بخشی از مقاله
چکیده:
استفاده از توربینهای بادی در شبکه های قدرت مسائل مختلفی ایجاد کرده است . رفتار توربینها در زمان کاهش یا افزایش فرکانس شبکه است . معمولا در زمان بروز خطا در شبکه، فرکانس شبکه به شدت افت می کند. اما نحوه عملکرد توربینهای بادی در هنگام وقوع خطا و بعد از آن بسیار مهم است.در این مقاله تاثیر استفاده از محدود کننده جریان خطا FCL در کنار توربینهای بادی برسی می شود.در این مقاله هدف اصلی یک روش جدید برای عملکرد بی وقفه توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه DFIG با استفاده از محدود کننده جریان خطاFCL مورد برسی قرار گرفته است .
-1مقدمه
استفاده ازتوربینهای بادی دو سو تغذیه - DFIG - در سالهای اخیر گسترش یافته است. این توربینها به دلیل قابلیت مناسب در کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی گزینه مناسبی برای توسعه انرژی های تجدید پذیر به شمار می روند.در این میان عملکرد مجموعه در زمان وقوع اتصال کوتاه بسیار مهم است. در هنگام بروز خطا مطلوب است که جریان خطا را کم کنیم و در صورت ماندگار بودن خطا آن را در اسرع وقت قطع کنیم .در گذشته برای انجام این کار از فیوزهای محدود کننده جریان خطا اشتفاده میکردیم. یکی از روش هایی که امروره برای محدود کردن جریان خطا استفاده می شود، استفاده از محدود کننده جریان خطا است.
برای اینکه توربینهای بادی در این شرایط در تامین جریان خطا مشارکتی نداشته باشد راهکارهای مختلفی نظیر استفاده از محدود کننده های خطا - FCL - * پیشنهاد شده است. در مرجع[1] ، استفاده از یک محدود کننده خطا برای شبکه دارای توربین بادی مجهز به DFIG ارایه شده است. در این روش مبدل سمت روتور در زمان اتصال کوتاه مسدود می شود و مدار روتور از طریق یک CROWBAR اتصال کوتاه می شود.
در این حالت DFIG تبدیل به یک موتور القایی می شود و شروع به کشیدن توان راکتیو می کند. توربین به عملکرد خود ادامه می دهد. مبدل سمت شبکه می تواند برای تامین توان راکتیو کنترل شود. هنگامی که خطا رفع شد و ولتاژ و فرکانس در شبکه دوباره به حالت عادی بازگشت، مبدل سمت روتور شروع به کار کرده و به عملکرد نرمال خود باز می گردد.
در مرجع[2]، تاثیر توربینهای بادی بر کیفیت توان در شبکه های برق بررسی شده است. با توجه به اینکه سرعت باد متغیر است لذا توربینهای بادی ولتاژ با فرکانس متغیری تولید می کنند. برای رفع این مشکل ولتاژ تولیدی توسط این توربینها ابتدا DC و سپس با فرکانس استاندارد شبکه مجددا AC می شود. این مرجع تغییر سرعت باد را بر پارامترهای کیفیت توان بررسی کرده است. در مرجع [3] یک روش برای عملکرد دایم DFIG بیان شده است.
در این روش، با ایجاد یک مسیر کنارگذر در روتور از طریق مقاومت که به سیم پیچی های روتور متصل می شود، جریان در روتور را محدود می کند. به خاطر آن که ژنراتور و مبدل به شبکه متصل می ماند، عملکرد سنکرونیسم در طی خطا و بعد از خطا باقی می ماند و عملکرد نرمال می تواند فورا بعد از رفع خطا ادامه یابد. در مرجع [4] با استفاده از یک کنترلر فازی در کنترل مبدل سمت روتور، اضافه جریان را در مدار روتور کاهش می دهند.
