با توجه به پیشرفتهای سریع تکنولوژی در دهه های اخیر ، مهمترین چالش روبروی جوامع و دولتهای مختلف تامین انرژی است. قبل از بحران انرژی پیش آمده در دهه 70 میلادی شاید انرژی های نو و تجدید پذیر فقط به عنوان پژوهش به آن نگریسته می شد اما پس از این واقعه، تمام کشورهای پیشرفته به فکر تامین جایگزین جدی یا تامین بخشی از انرژی خود توسط انرژیهای نو و تجدید پذیر افتادند.
انرژی های تجدید پذیر شامل بازه وسیعی از جمله استفاده از انرژی خورشید (سلولهای خورشیدی، پانلهای فتوولتاییک)، استفاده از انرژی امواج دریا، استفاده از انرژی باد (توربین های بادی، آسیاب های بادی)، استفاده از انرژیهای درونی زمین (مانند نیروگاه های زمین گرمایی) و … می شود. انرژی تجدید پذیر همان طور که از نامش پیداست مانند دیگر منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی نگرانی از بابت اتمام آن وجود ندارد یا بازه اتمام آن به قدری طولانی است که عملاً می توان آنرا قابل تجدید دانست. از طرف دیگر بر خلاف سوختهای فسیلی منبع انرژی معمولاً در دسترس و بدون هزینه اضافه است.
در میان این منابع انرژی، شاید یکی از پراهمیت ترین و مقرون به صرفه ترین ها، استفاده از انرژی باد باشد. با توجه به اینکه انرژی قابل استحصال با توان سوم سرعت باد نسبت دارد، بنابراین با نصب توربین باد در مناطق مناسب می توان از این منبع گسترده بهترین استفاده را نمود. در مقایسه با دیگر منابع تجدید پذیر ، انرژی باد می تواند حجم بیشتر و قابل قبول تری توان تامین کرده به نحوی که با بهره گرفتن از تعداد بیشتر این توربین ها یا اصطلاحاً مزارع باد بتوان به مقدار بیشتری از توان تولیدی رسید. در دهه های اخیر شرکتهای متعددی توربین باد به منظور تولید انرژی الکتریکی ساخته اند که تا امروز حداکثر توان نامی قابل استحصال آن به     8 MW رسیده است و با بهره گرفتن از مزارع بادی این نیروگاه ها می تواند در تامین برق شبکه نقش مهمتری ایفا کند. مزیت دیگر این روش برای تولید برق این است که در صورت بی برقی کل شبکه[1] با توجه به عدم نیازمندی این نوع نیروگاه به سوخت فسیلی و یا راه انداز اولیه مانند دیزلها، می تواند نقطه شروع مناسب برای راه اندازی مجدد شبکه باشد و زمان این بی برقی را کاهش دهد.
اخیراً نیز در کشور ایران کارهای پژوهشی در این زمینه انجام شده است و از طرفی استفاده از توربین بادی نیز کم کم در شبکه تولید برق در حال شروع شدن است. تا قبل از این تنها مزارع بادی موجود در کشور در بینالود نیشابور و منجیل بوده که همه آنها توربین های کمتر از 1MW و از نوع دور ثابت بوده است. اما اخیراً در تاکستان قزوین توربین های 2.5MW توسط شرکت مپنا نصب شده است که قرارداد انتقال تکنولوژی این توربین ها که ساخت شرکت Furlander آلمان است با شرکت مپنا منعقد شده و کار ساخت پره ها و دیگر ادوات آن نیز در این شرکت داخلی در حال انجام است. تمام اینها نشان از عزم جدی مدیریت انرژی کشور برای استفاده از توربین های بادی به منظور تامین بخشی از برق شبکه است.
1-2 طرح مساله
توربین های بادی را به طور کلی می توان به دو نوع دور ثابت و دور متغیر تقسیم کرد. در نوع دور ثابت ژنراتور مستقیماً به شبکه متصل می شود و دور ژنراتور – و طبیعتاً دور توربین- با فرکانس شبکه متناسب خواهد شد. در نوع دور متغیر خروجی ژنراتور ابتدا وارد یک طبقه مبدل به عنوان یکسوساز شده و بعد توسط یک رابط DC به طبقه مبدل بعدی که نقش مبدل DC به AC را بازی می کند وصل می شود. این نحوه ی اتصال این حسن را دارد که توربین می تواند در دوری غیر از فرکانس شبکه بچرخد که بیشتر توربین های امروزی از این نوع هستند.
1-2-1 نواحی کاری توربین باد دور متغیر
برای توربین های بادی دور متغیر عملاً نواحی کاری مختلف تعریف می شود که در شکل زیر نشان داده شده است:
 
شکل1-1 نواحی کاری توربین باد[1]

• ناحیه 1 : قبل از سرعت قطع پایین(V _cut-in)، در این ناحیه سرعت باد کمتر از حداقل سرعت مورد نیاز طراحی است که توان الکتریکی تولید نمیشود.

