقطه مرجع گشتاور را تعیین می‌کند.

همانطور که شکل (3-1) نشان می دهد نقطه مرجع گشتاور ، ورودی مبدل الکترونیک قدرت است که با کنترل کلیدزنی و تنظیم جریان خروجی مبدل، توان تحویلی به شبکه را تأمین می‌کند. برای بکار بردن انرژی و لختی توربین‌های بادی جهت تزریق توان اکتیو به شبکه و کمک به کنترل فرکانس، سیگنال کنترلی جدیدی مطابق با آنچه در شکل 3-9 در داخل خط چین نشان داده شده است، پیشنهاد می‌شود.

این سیگنال کنترلی در زمان تشخیص انحراف فرکانس در شبکه، کنترل اولیّه فرکانس توربین‌های بادی  DFIG را فعّال کرده و تغییر توان اکتیوی متناسب با تغییرات فرکانس سیستم  و همچنین نرخ تغییرات فرکانس شبکه  برای شبکه قدرت فراهم می‌آورد. اثر لختی توربین‌های بادی با ثابت کنترلر  و پشتیبانی کنترل اولیّه فرکانس نسبت مستقیم با  دارد. این افزایش توان علاوه بر مقدار توان تحویلی توربین‌های بادی قبل از بروز اغتشاش بار  بوده و با اعمال سیگنال کنترلی جدید انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین‌ها به این مقدار اضافه شده و مقدار جدیدی  را اخذ می کند. لازم به ذکر است بخاطر جذب انرژی جنبشی موجود در توربین‌های چرخان بادی جهت تزریق آن به شبکه، سرعت چرخش توربین‌ها از سرعت بهینه شان کاهش می‌یابد. نرخ کاهش سرعت توربین بادی به تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات آن وابسته است.

ذکر این نکته ضروری است، توان اکتیو اضافی DFIG، تنها در دوره ای گذرا در کنترل اولیّه فرکانس شرکت دارد. وقتی سیستم به حالت ماندگار جدیدی دست پیدا کرد که با حالت بهینه آن اختلاف دارد، نرخ تغییرات فرکانس توسط ثابت میراکنندگی بار و تنظیم دروپ سیستم تاثیر می پذیرد. کنترلر انتگرالگیر

شکل 3- 9 کنترلر پیشنهادی برای پشتیبانی فرکانس

حلقه ثانویه کنترل (AGC) سعی در از بین بردن خطای حالت ماندگار شبکه می کند و فرکانس شبکه و توان انتقالی خطوط را به مقدار نامی و از پیش مقرّر شده آن باز می‌گرداند. در نتیجه، سیگنال کنترلی اضافی ای که برای مبدل الکترونیک قدرت در نظر گرفته شده بود و به عنوان تابعی از تغییرات فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس عمل می‌کرد(شکل 3-9 )، غیرفعّال شده و عملکرد نرمال DFIG پیگیری می‌گردد تا مجدّداً سرعت چرخش توربین‌های بادی را به میزان بهینه آن باز گرداند و زمینه مشارکت‌های بعدی را فراهم کند.

3-3- مشارکت واحد های تولید توان خورشیدی در کنترل فرکانس شبکه

با توجّه به سابقه تحقیق مطرح شده در باب کنترل فرکانس سیستم‌های تولید انرژی خورشیدی که در فصل پیش آمد، مشخّص شد، جایگزینی تولید خورشیدی به جای تولید متداول مستقیماً لختی شبکه را کاهش می‌دهد. علاوه بر آن با توجّه به نوسانات تابشی خورشید، توان استحصالی از انرژی خورشید ثابت نبوده و با تغییر شدّت تابش خورشید، تغییر می‌کند. خصوصیاتی که استحصال انرژی توسط سیستم‌های خورشیدی به صورت MPPT به دنبال دارد، ویژگی‌های مطلوبی برای بهره‌برداری از تولید خورشیدی در مقیاس بالا نیست. ورود یک چنین منبع کنترل نشده‌ای به شبکه، بار اضافی برای سیستم‌های کنترل فرکانس به حساب می‌آید.

