توضیحات
میکروگریدهای ایزوله روستایی آلاسکا عمدتاً به دیزل ژنراتور متکی هستند؛ با ورود منابع مبتنی بر اینورتر، مدل‌سازی گذرای دقیق این ژنراتورها برای پایداری سیستم ضروری می‌شود. این پروژه یک مدل کامل سیمولینک از دیزل ژنراتور ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر CAT C15 را با دو مدل گاورنر مختلف و محدودکننده ولت/هرتز (V/Hz) پیاده‌سازی کرده و نتایج را با داده‌های آزمایشگاهی واقعی مقایسه می‌کند.
توضیحات
شبیهسازی مدل دیزل ژنراتور با محدودکننده ولت/هرتز و مقایسه مدل‌های گاورنر در متلب/سیمولینک
عنوان اصلی مقاله:
Model Development of Diesel Generator using Volts/Hertz Limiter and Comparing Governor Models for Remote Islanded Microgrids
شبیهسازی در MATLAB/Simulink نسخه 2020a انجام شده و گزارش فارسی توضیح کامل مدل را همراه دارد.
ترجمه تخصصی چکیده
دیزل ژنراتورها یک جزء اساسی در میکروگریدهای ایزوله روستایی آلاسکا هستند. با یکپارچه‌سازی تولید مبتنی بر اینورتر در این میکروگریدها، مدل‌سازی گذرای کافی ضروری خواهد بود، زیرا مشکلات پایداری دینامیکی و گذرا ممکن است با مشارکت قابل توجه تولید مبتنی بر اینورتر ایجاد شود. یک مدل گذرای کامل از دیزل ژنراتور شامل مدل‌های ماشین، اکسایتر، گاورنر و هر رله یا اجزای محدودکننده دیگر می‌شود. مطالعات کمی وجود دارند که کفایت انواع مختلف مدل‌های گاورنر یا اکسایتر دیزل ژنراتور را مقایسه کرده یا عملکرد محدودسازی ولت/هرتز (V/Hz) را که معمولاً در دیزل ژنراتورهای به‌کاررفته در میکروگریدهای ایزوله روستایی یافت می‌شود، در نظر گرفته باشند. این مقاله مدل‌های دیزل ژنراتور را در پاسخ به دو تغییر پله بار در مقایسه با پاسخ‌های دیزل ژنراتور ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر آزمایشگاه PSI مرکز ACEP معرفی و مقایسه می‌کند. یک مدل گاورنر ساده معرفی و با مدل سنتی گاورنر DEGOV مقایسه شده، و عملکرد محدودکننده V/Hz افزوده‌شده به اکسایتر DC4B نشان داده می‌شود.
توضیحات شبیهسازی دیزل ژنراتور CAT C15 در MATLAB/Simulink
در این پروژه سه فایل سیمولینک مجزا ساخته شده که همگی از طریق فایل main.m فراخوانی و اجرا می‌شوند. هر سه مدل شامل ماشین سنکرون استاندارد، اکسایتر DC4B و بارهای مقاومتی/القایی هستند و تنها در نوع گاورنر یا وجود/عدم وجود محدودکننده V/Hz با یکدیگر تفاوت دارند. پارامترهای جدول ۱ مقاله به‌طور کامل در فایل main.m تعریف و به هر سه مدل سیمولینک منتقل می‌شوند.
ویژگی متمایز این پیاده‌سازی، امکان مقایسه مستقیم سه سناریو (گاورنر ساده با V/Hz، گاورنر وودوارد DEGOV، و گاورنر ساده بدون V/Hz) در یک محیط یکپارچه است که تحلیل تأثیر هر جزء را به‌صورت مستقل ممکن می‌سازد.
