بخشی از مقاله
چکیده
امروزه یکی از بزرگ ترین معضلات بشر کمبود سوخت های فسیلی و آلودگی های محیط زیستی آن است. با پیشرفت روزافزون فنّاوری، استفاده از انرژی بادی به عنوان سرآمد انرژی های موجود، در اختیار بشر قرارگرفته است. چراکه دسترسی به آن آسان و مقدار آن نامحدود است، همچنین استفاده از انرژی باد هیچگونه آلودگی برای محیطزیست ندارد و به همین دلیل به نام انرژی سبز برای آیندگان نام گذاری شده است. انرژی بادی که از نظر عدم ایجاد آلودگی محیط زیست به عنوان اصلی ترین و بهترین نوع انرژی شناخته شده است، در سالهای اخیر به یکی از موضوعات مورد بحث مبدل گشته و پیشرفت های جهانی نیز در این زمینه حاصل شده است.
این مقاله به تحلیل، مدل سازی و کنترل ژنراتور القایی از دو سو تغذیهDFIG 1 برای توربین های بادی می پردازد. گذار از افت ولتاژ %90 به خوبی انجام شده است. تولید انرژی توربین بادی DFIG بررسی شده و با سایر سیستم های توربین بادی مقایسه شده است. نتیجه حاصله در تولید توان توربین بادی DFIG موثر خواهد بود. نتایج به دست آمده از بررسی نشان می دهد که استخراج انرژی توربین بادی DFIG تقریبا با یک توربین بادی سرعت ثابت - با دو مقدار سرعت ثابت - با استال فعال2 یکسان است. در مقایسه با توربین بادی تمام قدرت، توربین بادی DFIG انرژی بیش تری را به شبکه انتقال می دهد.
با توجه به این نکته که استفاده از توربین های بادی سرعت متغیر در مقایسه با توربین های بادی سرعت ثابت می تواند تولید انرژی را تا %39 افزایش دهد، بهره تولید انرژی توربین بادی سرعت متغیر در مقایسه با اکثر توربین های بادی سرعت ثابت، بسته به شرایط محل توربین و طراحی پارامترها، می تواند از 3 تا 28 درصد تغییر کند. همچنین، انرژی بدست آمده با استفاده از ژنراتور القایی از دو سو تغذیه DFIG می تواند به میزان قابل ملاحظه ای افزایش یابد. توربین بادی ژنراتور القایی از دو سو تغذیه در مواجهه با افت ولتاژهای بزرگ از شبکه جدا می شوند. بعد از جداسازی توربین بادی ژنراتور القایی از دو سو تغذیه، مدت زمانی طول می کشد تا توربین مجدداً به شبکه متصل گردد.
این بدین معناست که توربین های بادی جدید باید افت ولتاژها را بدون اختلال در عملکردشان تحمل کنند. سیستم ژنراتور القایی از دو سو تغذیه امروزی، دارای اهرم3 در مدار روتور می باشند، که در حین اغتشاشات شدید شبکه، وظیفه اتصال کوتاه کردن مدار روتور جهت محافظت مبدل را بر عهده دارد. پس از توضیح مسایل ناشی از قطع توربین بادی از شبکه لازم است به بررسی راهکارهای موجود جهت رفع آنها بپردازیم. به همین منظور، به بررسی راهکار بیان شده در مقالات پیشین پرداخته و پس از عنوان مشکلات و دلایل کافی جهت رد این راهکار، راهکار جدیدی را بیان کرده ایم.
-1 مقدمه
با گسترش روز افزون جوامع انسانی و توسعه صنعتی جوامع مختلف، نیاز به منابع انرژی، در حال افزایش است از سویی دیگر منابع فسیلی در جهان رو به اتمام هستند، این منابع، از نظر اندازه و مقدار محدود بوده و در ضمن آلاینده محیط زیست نیز محسوب می شوند.[D. Liu, pp. - ] از این رو در سالهای گذشته گرایش به استفاده از منابع نوین و تجدیدپذیر انرژی، رو به فزونی گذاشته است. انرژی بادی به دلیل عدم آلودگی محیطی و دسترسی نامحدود به آن، مناسب ترین نوع انرژی می باشد. به همین علت اخیراً جنبش هایی جهت پیشرفت این انرژی و راهکار هایی جهت بهینه سازی آن ارائه گردیده و مورد توجه بسیار قرار گرفته است.
در کشور عزیزمان، ایران، نیز تولید برق با استفاده از انرژی باد انجام شده و راهکارهای مختلف جهت بهبود کیفیت توان مورد بررسی قرار گرفته است.[J. Niuranen, pp. ] با گسترش استفاده از انرژی باد و تولید برق بادی، توربین های بادی متصل به ژنراتور القایی با تغذیه دو گانهDFIG به طور گسترده ای به کار گرفته می شوند.این ژنراتورها به دلیل ویژگی که در کارکرد با سرعت های متغیر باد دارند، مورد توجه ویژه قرار می گیرند.
استفاده از نیروگاه های بادی با سرعت متغیر مزایایی نسبت به نیروگاه های بادی با سرعت ثابت دارد.اگرچه نیروگاه های بادی با سرعت ثابت، می توانند مستقیما به شبکه متصل شوند، اما دامنه ی وسیع تری از انرژی، توسط نیروگاه های بادی سرعت متغیر، پوشش داده می شود و استرس های مکانیکی کمتری دارد] .[Y. Song , pp. در مقالات، روش های متفاوتی برای بهبود سیستم ژنراتور القایی از دو سو تغذیه جهت گذار از افت ولتاژ پیشنهاد شده است. در مرجع ] [W. Head, report، ترانزیستورهای غیر موازی در مدار استاتور جهت جداسازی سریع - زیر 10 میلی ثانیه - مدار استاتور به کار گرفته شده است. در نتیجه می توان ژنراتور را دوباره مغناطیسی کرده و استاتور را در سریع ترین زمان ممکن به شبکه متصل کرد.
روش دیگر در مرجع [M. Rahimi, M. Parniani, pp . - , ] استفاده از اهرم فعال است، که قادر است جریان اتصال کوتاه را در اهرم قطع کند. روش سوم، استفاده از مبدل اضافی جهت جابه جایی نقطه ستاره مدار استاتور است .[www.gepower.com] همچنین، نشان داده شده است که چنین سیستمی می تواند به طور موثری نوسانات شار را که در اثر افت ولتاژ به وجود می آید از بین ببرد. همه این سیستم ها عملکرد دینامیکی متفاوتی دارند. علاوه بر آن، کارآیی و هزینه سیستم های مختلف گذار از افت ولتاژ می تواند بر روی انتخاب سیستم تاثیر بگذارد. بنابراین، هنگام بهبود سیستم ژنراتور القایی از دو سو تغذیه برای گذار از افت ولتاژ، ضروری است که پیامدهای هزینه و کارآیی را بررسی کرد. یکی از مزایای عمده سیستم ژنراتور القایی از دو سو تغذیه کاهش تلفات تجهیزات الکتریکی در مقایسه با سایر سیستم ها است.
-2 بررسی سیستم های انرژی باد
در این بخش، خصوصیات باد، که در یکی از موارد مورد توجه این مقاله است، تشریح می شود. در ابتدا، توزیع باد، یعنی، احتمال یک میانگین مشخص سرعت باد، ارائه می شود. توزیع باد را می توان برای تعیین کمیت های متفاوتی، مانند ضریب تولید، استفاده کرد.
