بخشی از مقاله
چکیده - هدف اصلی این مقاله ردیابی نقطه ماکزیمم توان در یک توربین بادی سرعت متغیر با حداقل کردن تغییرات گشتاور الکترومکانیکی به وسیله استراتژی کنترل مد لغزشی میباشد. در این استراتژی ابتدا سرعت روتور به ازای مقادیر مختلف سرعت باد، در نقطه بهینه قرار داده میشود که در نتیجه آن، نسبت سرعت نوک به نقطه بهینه رفته، ضریب توان مکانیکی ماکزیمم میگردد و توربین بادی، حداکثر توان و گشتاور مکانیکی خود را تولید میکند.
در ادامه، گشتاور مکانیکی ماکزیمم، به وسیله گشتاور الکترومغناطیسی ردیابی میشود. در این تکنیک، از انتگرال خطای ردیابی گشتاور مکانیکی ماکزیمم، خطا و مشتق خطا به عنوان متغیر های حالت استفاده میگردد. کنترل مد لغزشی هنگام تغییرات سرعت باد، برای جذب حداکثر انرژی از باد و حداقل کردن مدت زمان پاسخ MPPT طراحی میشود. در این روش، سیگنال ورودی کنترل واقعی، از انتگرال مرتبه دوم سیگنال ورودی کنترل مد لغزشی اصلی بدست میآید. نتیجه انتگرال مرتبه دوم در این مدل، پیوستگی سیگنال کنترل، میرایی کامل چترینگ و جلو گیری از نوسانات بزرگ در توان خروجی ژنراتور میباشد. نتایج شبیه سازی، برای سیستم توربین بادی مبتنی بر ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم، بر اساس استراتژی کنترل فوق، توسط نرم افزار MATLAB به اثبات رسیده است.
.1 مقدمه
امروزه به علت کاهش منابع سوختهای فسیلی و افزایش آلودگی ناشی از آن، تمایل به استفاده از منابع غیر فسیلی و تجدید پذیر جهت تولید الکتریسیته افزایش یافته است. منابع تجدید پذیر مختلفی نظیر انرژی باد، خورشید و زمین گرمایی برای این منظور معرفی شده اند که در حال حاضر انرژی باد، بیشترین اهمیت را نسبت به سایر موارد به خود اختصاص داده است. پس از به وجود آمدن ایده استفاده از توربینهای بادی جهت تولید الکتریسیته، مدلهای مختلفی پیشنهاد گردید که همچنان در حال تکامل و پیچیدهتر شدن میباشند.
مدلهای ابتدایی قابلیت کنترل کمتری داشتند ولی با پیشرفت فنآوری و به کار بردن روشهای جدید، این قابلیت افزایش یافت و برق تولیدی با کیفیت بیشتری ارائه شد. توربینهای به کار رفته در نیروگاههای بادی در دو گروه سرعت ثابت و سرعت متغیر مورد بهره برداری قرار میگیرند. در گروه اول، سرعت ژنراتور توسط ادوات مکانیکی، تقریبا ثابت نگه داشته میشود و هیچ گونه کنترل الکتریکی بر روی آنها وجود ندارد. در این توربینها، تولید توان ماکزیمم، تنها در صورت وزش باد با یک سرعت معین امکانپذیر است. استفاده از کنترل کننده مکانیکی در توربینهای فوق، باعث کند شدن و کاهش طول عمر آنها میشود.
گروه دوم، توربینهای بادی با سرعت متغیر هستند که دارای محسنات قابل توجهی از قبیل جذب نقطه ماکزیمم توان به ازای تغییرات سرعت باد مجاز، بهبود راندمان، فشار مکانیکی کمتر و کاهش نوسانات توان می باشند. در چنین سیستمی، از ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم به دلایل حذف جعبه دنده، راندمان بالاتر، اندازه کوچکتر و قابل استفاده بودن در سرعت های مختلف باد، بیشتر استفاده میشود.
سیستمهای توربین بادی با سرعت متغیر، سیستمهایی غیر خطی هستند که پارامترهای آنها معمولا دارای عدم قطعیت میباشند. به منظور افزایش دقت در ردیابی نقطه حداکثر توان، به استراتژیهای کنترلی پیشرفته نیاز میباشد. تکنیکهای کنترل مختلف از جمله کنترل منطق فازی [2 ,1] FLC 1، کنترل تطبیقی [4 ,3] 2 A C، بهینه سازی ازدحام ذرات [6 ,5] PSO 3، کنترل [7] RST، روش نسبت سرعت نوک [8] TSR 4 و کنترل مد لغزشی [10 ,9] SMC 5 جهت کنترل MPPT6 تکامل یافتهاند. در این میان، روش کنترل مد لغزشی، به دلیل مقاوم بودن زیاد در برابر تغییر پارامترها مورد توجه قرار گرفته است.
در این مقاله، کنترل مد لغزشی برای رسیدن به MPPT در سیستم توربین بادی با سرعت متغیر ارائه شده است. در این استراتژی ابتدا، سرعت روتور به ازای مقادیر مختلف سرعت باد، در نقطه بهینه قرار میگیرد که نتیجه آن، بهینه شدن نسبت سرعت نوک و ماکزیمم شدن ضریب توان میباشد که به دنبال آن، توان و گشتاور مکانیکی، ماکزیمم میگردند. هدف کنترل کننده، ردیابی حداکثر گشتاور مکانیکی به ازای تغییرات سرعت باد مجاز، توسط گشتاور الکترومغناطیسی میباشد.
برای طراحی کنترل کننده پیشنهادی، از انتگرال خطای ردیابی گشتاور مکانیکی ماکزیمم، خطا و مشتق خطا به عنوان متغیرهای حالت استفاده میشود و با میل کردن خطای ردیابی به سمت صفر، MPPT بصورت کامل انجام میپذیرد. نقطه ضعف روش کنترل مد لغزشی، پدیده چترینگ است که توسط قاعده کنترل ناپیوسته ایجاد میگردد. بدین منظور در این مقاله، سیگنال ورودی کنترل واقعی، از انتگرال مرتبه دوم سیگنال ورودی کنترل مد لغزشی اصلی حاصل میشود که انجام این عمل، باعث پیوستگی کامل سیگنال کنترل و حذف کامل پدیده چترینگ میشود. به منظور بررسی اثربخشی استراتژی کنترل مد لغزشی، کنترل کننده پیشنهادی با کنترل کننده PI کلاسیک مقایسه و نتایج شبیه سازی برای توربین بادی مجهز به ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم، ارائه شده است.