در واقع در این مقاله، به جای کنترلر انتگرال -تناسبی در الگوی کنترلی مبدل سمت روتور، از یک کنترلر فازی استفاده شده است. سپس نتایج شبیه سازی با آن و کنترلر انتگرال- تناسبی مقایسه شده است.در مرجع >5@، به جای استفاده از یک مبدل طرف شبکه سه فاز از سه مبدل تک فاز استفاده شده است که به طور سری به شبکه متصل می شود. هنگامیکه خطا در سیستم بوجود می آید مبدلی که در فاز خطا دیده شده که مقداری ولتاژ به آن فاز تزریق می کند. به این ترتیب ولتاژی که توسط ژنراتور دیده می شود بالاتراز ولتاژ خطا می باشد و جریان خطا محدود می شود.در مرجع [6] نحوه به کار گیری محدود کننده جریان خطا را در کنار توربینهای بادی بیان کرده است.
در این مقاله تاثیر استفاده از محدود کننده جریان به خوبی بیان شده است. نتایج شبیه سازی این مقاله نشان می دهد اگر از محدود کننده جریان خطا در سیستم توربینهای بادی دارای DFIG استفاده نشود، جریان خطای سمت شبکه ممکن است خسارت زیادی به سیم پیچهای استاتور در DFIG شود. در مرجع[7] نیز ابعاد مختلف استفاده از محدود کنند خطا در شبکه های قدرت را بررسی کرده است. این مقاله حالتهای گذرای شبکه را مورد ارزیابی قرار داده است. در مرجع [8] با استفاده از یک کنترل کننده فازی در کنترل مبدل سمت روتور، اضافه جریان مدار روتور کاهش می یابد.
در واقع در این مقاله، به جای کنترل کننده انتگرال -تناسبی - PI - در الگوی کنترلی مبدل سمت روتور، از یک کنترل کننده فازی استفاده شده است. سپس نتایج شبیه سازی با کنترل کننده PI مقایسه شده است. در مرجع [9]، از یک کنترل کننده غیر خطی برای محدود کردن اضافه جریان در مدار روتور استفاده شده است. در این مطالعه نشان داده شده که به دلیل ضعف در نقطه بهره برداری رفتار کنترل کننده PI ، جریان مبدل های به کار رفته در توربین های بادی در هنگام بروز خطا در شبکه از مقدار مجاز خود تجاوز می کند.
بنا بر این از یک کنترل کننده غیر خطی استفاده می شود تا جریان های مبدل حتی در سطح ولتاژ پایین روی مقدار مجاز خود باقی بماند. در مرجع [10] یک کنترل ولتاژ هماهنگ DFIG برای عملکرد بی وقفه در طی خطای شبکه اجرا شده است. این روش بر این اساس است که هر دو مبل سمت روتور و سمت شبکه DFIG، در یک رفتار هماهنگ مورد استفاده قرار می گیرند. ایده به این صورت است که مبدل سمت روتور به عنوان منبع توان راکتیو است در حالی که مبدل سمت شبکه به عنوان یک منبع تامین توان راکتیو هنگامی که سیستم حفاظتی فعال می شود، می باشد و در نتیجه مبدل سمت روتورقفل می شود.
-2تعریف سیستم نمونه
شکل 1 نحوه اتصال ژنراتور القایی دو سو تغذیه - DFIG - را به توربین بادی نشان می دهد. همانطور که مشاهده میشود، توربین بادی از طریق یک سیستم مکانیکی به DFIG متصل شده است. این سیستم شامل یک محور سرعت بالا و یک محور سرعت پایین است که یک گیربکس بین آن ها قرار دارد. گیربکس به منظور تنظیم دور ژنراتور مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی مشاهده می شود که در این طرح اتصالات مکانیکی و الکتریکی وجود دارد.
سیم پیچی روتور در این شکل از هر دو طرف استاتور و روتور تغذیه می شود.استاتور به طور مستقیم به شبکه متصل می شود در حالی که روتور از طریق یک مبدل فرکانس متغیر - - VFC به شبکه متصل است.VFC شامل دو عدد مبدل PWM است. این مبدل از IGBT استفاده می کند و به طور پشت به پشت از طریق یک خازن به هم متصل می شوند.در این مقاله از مدار معادل ماشین القایی، با استفاده از معادلات ولتاژ به صورت روابط - 1 - تا - 4 - نوشته می شوند.