در این بخش ابتدا به چگونگی جذب انرژی خورشیدی توسط پانل‌های خورشیدی و معادلات مربوطه بیان می‌شود. در ادامه استراتژی کنترلی مناسبی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در کنترل اولیّه فرکانس بیان می‌شود. تاثیرات استفاده از یک چنین سیستم کنترلی بر روی سیستم قدرت مدل شده و ساختار کنترل فرکانس بار شبکه در حضور این کنترلر به روز می‌شود.

3-3-1- مشخّصات پانل‌های خورشیدی و مدلسازی آنها

در اینجا به صورت مختصر خصوصیات و مدل ماژول‌های خورشیدی بیان می‌شود [58]. ماژول خورشیدی، تجهیزی غیر خطی است که می‌توان آنرا همانطور که در شکل 3-10 آمده به عنوان منبع جریان در نظر گرفت.

با صرفنظر از مقاومت‌های سری داخلی ، می‌توان معادلات متداول  یک ماژول خورشیدی را به صورت بیان شده در رابطه 3-16 ذکر کرد:

شکل 3- 10 مدار معادل ماژول خورشیدی [21]

که در آن  و  به ترتیب جریان و ولتاژ خروجی ماژول خروجی می باشند.  جریان تولیدی تحت تابش خورشیدی،  جریان اشباع معکوس،  شارژ الکتریکی الکترون،  ثابت بولتزمن،   فاکتور ایده‌آلی دیود،  دمای ماژول خورشیدی (به کلوین)،  تعداد سلول‌های خورشیدی موازی و  جریان ذاتی شاخه مقاومت موازی ماژول خورشیدی است. همانطور که در معادله 3-17 فرمول بندی شده، جریان اشباع ماژول خورشیدی  با نوسانات دما تغییر می‌کند:

که در آن  جریان اشباع در دمای مرجع ،  انرژی باند خالی،  ضریب تاثیر دمای جریان اتصال کوتاه ماژول خورشیدی است. مقدار جریان شاخه‌های موازی به صورت زیر حاصل می‌شود:

که در آن  تعداد سلول‌های سری و  مقاومت موازی داخلی ماژول خورشیدی است.

شکل 3-11 ساختار کلی ژنراتور خورشیدی متصل به شبکه را نشان می دهد.

شکل 3- 11 ژنراتور خورشیدی متصل به شبکه

با توجه مدلسازی که بیان شد، در یک تابش مشخصی از خورشید و یک دمای معین، پانل‌های خورشیدی با توجه به ولتاژ نقطه کار خود توان جریان مشخصی را تولید می کند. این نقطه کار با توجه به ولتاژ  ماژول خورشیدی حاصل می شود. این ولتاژ از طریق رفرنس ولتاژ واسط الکترونیک قدرت به این ادوات اعمال می شود. برای یک ماژول خورشیدی معادلات بیان شده در 3-16 الی 3-19، در نرم افزار Matlab/Simulink r2013a مدل شده و به ازاء تغییرات رفرنس ولتاژ ماژول‌های خورشیدی، منحنی‌های  و  به ازاء تابش‌های مختلف خورشید برای دمای عادی محیط معادل با 300 درجه کلوین (27 درجه سانتیگراد)، در شکل‌های 3-12و 3-13 رسم شده اند. از این نمودار‌های اینطور استنباط می‌شود که آرایه‌های خورشیدی غیر خطی‌اند و نقطه کار آنها به شدّت با تغییر تابش خورشید و همچنین ولتاژ رفرنس تغییر می‌کند.

