بخشی از مقاله
چکیده
مقاله حاضر به بررسی یک سیستم بادی دارای ژنراتور القایی دوسو تغذیه که از طریق یک مبدل پشت به پشت به شبکه متصل شده، پرداخته است. مبدل سمت ژنراتور، سرعت ژنراتور را تنظیم و مبدل سمت شبکه، توان راکتیو را کنترل می کند. یکی از موضوعات مهم، انتخاب کنترل کننده برای مبدل ها است که در این مقاله، از روش کنترل تک سیکلی برای آن استفاده شده است. هدف کنترل کننده تک سیکلی، کنترل توان اکتیو ورودی به ژنراتور و نیز کنترل توان راکتیو شین سمت ترمینال ژنراتور است. به منظور عملکرد بهتر، پارامترهای کنترل کننده توسط الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات - CPSO - تعیین شده است. نتایج شبیه سازی، توانایی استراتژی کنترلی پیشنهادی را نشان می دهد.
-1 مقدمه
استفاده از انرژی باد به عنوان یکی از مهم ترین منابع انرژی تجدیدپذیر دارای توجیه اقتصادی، در بسیاری از کشورهای جهان رو به فزونی گذاشته است .[1] ژنراتور مورد استفاده در توربین بادی می تواند ژنراتور سنکرون یا ژنراتور القایی باشد. استفاده از ژنراتورهای القایی به دلیل ارزانی، استحکام، ساختمان مکانیکی ساده و هزینه کم برای نگهداری در حال افزایش است.
مزیت DFIG جذب نوسانات باد با تغییر سرعت چرخش روتور و عدم انتقال آن ها به شبکه است. بخش کنترلی یک سیستم بادی وظیقه دارد، علاوه بر تأمین شرایط لازم برای شبکه الکتریکی، امکان انتقال حداکثر انرژی باد را با بهترین راندمان فراهم آورد. بدین منظور از سوی محققان، روش های مختلف کنترلی معرفی شده است.[3] در پیاده سازی کنترل برداری ژنراتور القایی دوسو تغذیه از کنترل کننده های PI استفاده شده است. مشکل جدی کنترل کننده PI وابستگی آن به نقطه کار و حساسیت به تغییر شرایط کار و پارامترهای شبکه است
در این مقاله از کنترل کننده تک سیکلیٌ برای مبدل های سمت ژنراتور و سمت شبکه ژنراتور القایی دوسو تغذیه استفاده شده است. روش پیشنهادی دارای مزایایی از قبیل سادگی در پیاده سازی و عدم نیاز به تبدیل محورهای dq - عدم نیاز به DSP ٍ - است. در ادامه در بخش 2 مدل توربین بادی و مدل ژنراتور DFIG بیان گردیده است. بخش 3 به تشریح کنترل کننده تک سیکلی پرداخته است. نتایج شبیه سازی های انجام شده توسط نرم افزار MATLAB و همچنین نتایج شبیه سازی در بخش 4 ارائه شده است.
.2 مدل سیستم توربین بادی دارای DFIG
.1.2 ساختار نیروگاه بادی
همان طور که در شکل - 1 - نشان داده شده است، ساختار یک نیروگاه بادی به صورتی طراحی می شود که مدار استاتور DFIG به طور مستقیم و مدار روتور آن توسط یک مبدل پشت به پشتَ - مبدل سمت ژنراتور و مبدل سمت شبکه - با حلقه های لغزان به شبکه متصل گردد. بین دو مبدل، یک خازن که به آن لینک dc گفته می شود، قرار می گیرد. این خازن به عنوان ذخیره کننده انرژی و به منظور ثابت نگاه داشتن ولتاژ - کاهش ریپل ولتاژ - به کار می رود. در شرایط عملکرد عادی، DFIG از طریق مبدل سمت شبکه می تواند به طور جدا از هم، توان اکتیو و راکتیو مورد نیاز را در سیستم کنترل کند 6]و.[ 7 این کار توسط روش کنترلی موسوم به کنترل تک سیکلی انجام می شود8]و.[9 در این مقاله، روش پیشنهادی بر روی ژنراتور دوسو تغذیه پیاده سازی شده است.
شکل : - 1 - ژنراتور DFIG دارای مبدل پشت به پشت
.2.2 مدل توربین بادی
معادلات توربین بادی به قرار زیر است:[10] - 1 - - 2 - - 3 -
توان مکانیکی توربین، چگالی هوا، سرعت باد، سرعت چرخشی توربین، β زاویه تیغه توربین بادی و R شعاع توربین است. منحنی ضریب توان - . - ، برای یک سرعت معین بر حسب λ ارائه می شود. همچنین ضرایب ثابت 1 و 2 توسط شرکت سازنده توربین داده می شود. لازم به ذکر است که مقدار نباید از ماکزیمم خود یعنی = 0.59که اصطلاحاً به آن حد بتزٌ گفته می شود، بیشتر شود. از این ضریب، برای عملکرد دائمی توربین استفاده می شود .[10] بلوک دیاگرام معادلات فوق در شکل - 2 - نشان داده شده است. در این بلوک، زاویه تیغه توربین ثابت در نظر گرفته می شود . - β = 0 -
شکل : - 2 - مدل دینامیکی توربین بادی
.3.2 مدل ژنراتور DFIG
مدل دینامیکی ولتاژ و شار استاتور و روتور با توجه به مدل ژنراتور القایی روتور سیم پیچی شده در قاب مرجع سنکرون توسط معادله های - 5 - تا - 8 - بیان می گردد :
.3 مدل کنترل کننده تک سیکلی
شکل - 3 - هسته اصلی یک کنترل کننده تک سیکلی را نشان می دهد. همان طور که در شکل فوق دیده می شود، از سیگنال 2 در ورودی انتگرال گیر، انتگرال گرفته شده و حاصل آن با سیگنال مرجع 1 مقایسه می شود.