موضوعات مورد بررسی در پروژه
- مدل‌سازی ماشین سنکرون استاندارد دیزل ژنراتور ۴۰۶ کیلوولت‌آمپر در فضای مرجع dq
- پیاده‌سازی گاورنر ساده (Simple Governor) با کنترلر PI و تأخیر موتور در مد ایزوکرونوس
- پیاده‌سازی مدل گاورنر وودوارد DEGOV با شش ثابت زمانی و تأخیر موتور
- پیاده‌سازی اکسایتر DC4B با کنترلر PID داخلی و فیلتر میرایی
- پیاده‌سازی محدودکننده ولت/هرتز (V/Hz Limiter) برای جلوگیری از اشباع مغناطیسی در شرایط اضافه‌ولتاژ یا کاهش فرکانس
- شبیهسازی تغییر پله بار بزرگ صعودی: از ۸۰ کیلووات و ۰ کیلوولت‌آمپر راکتیو به ۲۴۰ کیلووات و ۱۶۰ کیلوولت‌آمپر راکتیو
- شبیهسازی تغییر پله بار بزرگ نزولی: از ۲۴۰ کیلووات و ۱۶۰ کیلوولت‌آمپر راکتیو به ۸۰ کیلووات
- مقایسه پاسخ توان اکتیو (P)، توان راکتیو (Q)، ولتاژ (V) و فرکانس (F) برای هر دو مدل گاورنر
- بررسی تأثیر محدودکننده V/Hz بر پاسخ ولتاژ و فرکانس در پله بار صعودی
مشخصات فنی پروژه
نرم‌افزار مورد استفاده:
MATLAB/Simulink 2020a
فایل‌های اصلی مدل و پارامترهای کلیدی:
- main.m — فایل اجرای اصلی؛ تعریف تمام پارامترهای جدول ۱ مقاله، فراخوانی سه مدل سیمولینک و رسم نمودارها
- simple_governer_2020a.slx — مدل کامل با گاورنر ساده PI و محدودکننده V/Hz فعال
- woodward_governer_2020a.slx — مدل کامل با گاورنر DEGOV وودوارد
- simple_governer_no_VHz_2020a.slx — مدل گاورنر ساده بدون محدودکننده V/Hz (برای مقایسه اثر این محدودکننده)
- پارامترهای ماشین سنکرون: H=0.2709 s، Ff=0.02558 pu، Xls=0.07 pu
- پارامترهای گاورنر ساده: Kp=22، Ki=25، Tsm=0.09 s، Td=0.001 s، C=0.85
- پارامترهای گاورنر DEGOV: T1=0.025 s، T3=0.4 s، K=22، Td=0.015 s
- پارامترهای اکسایتر DC4B: Ka=400، Ke=3.2، Te=0.07 s، Kp=500، Ki=100، Kd=400
- پارامترهای محدودکننده V/Hz: K1=1000، K2=0.007، نقطه تنظیم V/Hz = 1.05 pu
این شبیهسازی برای چه کسانی مناسب است؟
این پروژه برای پژوهشگران و علاقه‌مندان به حوزه‌های زیر کاربرد دارد:
- پژوهشگران حوزه میکروگرید و سیستم‌های قدرت ایزوله
- متخصصان مدل‌سازی و شبیهسازی گذرای دیزل ژنراتور
- علاقه‌مندان به طراحی و تنظیم سیستم‌های کنترل گاورنر و اکسایتر
- پژوهشگران یکپارچه‌سازی منابع تجدیدپذیر در میکروگریدهای روستایی و دورافتاده
- مهندسانی که با پایداری دینامیکی سیستم‌های قدرت کار می‌کنند
- علاقه‌مندان به اعتبارسنجی مدل‌های سیمولینک در برابر داده‌های آزمایشگاهی واقعی
فایل‌های موجود در پروژه
پس از خرید، فایل‌های زیر در اختیار شما قرار می‌گیرد:
- main.m — فایل اصلی اجرا (تمام شبیه‌سازی‌ها با این فایل اجرا می‌شوند)
- simple_governer_2020a.slx — مدل سیمولینک با گاورنر ساده و V/Hz فعال
- woodward_governer_2020a.slx — مدل سیمولینک با گاورنر DEGOV وودوارد
- simple_governer_no_VHz_2020a.slx — مدل سیمولینک با گاورنر ساده بدون V/Hz
- گزارش فارسی (توضیح کامل مدل، پارامترها و تحلیل نتایج)
- نمودارهای خروجی (شکل‌های ۶a، ۶b و ۷)
نتایج قابل مشاهده
با اجرای فایل main.m سه نمودار به‌صورت خودکار تولید می‌شوند:
نتایج شکل ۶a — پله بار صعودی (۸۰ کیلووات به ۲۴۰ کیلووات)
- توان اکتیو (P) هر دو گاورنر از ۰.۲۵ pu به ۰.۷۵ pu می‌رسد
- توان راکتیو (Q) از صفر به ۰.۵ pu افزایش می‌یابد
- ولتاژ ترمینال (V) در هر دو مدل به حدود ۱ pu باز می‌گردد
- فرکانس (F) افت اولیه داشته و در محدوده ۵۸ تا ۶۰ هرتز نوسان می‌کند
✅ شکل ۶a مقاله: مقایسه پاسخ توان، ولتاژ و فرکانس گاورنر ساده و DEGOV برای پله بار صعودی
نتایج شکل ۶b — پله بار نزولی (۲۴۰ کیلووات به ۸۰ کیلووات)
- توان اکتیو (P) از ۰.۷۵ pu به ۰.۲۵ pu کاهش می‌یابد
- توان راکتیو (Q) از ۰.۵ pu به صفر می‌رسد
- فرکانس پس از افزایش اولیه به ۶۰ هرتز بازگشته و نوسانات ثانویه نشان میدهد
✅ شکل ۶b مقاله: مقایسه پاسخ گاورنر ساده و DEGOV برای پله بار نزولی
نتایج شکل ۷ — مقایسه تأثیر محدودکننده V/Hz
- با فعال بودن محدودکننده V/Hz (نقطه تنظیم ۱.۰۵ pu)، ولتاژ ترمینال حدود ۲.۵٪ کاهش می‌یابد
- پاسخ فرکانس با محدودکننده V/Hz حدود ۰.۰۵ ثانیه سریع‌تر به مقدار پایدار می‌رسد
✅ شکل ۷ مقاله: مقایسه پاسخ دیزل ژنراتور با و بدون محدودکننده V/Hz
علاوه بر این، تمامی متغیرهای اصلی سیستم در محیط شبیهسازی قابل اندازه‌گیری و تحلیل بوده و کاربر می‌تواند با تغییر پارامترهای سیستم، مطالعات تکمیلی مورد نیاز خود را انجام دهد.