• ناحیه 2 : در این ناحیه سرعت باد از سرعت قطع پایین تا سرعت نامی تغییر میکند، در این ناحیه برای هر سرعت باد معین، بایستی سرعت توربین مقدار مشخص شده ای باشد که حداکثر راندمان را داشته باشیم، بنابراین مساله کنترلی در اینجا رسیدن به حداکثر توان است که این کار با تنظیم سرعت توربین در مقادیر مشخص شده به ازای سرعت باد صورت خواهد گرفت.

• ناحیه 3: در این ناحیه سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا (V _cut-out)، تغییر خواهد کرد. در این ناحیه برای این که توربین باد و اجزای آن آسیبی نبیند و از نقطه کار نامی فاصله نگیرد باید توان آیرودینامیکی ورودی به توربین محدود شود. با این کار تمام متغیرهای مشخصه توربین مانند سرعت، توان و گشتاور در محدوده مجاز باقی می ماند. در مقایسه با توربین دور ثابت که چنین قابلیتی ندارد با این کار ناحیه استحصال توان گسترش داده میشود، این درحالی است که در توربین های دور ثابت در صورت افزایش سرعت باد در محدوده ای بیشتر از حد نامی توربین شات دان می شد. در این قسمت همانطور که مشخص است مساله کنترلی ردیابی مقدار مرجع است که از حد مجاز فراتر نرود. این مقدار مرجع می تواند سرعت ، گشتاور و یا توان باشد.

• ناحیه 4 : بعد از سرعت V _cut-out، در این ناحیه سرعت از حد مجاز قابل تحمل مجموعه توربین باد بیشتر شده و به لحاظ طراحی امکان بهره برداری از سیستم در این شرایط وجود ندارد و در این حالت توربین خاموش شده ، و پره ها در زاویه ای قرار میگیرد که نیروی آیرودینامیکی باد حداقل شده و ترمز مکانیکی نیز فعال می شود. در این وضعیت سرعتهای شدید باد به توربین آسیبی نخواهد رساند و چرخش پره ها متوقف خواهد بود.

موضوع این پایان نامه متمرکز بر ناحیه 3 یعنی محدود سازی توان خواهد بود. در این ناحیه همانطور که بیان شد سرعت باد از سرعت نامی تا سرعت قطع بالا تغییر خواهد کرد که در این توربین باد از 10 m/s تا 20 m/s خواهد بود. برای محدود کردن توان بایستی زاویه پره[2] های توربین باد به نحوی تغییر کند که نیروی آیرودینامیکی جابجا کننده[3] پره ها در محدوده نامی باقی بماند.
[1] Black Out
[2] Pitch Angle
[3] Lift
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 و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

1-1-   بیان مسئله
 
بکلش[2] به نوعی لقی بین قطعات متحرک مکانیکی گفته می‏شود که تقریباً در تمامی سیستم‏های مکانیکی موجود است. از جمله این سیستم‏ها می‏توان به چرخ‏دنده‏ها، جعبه‏دنده‏ها‏، قسمت‏های متحرک و تا شونده‏ی ربات‏ها اشاره کرد. در حالت کلی می‏توان گفت در هر سیستمی که قسمت رانش[3] یا موتور بطور مستقیم به قسمت رانده شده[4] یا بار[5] متصل نباشد بکلش وجود خواهد داشت [1].
از آنجا که از طرفی پدیده بکلش در بسیاری از قطعات متحرک و ابزار مکانیکی موجود می‏باشد و از طرف دیگر کنترل این قطعات و ابزار حاوی بکلش از اهمیت زیادی برخوردار است، در نتیجه این موضوع حجم وسیعی از تحقیقات علمی را به خود اختصاص داده است؛ بطوری که از دهه 40 میلادی تحقیق و بررسی این پدیده غیرخطی عملاً بصورت جدی مورد توجه قرار گرفته و بسیاری از محققان بدلیل اهمیت کنترل این پدیده، کنترل بهینه قطعات و ابزار حاوی بکلش را بررسی کرده‏اند.
بدیهی است که کنترل دقیق بار در سیستم‏هایی که در آن پدیده بکلش وجود دارد، یک امر پیچیده می‏باشد. در کنترل سیستم‏های حاوی بکلش، لحظاتی وجود دارند که فاصله بکلش[6] باز می‏باشد و تماس بین موتور و بار عملاً از بین می‏رود. این امر در دو حالت ممکن است اتفاق بیفتد: 1- زمانی که اغتشاش بر روی بار وجود دارد 2- زمانی که موتور یک چرخش تصحیح‏کننده در جهت خلاف حرکت بار برای کنترل آن انجام می‏دهد. زمانی که فاصله بکلش باز می‏باشد حرکت بار خودمختار[7] بوده و نیروی تولیدی توسط موتور فقط موتور را می‏چرخاند و هیچ تأثیری روی بار نخواهد داشت. در برداشت اول این چنین به نظر می‏رسد که در لحظاتی که فاصله بکلش باز می‏باشد، بار کنترل‏ناپذیر می‏باشد ولی با بهره گرفتن از تکنیک‏های کنترلی ارائه شده می‏توان بار را بطور مناسبی کنترل کرد.
 
