چکیده         …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
فصل اول (مقدمه )

اهمیت موضوع …………………………………………………………………………………………………………….. 5
مرور مقالات و کارهای صورت گرفته ………………………………………………………………………………..9
نتیجه­گیری از مقالات مطالعه شده …………………………………………………………………………………….11
فصل دوم (قابلیت اطمینان سیستم قدرت)
2-1-        مفهوم قابلیت اطمینان سیستم قدرت …………………………………………………………………………………14

مدل قابلیت اطمینان ……………………………………………………………………………………………………….16
ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل منابع تولید تجدیدپذیر …………………………………………………19
2-3-1- تکنیک محاسبه شاخص­های قابلیت اطمینان در سطح اول ………………………………………………….19
فصل سوم (مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی)

انواع تکنولوژی­های تولید برق در نیروگاه­های بادی ……………………………………………………………23
3-1-1- نوع اول- نوع سرعت ثابت ……………………………………………………………………………………………24
3-1-2-نوع دوم- توربین با سرعت متغیر محدود مجهز به جعبه دنده چند مرحله­ای …………………………25
3-1-3- نوع سوم- نوع سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………………………………………25
3-1-4- نوع چهارم- تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم و مجهز به مبدل قدرت کامل ……………….26
3-1-5- نوع پنجم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-6- نوع ششم- تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………………………………30
3-1-7- نوع هفتم- تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک …………………………………………………………………………………………………..31
3-2- چگونگی تولید برق توسط نیروگاه­های بادی …………………………………………………………………………32
3-2-1- مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی بر اساس تکنولوژی ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده …………………………………………………………………………………………………………………………………………………33
3-2-1-1- معرفی اجزای تشکیل دهنده واحد بادی و به دست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحد بر اساس خرابی اجزا ………………………………………………………………………………………………………………………………34
3-2-1-2- تأثیر عدم قطعیت سرعت باد بر مدل قابلیت اطمینان واحد بادی ……………………………………41
3-2-1-3-مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43
فصل چهارم (تکنیک­های مختلف خوشه­بندی)
4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………………46
4-2- انواع روش­های خوشه­بندی ………………………………………………………………………………………………47
4-3- خوشه­بندی فازی …………………………………………………………………………………………………………….48
4-4- معیارهای کارایی ……………………………………………………………………………………………………………..55
4-4-1- تابع ارزیابی ضریب افراز ………………………………………………………………………………………………56
4-4-2- تابع ارزیابی آنتروپی افراز ……………………………………………………………………………………………..56
4-4-3- تابع Fukuyama and Sugeno ………………………………………………………………………………57
4-4-4- تابع Xie and Beni …………………………………………………………………………………………………57
4-4-5 تابع N.Zahid ……………………………………………………………………………………………………………..58
4-4-6- تابع M.Ramze Rezaee ………………………………………………………………………………………….60
فصل پنجم (مقایسه روش­های مختلف خوشه­بندی بر اساس ارزیابی کفایت سیستم قدرت شامل مزارع بادی)
5-1- خوشه­بندی میانگین فازی

…………………………………………………………………………………………………..64
5-1-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………65
5-1-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS ……………………………………………………………………..66
5-2- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن نقطه میانی به عنوان مرکز خوشه   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………66
5-3- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت یکنواخت و در نظر گرفتن مرکز خوشه بر اساس وزن دهی داده­های موجود در خوشه   ……………………………………………………………………………………………………………..70
5-4- مطالعه با اعمال خوشه­بندی سخت و تعیین محدوده خوشه­ها و مراکز آن­ها بر اساس بهینه­سازی تابع هدف مبتنی بر فاصله بین داده­ها   ………………………………………………………………………………………………..73
5-5- خوشه­بندی میانگین فازی …………………………………………………………………………………………………..76
5-5-1- تعیین مدل قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………………………76
5-5-2- نتایج شبیه­سازی بر اساس مدل مناسب قابلیت اطمینان مزرعه بادی ……………………………….78
5-5-2-1- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم RBTS………………………………………………………………….78
5-5-2-2- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ……………………………………………………………….80
فصل ششم (نتیجه­گیری و پیشنهاد برای انجام کارهای آتی)

نتیجه­گیری …………………………………………………………………………………………………………………..83
پیشنهاد برای انجام کارهای آتی ……………………………………………………………………………………..8
 
فهرست جدول ها
جدول 1-1- تعدادی از مزارع بادی با ظرفیت زیاد …………………………………………………………………………6
جدول 1-2 : ظرفیت تولید برق در 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………..7
جدول 3-1- قسمت­های تشکیل دهنده جعبه دنده و نرخ خرابی آن­ها در سال­های 1997 تا 2005 ………36
جدول 3-2- اطلاعات مربوط به نرخ خرابی و زمان متوسط تعمیر المان­های تشکیل دهنده واحد بادی………………………………………………………………………………………………………………………………………….38
جدول 4-1- معیارهای تشابه بر اساس توابع فاصله مختلف………………………………………………………………54
جدول5-1 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………..66
جدول 5-2 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….66
جدول 5-3 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..67
جدول 5-4 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….67
جدول 5-5 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی …………………………………………………………………..68
جدول 5-6 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………….68
جدول 5-7 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69
جدول 5-8 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………….69
جدول 5-9 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی……………………………………………………………………70
جدول 5-10 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….70
جدول 5-11 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………71
جدول 5-12 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف…………………………………………………71
جدول 5-13 : مدل قابلیت اطمینان 4 حالته مزرعه بادی…………………………………………………………………72
جدول 5-14 : مدل قابلیت اطمینان 5 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….72
جدول 5-15 : مدل قابلیت اطمینان 6 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73
جدول 5-16 : مدل قابلیت اطمینان 7 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….73
جدول 5-17 : مدل قابلیت اطمینان 8 حالته مزرعه بادی………………………………………………………………….74
جدول 5-18 : مقدار شاخص انرژی تأمین نشده در حالات مختلف………………………………………………….74
جدول 5-19- نتایج اعمال الگوریتم خوشه­بندی به واحد بادی 3 مگاواتی………………………………………….75
جدول 5-20- مدل قابلیت اطمینان واحد 3 مگاواتی………………………………………………………………………..76
جدول 5-21- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی…………………………………………………………….76
جدول 5-22- شاخص مقدار متوسط بار قطع شده بر حسب ساعت در سال ……………………………………..78
جدول 5-23- شاخص مقدار متوسط انرژی تأمین نشده…………………………………………………………………..78
جدول 5-24- تأثیر افزایش سرعت باد بر شاخص­های قابلیت اطمینان……………………………………………….79
جدول 5-25- مطالعه قابلیت اطمینان سیستم IEEERTS ………………………………………………………………80
 