شکل 3- 12 منحنی V_I ماژول خورشیدی

شکل 3- 13 منحنی V_P ماژول خورشیدی

3-3-2- استراتژی کنترلی پیشنهادی برای مزرعه خورشیدی

همانطور که بیان شد می‌توان دینامیک سیستم قدرت متشکّل از چندین ژنراتور سنکرون را به فرم خطی شده زیر مدل کرد [2]:

که در آن  فرکانس سیستم در مبنای واحد،  و  به ترتیب توان مکانیکی و الکتریکی کل در مبنای واحد،  ثابت لختی به ثانیه و  عامل میراکننده در مبنای واحد است. به خاطر اینکه معمولاً ثابت زمانی بزرگی در ارتباط با دینامیک توان مکانیکی  وجود دارد (نظیر دینامیک بویلر)، در چهارچوب زمانی کوتاه مدت لختی سیستم نقشی مهّم در تعیین حسّاسیت فرکانس سیستم نسبت به عدم تعادل میان تولید و مصرف دارد. از طرفی عامل میراکننده تعیین کننده قابلیّت سیستم در جذب عدم تعادل توان و کم کردن تغییرات حالت ماندگار فرکانس سیستم دارد.

3-3-3- تغییر در تنظیم دروپ واحد‌های تولیدی در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ

ساختار اصلی تنظیمات دروپ مانند قبل ثابت است؛ افزایش ضریب نفوذ بادی، افزایشی در دروپ معادل (کاهشی در بهره معادل دروپ) را به همراه دارد. با داشتن ضریبی معادل با ، تنظیم دروپ به فرم بیان شده در معادله 3-21 تغییر می نماید:

3-3-4- تغییر در ثابت لختی سیستم در حضور تولید خورشیدی

همانند تولید بادی، در حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ  در شبکه معادله تعادل توان 3-19 کماکان برقرار است. ولی از آنجا که تولید خورشیدی هیچ جرم چرخانی ندارد و انرژی ذخیره شده ای در خود ندارد، حضور تولید خورشیدی با ضریب نفوذ   در شبکه منجر به کاهش لختی سیستم صورت معادله 3-22 می‌شود:

در چنین شرایطی اگر تولید خورشیدی سهمی در توانایی تنظیم فرکانس نداشته باشد، تغییرات بار در شبکه منجر به تغییرات شدیدتری در فرکانس سیستم خواهد شد.

3-3-5- مشارکت واحد تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس شبکه

جهت فائق آمدن بر مشکلات نامطلوب ورود تولید سیستم‌های خورشیدی، طرح کنترلی جدیدی برای شرکت دادن تولید خورشیدی در تنظیم فرکانس سیستم قدرت پیشنهاد شد [29]. در این طرح کنترلی، برای اینکه سیستم خورشیدی تنظیماتی مشابه تنظیم دروپی مشابه با ژنراتورهای سنکرون داشته باشد، یک گاورنر سرعت مجازی برای آن طراحی شده است. علاوه بر آن زمانی که کسری بار یا افزایش تابش شدیدی رخ داد، می بایست توان خروجی واحد خورشیدی سریعاً محدود گردد تا عدم تعادل توان تغییرات توان کمینه گردد. پس از یک تاخیر زمانی، سیستم خورشیدی می‌تواند مجدّداً به حالت کنترل دروپ خود باز گردد.

از مدل تک خطی سیستم خورشیدی متصل به شبکه که در شکل 3-11 نشان داده شده است، نیز می‌توان برای نشان دادن طرح کنترلی استفاده شود. لازم به ذکر است در طرّاحی فعلی، از دینامیک سریع اندوکتانس داخلی اینورتر در مقایسه با دیگر اجزای سیستم صرفنظر شده است [59] .همانطور که در شکل 3-14 نشان داده شده است استراتژی کنترلی را می‌توان در سه سطح بیان نمود:

شکل 3- 14 ساختار اصلی سیستم کنترلی

در سطح 1، یک کنترلر PWM مطابق حلقه دوگانه کنترلی مشغول بکار خواهد بود (جهت اطلاعات بیشتر به [21] مراجعه شود). حلقه خارجی ولتاژ آرایه خورشیدی  و توان راکتیو  آنرا کنترل می‌کند، در

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9