 
1-2-   پیشینه تحقیق
 
کنترل سیستم‏های بدون بکلش و سیستم‏های حاوی بکلشِ درایو موتوری یا گردشی دو‏جرمه، موضوعی است که تقریباً از نیمه اول قرن بیستم تاکنون به آن پرداخته شده است. کنترل‏کننده‏های P، PI و PID، کنترل‏کننده‏های با درجه بالا[8]، کنترل‏کننده‏های مبتنی بر متغیرهای حالت[9] و کنترل‏کننده‏های مبتنی بر تخمینگرها[10] از جمله کنترل‏کننده‏های خطی موجود برای کنترل این سیستم‏ها می‏باشند. استفاده از پیش‏بارگذار[11] بعنوان یکی از روش‏های بکار برده شده هم در کنترل‏کننده‏های خطی و هم در کنترل‏کننده‏های غیرخطی و استفاده از کنترل‏کننده‏های فازی[12] و کنترل‏کننده‏های سویچینگ از جمله دیگر تکنیک‏های استفاده شده برای کنترل این سیستم‏ها می‏باشند [1]. در ادامه ی بر تحقیقات گذشته در این زمینه انجام می‏شود.
 
1-2-1- کنترل سیستم‏های بدون بکلش
برای کنترل اغلب سیستم‏های مکانیکی موجود، می‏توان آنها را بصورت یک سیستم چندجرمه[13] که توسط شفت[14]های انعطاف‏پذیر یا فنرها به هم متصل شده‏اند مدل‏سازی کرد [2]. در بسیاری از موارد می‏توان سیستم‏های مکانیکی را ساده کرد و آنها را با یک سیستم دو‏جرمه که جرم اول آن موتور و جرم دوم آن بار و شفت می‏باشد مدل‏سازی کرد. در اغلب این سیستم‏ها شفت بدون جرم یا بدون اینرسی در نظر گرفته می‏شود. از جمله این سیستم‏ها می‏توان به بازوی ربات[15] [3]، [4]، [5] و ماشین غلتک [6]، [7] اشاره کرد. شماتیک کلی سیستم‏های بدون بکلش در شکل 1-1 نشان داده شده است.
 
شکل 1-1- شماتیک کلی یک سیستم بدون بکلش
 
کنترل سیستم‏های بدون بکلش را در حالت کلی می‏توان به سه روش زیر دسته ‏بندی کرد:

• کنترل‏کننده PI

• کنترل‏کننده‏های با درجه بالا

• کنترل‏کننده‏های غیرخطی و وفقی

استفاده از کنترل‏کننده PI یکی از رایج‏ترین و پرکاربردترین کنترل‏کننده‏ها برای سیستم‏های کشسان[16] بویژه برای سیستم‏های دوجرمه می‏باشد که در [6]، [8]، [9]، [10]، [11] و [12] بکار برده شده است. کنترل‏کننده‏های PI از نظر کیفیت دارای یک سری محدودیت‏هایی می‏باشند. بعنوان مثال، به ازای نسبت‏های بزرگ ممان اینرسی بار به موتور، نمی‏توان به پهنای باند مناسب حلقه بسته با کنترل‏کننده PI رسید [8]. اگر این نسبت خیلی کم باشد، کنترل کردن این سیستم‏ها بسیار سخت خواهد شد [2]. بعبارت دیگر کنترل سیستم‏هایی که ممان اینرسی موتور و بار آنها تقریباً با هم برابر است، آسان‏تر می‏باشد. بهینه‏ متقارن[17] یکی از روش‏های مناسب برای تنظیم‏کردن ضرایب کنترل‏کننده PI معرفی شده است [4]. کنترل‏کننده PI برای کنترل سرعت موتور در سیستم‏های دو‏جرمه‏ای که دارای عدم قطعیت و تأخیر زمانی می‏باشند در [13] آنالیز شده است.
برای مواجه نشدن با محدودیت‏های کنترل‏کننده PI، بسیاری از محققان، فیدبک سرعت از سمت موتور را پیشنهاد داده ‏اند. در بسیاری از مقالات از جمله در [4] و [9]، با طراحی تخمینگر گشتاور شفت و کنترل‏کننده PI، سیستم‏های دوجرمه بدون بکلش را با کنترل‏کننده‏های درجه بالا کنترل کرده‏اند. از جمله دیگر کنترل‏کننده‏های با درجه بالا می‏توان به طراحی کنترل‏کننده با بهره گرفتن از کنترل بهینه دوجمله‏ای‏های خطی[18] اشاره کرد [14]. جایابی چند مدله‏ی قطب ها[19] [15]، استفاده از روش کنترلی LQG/LTR در [16] و کنترل‏کننده‏های [17] از جمله دیگر کنترل‏کننده‏های با درجه بالا می‏باشند.
تکنیک‏های غیرخطی و وفقی متفاوتی برای کنترل سیستم‏های بدون بکلش ارائه شده است. از جمله این روش‏ها می‏توان به کنترل‏کننده‏های با ساختار متغیر[20] اشاره کرد که در [18] و [19] استفاده شده است. کنترل وفقی بر اساس مدل مرجع در [20]، [21] و [22] و جایابی وفقی قطب ها[21] در [3]، [23] و [24] از جمله دیگر تحقیقات انجام شده برای کنترل سیستم‏های بدون بکلش می‏باشد.
 
[1] Linear in parameter models
[2] Backlash
[3] Driving member
[4] Driven member
[5] Load
[6] Backlash gap

[7] Autonomous
[8] High order linear controllers
[9] State feedback controllers
[10] Observer based controllers
[11] Preload
[12] Fuzzy controllers
[13] Multimass system
[14] Shaft
[15] Robot arm
[16] Elastic systems
[17] Symmetric optimum
[18] Linear quadratic optimal control
[19] Multi-model pole placement
[20] Variable structure control
[21] Adaptive pole placement
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 و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

1-1- اهمیت مسئله

تامین انرژی مورد نیاز انسان ها یکی از مسائل مهمی است که با افزایش جمعیت جهان، روز به روز بر اهمیت آن افزوده می شود. منابع تامین انرژی متعددند و می توان آن را به دو دسته کلی منابع تجدید پذیر نظیر باد، آب، انرژی خورشیدی و … و منابع تجدید ناپذیر شامل زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت تقسیم بندی کرد. اما علی رغم آن که نقش منابع تجدید پذیر روز به روز در حال پر رنگ تر شدن است، سوخت های فسیلی از جمله نفت همچنان یکی از پرکاربردترین منابع تامین انرژی می باشد که با افزایش برداشت ها رو به اتمام است. به علاوه اکثر میادین نفتی موجود در جهان در مرحله بلوغ بازدهی خود هستند و همچنین تعداد اکتشافات بزرگ مخازن نفت رو به کاهش است. با توجه به حجم تقاضا و محدودیت برداشت ها، توجه هر چه بیشتر به برداشت بهینه، از منابع موجود و کاهش هزینه های عملیاتی و اقتصادی الزامی است. در نتیجه این موضوع باعث شکل گیری مسئله مدیریت مخازن می شود. شکل 1-1 بیانگر افزایش میزان تقاضای جهانی برای نفت در طی سال های اخیر می باشد.
شکل 1-1: میزان تقاضا برای نفت [1]
با بهره گرفتن از روش های سنتی مدیریت مخزن، تنها در حدود 10 درصد نفت موجود در مخزن در بازیافت اولیه تولید می شود ( طی رانش نفت به صورت طبیعی ). در بازیافت ثانویه ( تزریق آب یا گاز ) میزان تولید نفت به 20 تا 40 درصد می رسد (DOE 2008). با افزایش قیمت نفت ، بهبود در هر روش مدیریت مخازن به طوری که بتواند میزان تولید و سود را افزایش دهد، مورد توجه است. در نتیجه یکی از موضوعات کلیدی که در مدیریت مخازن مطرح می شود، مکان یابی بهینه، یک یا چند چاه در یک بازه زمانی مشخص به منظور حداکثر کردن میزان تولید و سود حاصل از برداشت با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی و اقتصادی مسئله می باشد.
در مورد مسئله مکان یابی، مدل سازی و شبیه سازی مخزن از گام های مهم است. هر اندازه مدل مخزن به مدل واقعی نزدیک تر باشد، مکان یابی بهینه مخزن، از دقت بالاتری برخوردار خواهد شد. در اکثر روش های پیشنهادی، مدل سازی مخزن در محورهای مختصات دکارتی، منجر به مدل پیچیده تری می شود. در این پژوهش سعی بر آن است که با ارائه مدل ساده تری برای مخزن بر اساس Streamline ها و بهره جستن از طبیعت حاکم بر حرکت سیال در مخزن، به روندی موثرتر و ساده تر جهت مسئله مکان یابی بهینه چاه ها دست یافت . سرعت و کارایی روش Streamline ، این روش را به یکی از ابزارهای قدرتمند جهت حل مسائل پیچیده بهینه سازی مرتبط با تطبیق تاریخچه مخزن و مکان یابی بهینه چاه ها تبدیل کرده است.
جهت تعریف مسئله مکان یابی بهینه چاه های نفت و بررسی چالش های آن آشنایی با مفاهیم اولیه مخازن نفتی لازم به نظر می رسد. بدین منظور در ادامه این فصل، ی بر خواص سنگ و سیال مخازن نفتی خواهیم داشت.