فهرست شکل ها
شکل 1-1- افزایش ظرفیت توربین­های بادی نصب شده در جهان …………………………………………………… 5
شکل 1-2 : 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا …………………………………………………………………… 7
شکل 2-1- سطوح سلسله مراتبی به منظور مطالعه قابلیت اطمینان سیستم قدرت …………………………… 15
شکل 2-2- مدل سلامت سیستم قدرت ……………………………………………………………………………………… 16
شکل 2-3- مدل مارکوف دوحالته …………………………………………………………………………………………….. 17
شکل 2-4 حالت­های زمانی مختلف برای یک واحد تولید انرژی الکتریکی ………………………………………18
شکل 2-5- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت در سطح اول ………………………………………………………19
شکل 2-6- نحوه محاسبه شاخص میزان متوسط بار قطع شده …………………………………………………………20
شکل 2-7- نحوه محاسبه میزان انرژی تغذیه نشده ………………………………………………………………………..21
شکل 3-1- اجزای نیروگاه بادی سرعت ثابت ………………………………………………………………………………..24
شکل 3-2- اجزای تشکیل دهنده سیستم سرعت متغیر محدود ……………………………………………………….25
شکل 3-3- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی ……………….26
شکل 3-4- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی ……………………………………………………………………………………………………………………..27
شکل 3-5- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با درایو مستقیم مجهز به ژنراتور سنکرون با مغناطیس دائم ………………………………………………………………………………………………………………………….28
شکل3-6- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده یک مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل …………………………………………………………………………………………………………………………….29
شکل3-7- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ……………………………………………………………………..30
شکل 3-8- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با جعبه دنده چند مرحله­ای و مبدل الکترونیک قدرت کامل، مجهز به ژنراتور القایی قفس سنجابی ………………………………………………………………………..31
شکل3-9- اجزای تشکیل دهنده تکنولوژی سرعت متغیر با مبدل الکترونیک قدرت جزئی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه شونده بدون جاروبک……………………………………………………………………………………..31
شکل 3-10- منحنی توان توربین بادی ……………………………………………………………………………………….32
شکل 3-11- اجزای تشکیل دهنده توربین بادی V90…………………………………………………………………..33
شکل 3-12- اجزای تشکیل دهنده واحدهای بادی مبتنی بر تکنولوژی ژنراتورهای دو سو تغذیه شده ….34
شکل 3-13- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی بر اساس خرابی اجزای تشکیل دهنده……………………………38
شکل 3-14- مدل قابلیت اطمینان واحد بادی با در نظر گرفتن نرخ خرابی اجزا…………………………………..39
شکل 3-15- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی شامل N توربین مشابه………………………………………………..39
شکل 3-16- الگوی وزش باد در سال 2008 در منطقه منجیل در ارتفاع 40 متری به صورت ساعت به ساعت ……………………………………………………………………………………………………………………………………….40
شکل 3-17- منحنی توان توربین V90………………………………………………………………………………………….41
شکل 3-18- مدل کامل قابلیت اطمینان مزرعه بادی ………………………………………………………………………..43
شکل 4-1- اساس خوشه­بندی ……………………………………………………………………………………………………..45
شکل 4-2: مجموعه داده پروانه­ای………………………………………………………………………………………………….49
شکل 4-3: خوشه بندی فازی داده ………………………………………………………………………………………………..50
شکل 4-4 : توزیع یک بعدی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..50
شکل 4-5-: خوشه­بندی کلاسیک نمونه­های ورودی………………………………………………………………………..51
شکل 4-6: خوشه­بندی فازی نمونه­ها……………………………………………………………………………………………..51
شکل 5-1- ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت شامل مزارع بادی در سطح اول………………………………63
شکل 5-2- مدل قابلیت اطمینان مزرعه بادی 30 مگاواتی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت سرعت باد……………………………………………………………………………………………………………………………………………..64
شکل 5-3- هیستوگرام سرعت وزش باد………………………………………………………………………………………..65
شکل 5-4- نمودار مقدار تابع هدف بر حسب تعداد خوشه­ها…………………………………………………………..75
شکل 5-5- نمودار انرژی تأمین نشده بر حسب پیک بار………………………………………………………………….79
شکل A-1 : شماتیک شبکه تست RBTS……………………………………………………………………………………84
شکل B-1 : شماتیک تک خطی سیستم تست IEEERTS…………………………………………………………….86
چکیده
امروزه به دلایل زیست محیطی و اقتصادی روند استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر به ویژه توربین­های بادی به منظور تولید برق در کشورهای مختلف دنیا افزایش یافته است. از طرف دیگر توان