عنوان پایاننامه
طراحی سیستم کنترل و مدیریت توان برای سیستمهای الکتریکی هیبریدی کشتی های تمام الکتریکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2852;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71937
- تاریخ دفاع
- ۲۲ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- بهنام غریب
- استاد راهنما
- فرزاد رجایی سلماسی
- چکیده
- امروزه سیستم های تامین انرژی هیبریدیِ متشکل از منابع انرژی تجدید‌پذیر، یک راه حل مناسب برای سیستم های قدرت مستقل به حساب میآیند. اگرچه سیستم های هیبریدی مزیتهای بسیاری را برای تامین توان لازم به ارمغان آورده است؛ ولی کماکان چالشهای بسیاری در ارتباط با مدیریت توان کشتیهای تمام الکتریکی در زمینه های مختلف اعم از بهبود عملکرد و افزایش اطمینان و حفاظت وجود دارد. ساختار غیر خطی و بسیار پیچیده، عدم اطلاع از آینده و لزوم آنلاین بودن مساله مدیریت توان برای کشتی، کنترل بهینه‌ی سیستمهای تامین انرژی هیبریدی را با چالشهای فراوانی رو‌به‌رو می‌کند. در این پایان نامه مدیریت توان سیستمهای قدرت هیبریدی مورد استفاده در کشتی تمام الکتریکی مورد بحث قرار میگیرد. هدف اصلی این پایاننامه گسترش روشهای مدیریت توان از طریق بررسی خصوصیات دینامیکی سیستمهای قدرت هیبریدی برای حالت عادی کشتی و استفاده از طراحی کنترل گسترده چند عامله برای حالت خرابی آن میباشد. مد کاری عادی اهدافی مانند کاهش هزینه و دنبال کردن سریع بار را داشته و مد کاری خرابی اهداف افزایش حفاظت و برگشت پذیری سیستم را دنبال می‌کند. امروزه تکنیکهای مدیریت توان بسیاری برای به تعادل رساندن تقاضای بار و توان تولیدی معرفی شدهاند، از جمله این تکنیکها استفاده از یک کنترل کننده مرکزی میباشد که طراحی آن برای سیستم قدرت پیچیده‌ی هیبریدی، بسیار دشوار است و با تغییر کوچکی در پیکربندی مجبور به طی مجدد روند طراحی میشود. (به طور مثال زمانی که یک منبع به سیستم اضافه و یا حذف شود.) این پایان نامه علاوه بر بررسی روش کنترل کننده مرکزی به ارائه یک روش گسترده کنترلی با استفاده از سیستمهای چند عامله برای کنترل جریان انرژی، در سیستمهای قدرت هیبریدی می‌پردازد. از منظر سیستمهای چند عامله، سیستمهای قدرت هیبریدی به صورت مجموعهای از المان‌های مختلف که با هدف خاصی دور هم جمع شدهاند، دیده میشوند. در ادامه مسئولیت تک تک عاملها بیان میشود و در نهایت یک مدل ساده شدهای از این سیستم، با استفاده از سیستم چند عامله شبیه سازی میشود. در انتها نیز یک حالت خاصی از مد خرابی مورد مطالعه قرار میگیرد و یک مدل ساده شدهای از نسل جدید کشتیهای تمام الکتریکی با سیستم قدرت یکپارچه ارائه شده و مدیریت بار به صورت پویا و با رعایت محدودیتهای تساوی و ناتساوی موجود، به صورت یک مساله بهینه سازی پویا مدل میشود، تا بدون این که محدودیتی نقض شود به حداکثر بارها انرژی رسانی شود. در نهایت نیز مدل ارائه شده در نرمافزار PSCAD شبیه سازی میشود. واژه‌های کلیدی: سیستمهای قدرت هیبریدی، کشتی تمام الکتریکی، مدیریت توان، سیستمهای چند عامله، مدیریت بار پویا.
- Abstract
- Hybrid power systems (HPSs) for renewable energy sources are an interesting solution to power stand-alone systems. While HPS brings in many opportunities for power management, there are many associated challenges for systems used in all electric ship (AES) applications since both performance as well as survivability criteria have to be satisfied. While the on-demand goal for the power management problem makes real-time control a key requirement, leveraging the look-ahead opportunities for the shipboard missions makes it difficult to attain this goal. Furthermore, the nonlinearity and the complexity of hybrid power systems, make the optimal control of HPS challenging. In this dissertation, we address power management for the AES and general hybrid power systems. The central theme of normal mode is the development of power management schemes by exploring HPS dynamic properties for improved performance (namely fuel economy and fast load following) and proposes a distributed EMS to control the energy flow in the HPS during component failure. The load management techniques for failure mode are being developed to balance the load demand and the power generation while satisfying the operating constraints of the system. Since the power management of such systems is quite complex when it relies on a central controller. With a central controller, the energy management system (EMS) has to be redesigned when the configuration is changed (for example, with the addition of a new device). This dissertation proposes a distributed EMS to control the energy flow in the HPS during component failure. This distributed controller is based on multiagent-system technology. With this concept, a HPS is seen as a collection of different elements that collaborate to reach a global coordination. The agent approach for HPS is explained, and a multiagent fuzzy-logic-based power management is presented. Then a simulation model of the HPS controlled by a MAS is proposed, and the system reaction is detailed. Finally, a special case of failure mode is studied and a simplified notional Next Generation Integrated Shipboard Power System model is introduced. Based on the simplified system model, dynamic load management method is presented considering equality and inequality constraints of the system. The problem is formulated as a dynamic optimization problem to maximize the energized loads in the system without violating any constraint of the system then the simplified NG IPS model is simulated in PSCAD. Keywords: power management, real-time optimization, multiagent-system, load management, All Electric Ship.