1-2- ی بر خواص سنگ و سیال مخازن نفتی

به منظور مکان یابی بهینه چاه های نفت در یک مخزن، نیاز به شبیه سازی مخزن می باشد. در نتیجه لازم است ابتدا مفاهیم و پارامترهای پر اهمیت مخزن معرفی شوند.

1-2-1- زمین شناسی نفت و چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربنی

این دانش در مورد چگونگی تشکیل مخازن هیدروکربنی، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی هیدرکربن های از جامد تا گاز، چگونگی حرکت و انباشته شدن این مواد در سنگ ها، لایه ها و طبقات گوناگون زمین بحث و گفتگو می کند. هیدورکربن ها در مخازن زیر زمین به صورت دریاچه وجود ندارند بلکه در خلل و فرج لایه های متخلخل رسوبی خاصی از زمین می توانند جمع شوند [2].

1-2-2- مهاجرت مواد نفتی از رسوبات سنگ مادر به درون سنگ مخزن

ذرات پراکنده ی هیدروکربن ها و آب نمک همراه آن که در رسوبات سنگ مادر قرار دارند، از درون شکاف ها و ترک های موجود در لایه های رسوبی به نقاط با فشار کمتر مهاجرت می کنند. طول مسیر این حرکت گاهی به صدها کیلومتر می رسد.نیروهایی که باعث این حرکت می شوند عبارتند از:

• فشردگی لایه های رسوبی

• 

• دیاستروفیسم

• نیروی گرانش

نیروی گرانش سبب می شود تا سیال دارای چگالی کمتر به سمت بالا حرکت کند و در نتیجه سیالات در سنگ مخزن بر حسب چگالی از هم جدا شوند.گاز در قسمت بالای مخزن، نفت در وسط و آب نمک در زیر قرار دارد. این مرحله را مهاجرت ثانویه می نامند.

• نیروی موئینگی

نیروی موئینگی سبب می شود تا سیال تر کننده در خلل و فرج سنگ به سمت بالا حرکت کند. بالا آمدن نفت چراغ در فیتیله بر اساس همین خاصیت است. خاصیت ترکنندگی بستگی به جنس جامد (سنگ مخزن) و جنس و مشخصات سیال (آب ، نفت و گاز) دارد. روی هم رفته آب نسبت به نفت ترکننده تر است و نفت در مقابل گاز ترکننده تر می باشد. بنابراین با وجود سنگین تر بودن آب نسبت به نفت نیروی موئینگی آن را به سمت بالا می کشد تا در نهایت با نیروی گرانش به تعادل برسد [2].
برای اطلاعات بیشتر درباره نحوه چگونگی تشکیل سنگ های مخزن نفت، پوش سنگ و انواع نفتگیر ها و چگونگی تشکیل آن ها به [2] مراجعه کنید.
 
[1] Diasrtophism
[2] Gravity Force
[3] Capillary Force
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 و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

://azarim.ir/%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af-%d8%b1%d9%88%d8%a7%d9%86%d8%b4%d9%86%d8%a7%d8%b3%db%8c-%d8%a8%d8%a7%d9%84%db%8c%d9%86%db%8c-%d9%85%d9%82%d8%a7%db%8c-2/">