بخشی از مقاله
خلاصه:
کنترل بدون سنسور ماشینهای AC به دلیل مزایایی ازجمله نصب و نگهداری راحت، در سه دهه اخیر به یک موضوع تحقیق گسترده تبدیل شده است. به منظور پیادهسازی این روشهای کنترلی، اطلاعاتی از سرعت ماشین مورد نیاز است که توسط سنسورهای تشخیص سرعت به دست میآید.
این سنسورها قابلیت اطمینان سیستم را تا حد زیادی کاهش میدهند و موجب افزایش هزینههای نصب و نگهداری تجهیزات میشوند. با توجه به این موضوع اخیراً استفاده از روشهای تخمین سرعت مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. در این مقاله یک مشاهدهگر شار تطبیقی سرعت با مرتبه کامل برای کنترل بدون سنسور DFIG پیشنهاد شده است. مشاهدهگر یک شبیهسازی از مدل الکتریکی مرتبه کامل DFIG با بازخورد از خطای تخمین جریان روتور و حلقه تطبیق سرعت میباشد. بهرههای مشاهدهگر براساس تحلیلهای پایداری انتخاب شده و با استفاده از مدل خطی حلقه بسته مشاهدهگر اعتبار سنجی میشوند.
.1 مقدمه
استفاده از DFIG برای ژنراتور سرعت متغیر بسیار قابل توجه است، به ویژه برای ژنراتورهای توان بادی که توسط توربینهای بادی به چرخش درمیآیند و استاتور آنها به طور مستقیم به شبکه متصل میشود. سیمپیچی روتور DFIG به یک مبدل قدرت پشت به پشت متصل میشود که ولتاژ روتور با فرکانس متغیر را تامین میکند. مزایای توربینهای بادی سرعت متغیر بر پایه DFIG بسیار زیاد است . میتوان حداکثر قدرت مکانیکی بهدست آمده از باد را با تنظیم سرعت ماشین و گشتاور الکتریکی، به توان الکتریکی با فرکانس ثابت تبدیل کرد. تنها بخشی از توان الکتریکی نامی از طریق مبدل جاری میشود، بنابراین تلفات و هزینه تا حد زیادی کاهش مییابد. به علاوه میتوان توان اکتیو و راکتیو سمت استاتور را به طور مستقل کنترل کرد.
سیستمهای رایج کنترل DFIG براساس کنترل برداری در جهت شار استاتور میباشند . [4-2] بردار فضایی جریان روتور با استفاده از اطلاعات موقعیت روتور، به دو مولفه جریان در راستای قاب مرجع سنکرون چرخان و هم جهت با شار استاتور، تبدیل میشود. در این روش کنترل جداگانه گشتاور الکتریکی و شار امکان پذیر است. موقعیت روتور یا سنسور سرعت نصب شده روی محور روتور نیازمند انتقال بردار فضایی جریان روتور بین قابهای مرجع مختلف است. کنترل ماشینهای AC به ویژه موتورهای القایی روتور قفسی بدون سنسورهای سرعت به علت مقاوم بودن سیستم و نصب و تعمیر آسان، موضوع مطالعه محققان زیادی در سه دهه گذشته بوده است
از آنجا که امروزه استفاده از توربینهای بادی سرعت متغیر برپایه DFIG گسترش زیادی داشته است، اخیرا کنترل بدون سنسور DFIG مورد توجه زیادی قرار گرفته است .[14-9] جریان روتور در DFIG قابل اندازهگیری است که این قابلیت در موتورهای القایی روتور قفسی وجود ندارد، و این امر انعطاف بیشتری در طراحی روشهای کنترل بدون سنسور DFIG فراهم میکند.
روشهای تخمین موقعیت پیشنهاد شده در [19-15] عموما تخمینگرهای حلقه باز هستند که موقعیت روتور به طور مستقیم از ولتاژها و جریانهای اندازهگیری شده حاصل میشود و سرعت روتور نیز با مشتق گرفتن به دست میآید. تخمینگرهای حلقه باز تا حدود زیادی به پارامترهای ماشین وابسطه هستند و دقت تخمینگر تضمین نمیشود.
مشاهده-گرهای حلقه بسته MRAS L مطالعه شده در [22-20] بر اساس کار انجام شده در [22] میباشد. مشاهدهگر MRAS با متغیرهای خروجی مختلف برای تطبیق سرعت تحلیل و مقایسه شدهاند. همه مشاهدهگرهای MRAS در قاب مرجع ساکن اجرا شدهاند که معمولا در حالت ماندگار حالتهای الکتریکی توابعی سینوسی نسبت به زمان هستند. بنابراین طراحی پارامترهای کنترلکننده دشوار است و ممکن است مشاهدهگر دقت خود را از دست بدهد و یا حتی ناپایدار شود. در ,23] [24 دو مشاهدهگر کاهش مرتبه یافته پیشنهاد شده است که براساس مشاهدهگر لیونبرگرLL پیشنهاد شده در [25] می-باشند.
در این مقاله یک مشاهدهگر شار تطبیقی سرعت مرتبه کامل برای کنترل بدون سنسور DFIG پیشنهاد شده است که براساس کار انجام شده در [26] میباشد. مشاهدهگر یک شبیهسازی از مدل الکتریکی مرتبه کامل DFIG با بازخورد از خطای تخمین جریان روتور و حلقه تطبیق سرعت میباشد. پایداری مشاهدهگر با استفاده از تئوری لیاپانوف و با داشتن r تحلیل میشود. معمولا بهرههای مشاهدهگر توابع چند جمله از r هستند که با روش جایگذاری قطب به دست می- آیند. اما در کنترل بدون سنسور ماشینها سرعت واقعی روتور در دسترس نیست ولی میتوان به جای آن از r استفاده کرد، که ممکن است در عملکرد حالت بازگشتی درایو موتور القایی و در سرعتهای پایین موجب ناپایداری شود.
با این حال با استفاده از روش پیشنهاد شده در این مقاله مشکلی در عملکرد سرعت پایین برای DFIG رخ نمیدهد. برای ارزیابی بهرههای مشاهدهگر از مدل مشاهدهگر حلقه بسته خطی شده استفاده میشود. ادامه مقاله به این صورت است که: در بخش 2 مدل DFIG و کنترل برداری بدون سنسور معرفی میشود. در بخشهای 3 تا 6 همه جنبههای مشاهده گر شار تطبیقی سرعت مرتبه کامل شامل تحلیلهای پایداری، انتخاب بهره مشاهدهگر و مدل حلقه بسته خطی شده نشان داده میشود. نتایج شبیه سازی در بخش 7 مطالعه خواهد شد. بخش 8 نیز مربوط به نتیجهگیری مقاله میباشد.
2 مدل DFIG
اگر شار استاتور و جریان روتور بهعنوان متغیرهای حالت انتخاب شوند، مدل فضای حالت DFIG در قاب مرجع
دلخواه و با سرعت زاویه ای به صورت زیر میباشد:
در نشریات مطالعات زیادی در زمینه کنترل برداری DFIG انجام شده است .در قاب مرجع همجهت با شار
استاتور، مولفه محور مستقیم d و محور قائم q بردار جریان روتور idr , i qr هستند که به ترتیب متناسب با توان اکتیو و راکتیو استاتور میباشند. بنابراین کنترل جداگانه توان اکتیو و راکتیو DFIG با کنترل idr , i qr تا رسیدن به مقادیر مرجع مطلوب حاصل میشود.
شکل – 1 ساختار کنترل بدون سنسور DFIG