پرسش‌های متداول
چه نسخه‌ای از MATLAB نیاز است؟
شبیه‌سازی‌ها در MATLAB/Simulink 2020a ساخته و تست شده‌اند. استفاده از نسخه 2020a توصیه می‌شود؛ سازگاری با نسخه‌های دیگر تضمین نشده است. میتوانید اجرا در ورژن مورد نظر خود را از پشتیبانی سوال کنید.
چه Toolboxهایی نیاز است؟
Simulink و Specialized Power Systems Toolbox (که بخشی از SimPowerSystems است) ضروری هستند.
چطور شبیهسازی را اجرا کنم؟
فقط کافی است فایل main.m را در MATLAB اجرا کنید. این فایل به‌صورت خودکار هر سه مدل سیمولینک را فراخوانی کرده و هر سه نمودار (شکل‌های ۶a، ۶b و ۷) را رسم می‌کند. فایل‌های slx را جداگانه اجرا نکنید.
آیا این شبیهسازی دقیقاً با مقاله مطابقت دارد؟
مدل دینامیکی، پارامترها و ساختار کلی با مقاله مطابقت دارند. در بخش «نکات مهم» فرضیات به‌صورت شفاف توضیح داده شده است.
گزارش فارسی چه اطلاعاتی دارد؟
گزارش شامل توضیح کامل هر بلوک سیمولینک، نحوه انطباق با شکل‌های مقاله، پارامترهای استفاده‌شده و تحلیل نتایج است.
آیا می‌توانم پارامترها را تغییر دهم؟
بله. تمام پارامترهای جدول ۱ مقاله در ابتدای فایل main.m با کامنت‌گذاری دسته‌بندی شده‌اند و تغییر آن‌ها ساده است.
مزایای پروژه
- سه مدل سیمولینک مجزا در یک پروژه یکپارچه با فایل اجرای واحد (main.m)
- پیاده‌سازی محدودکننده V/Hz برای دیزل ژنراتور که در ادبیات فنی کمتر به آن پرداخته شده است
- تمام پارامترهای جدول ۱ مقاله به‌طور کامل و با کامنت‌گذاری در کد پیاده‌سازی شده‌اند
- امکان مقایسه مستقیم گاورنر ساده در برابر DEGOV و بررسی تأثیر V/Hz در یک محیط واحد
- گزارش فارسی با توضیح دقیق انطباق هر بلوک شبیهسازی با شکل‌های مقاله
نکات مهم
این پروژه بر اساس مقاله کنفرانس IEEE IECON 2021 پیاده‌سازی شده است. موارد زیر را پیش از خرید در نظر بگیرید:
۱. پارامترهای تعریف‌نشده در مقاله: مقاله برخی پارامترها را ارائه نداده است. راندمان موتور (ε) با مقدار ۰.۴۵ و ولتاژ میدان (Ec) با مقدار ۲۰۰ به‌صورت تقریبی در کد قرار داده شده‌اند. تنظیم دقیق این پارامترها بر نتایج تأثیر دارد.
۲. یک بلوک اکسایتر DC4B: مقاله جزئیات کامل یک بلوک از اکسایتر را ارائه نداده؛ این بلوک بر اساس منابع مشابه به‌صورت تقریبی پیاده‌سازی شده است.
۳. مقیاس‌بندی نمودارها: برای انطباق بصری با شکل‌های مقاله، از دستورات rescale، xlim و ylim در برخی نمودارها استفاده شده است. این کار صرفاً جنبه نمایشی دارد و به مجهولات زیاد مقاله مربوط می‌شود.
4. داده آزمایشگاهی: داده‌های واقعی آزمایشگاه PSI مرکز ACEP که در مقاله برای اعتبارسنجی استفاده شده، در این پروژه موجود نیست و مقایسه با آن داده‌ها امکان‌پذیر نیست.
شاید به موارد زیر نیز علاقه‌مند باشید:
- A Game Theory Approach to Energy Management of An Engine-Generator/Battery/Ultracapacitor Hybrid Energy System
- درآمدی بر یک شبکه برق خود ترمیم با کنترل کننده های جریان خطای ابر رسانا
- انجام پروژه شناسایی سیستم
- تنظیم ضرایب کنترلر PID برای واحد های بویلر – توربین
شبیهسازی مدل دیزل ژنراتور با محدودکننده ولت/هرتز (V/Hz) و مقایسه مدل‌های گاورنر ساده و DEGOV در متلب/سیمولینک
طبق توضیحات فوق توسط کارشناسان سایت متلبی تهیه شده است و به تعداد محدودی قابل فروش می‌باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقاً مطابق خواسته شما نمی‌باشد،
با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.