بخشی از مقاله
چکیده
امروزه بطور گسترده در مزرعههاي بادي بزرگ از توربین بادي مجهز به DFIG استفاده میشود. در حقیقت سیستم کنترل DFIG وابسته به فرکانس سیستم قدرت نمیباشد. با افزایش تولید باد، اینرسی کل سیستم قدرت به سرعت کاهش مییابد که به نوبهي خود بر روي پایداري فرکانس تأثیر بدي می گذارد؛ بنابراین جهت رفع عیب مذکور لازم است کنترل اینرسی توسعه داده شود. دو استراتژي کنترل DFIG در نظر گرفته شده است .
تنظیم پارامترهاي K1، K2 و K3 منجر به کنترل اینرسی میشود. شبیهسازي در محیط سیمولینک نرمافزار MATLAB انجام شده و نتایج حاصل، تأثیر دو استراتژي کنترل پیشنهادي بر پایداري فرکانس سیستم قدرت را نشان میدهد.
.1 مقدمه
امروزه توربین هاي بادي - WTs - 1 مجهز به ژنراتور القایی تغذیه دوبل - DFIG - 2 بطور وسیع در مزرعههاي بادي بزرگ بکار گرفته شده است. بر اساس تغییرات تولید باد، اینرسی شبکه تغییر مییابد از آنجا که انرژي جنبشی DFIG با کنترل متعارف توان جهت حفاظت اینرسی بطور خودکار نمی تواند تولید یا جذب شود. استراتژي کنترل توربین هاي بادي جهت قابیبت اطمینان شبکه باید توسعه یابد.
جهت بهبود عملکرد و پایداري توربین هاي بادي مجهز به DFIG مطالعات بسیاري صورت گرفته است. کنترل کاهش تلفات، کنترل عملکرد DFIG تحت ولتاژ داراي اعوجاج، مدلسازي دینامیکی و کنترل DFIG متصل به شبکه نامتعادل در [5] - [1] مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است. در حال حاضر چندین استراتژي کنترل براي تنظیم فرکانس مزرعه بادي پیشنهاد شده است.
در [6]، [7] حلقه هاي اضافه شده جهت پاسخ اینرسی در کنترلکننده سرعت پیشنهاد شده است. مرجع [8]، روشی جهت کنترل توان الکترومغناطیسی توربین هاي بادي مجهز به DFIG براي دستیابی به پاسخ اینرسی از طریق بهینهسازي کنترل متعارف MPPT پیشنهاد می کند. اگرچه روش هاي پیشنهاد شده در مرجع هاي سابق قادر به حفاظت فرکانس سیستم میباشد اما DFIG نمیتواند متناسب با تقاضاي شبکه پاسخگوي پایداري فرکانس باشد.
پیکربندي کلی مقاله بدین شرح می باشد . بخش 2 بیانگر مدل DFIG و طرح کنترل متعارف آن میباشد؛ بخش 3 تفاوت بین دو نوع استراتژي کنترل اینرسی DFIG را بحث میکند؛ شبیهسازي جهت تأیید ایدهي پیشنهادي در بخش 4 انجام شده است و در نهایت بخش 5 نتیجهگیري ار این مقاله را بیان میکند.
.2 مدلسازي DFIG و کنترل برداري متعارف
در ابتدا مدل توربین بادي مجهز به DFIG در دستگاه مرجع سنکرون مثبت و ساختار کنترل برداري متعارف آن نشان میدهیم. آنگاه که محور d به سمت ولتاژ استاتور توالی مثبت با سرعت زاویه اي e می چرخد؛ مدل DFIG بصورت رابطهي - 1 - سادهسازي میشود
: Ps توان اکتیو استاتور؛
: Qs توان راکتیو استاتور؛
:Us دامنهي ولتاژ استاتور؛
:Urd مؤلفهي محور d ولتاژ روتور؛
:Urq مؤلفهي محور q ولتاژ روتور؛
: Ird مؤلفهي محور d جریان روتور؛
: Irq مؤلفهي محور q جریان روتور.
شکل - 1 - دیاگرام کنترل برداري براي کانورتر سمت روتورDFIG - RSC - 1 را نشان میدهد.
شکل : - 1 - دیاگرام کنترل برداري RSC
این ساختار کنترلی بر اساس مدل ریاضی مذکور در رابطهي - 1 - میباشد. در این استراتژي، دو حلقه وجود دارد: حلقهي خروجی توان و حلقهي داخلی توان. در این طرح، توان اکتیو و راکتیو مستقل از هم کنترل میشود. کنترل Ir از طریق کنترلکننده PI صورت میگیرد . پاسخ فرکانسی توربینهاي بادي مجهز به DFIG وابسته به توان اکتیو تولیدي توسط آنها میباشد.
منحنی 1 MPPT مربوط به حلقه ي کنترلی توان DFIG در شکل - 2 - قابل رؤیت است. بر اساس این منحنی سیستم DFIG با توجه به سرعت روتور عمل میکند و به اینرسی سیستم قدرت توجهی ندارد. بنابراین سیستم کنترل DFIG براي پاسخ اینرسی متناسب با نوسانات فرکانس شبکه نیاز به اصلاح شدن دارد. توان خروجی توربینهاي بادي بر اساس وضیعت فرکانسی سیستم تغییر خواهد کرد. در این مقاله نکته حائز اهمیت این است که کنترل DFIG در سرعتهاي پایین و متوسط باد صورت میپذیرد.
شکل : - 2 - منحنی MPPT
.3 استراتژي کنترل اینرسی توربین بادي مجهز به DFIG
.1.3 ایدهي کنترل اینرسی توربین بادي مجهز به DFIG
آنگاه که فرکانس سیستم چندین بار تغییر می کند توان خروجی DFIG بایستی به سرعت کنترل اینرسی را پاسخ دهد همچنین در این پروسه سرعت روتور توربینهاي بادي میتواند تنظیم شود. روشهاي کنترل اینرسی پیشنهادي در این مقاله قادر است اینرسی DFIG سیستم قدرت را کنترل نماید. بنابراین پایداري فرکانس سیستم از طریق کنترل اینرسی توربین بادي تقویت شود. انرژي جنبشی ژنراتور سنکرون طبق رابطهي - 2 - تعریف میشود.
: 0 سرعت روتور؛ : J اینرسی ژنراتور.
با تغییر سرعت روتور از 0 به 1 طبق رابطهي - 4 - توصیف میشود.
انرژي جنبشی توسط ماشین بصورت رابطهي - 3 - تولید میشود. توان الکتریکی خروجی ژنراتور
در یک دوره ي تناوب از شکل موج فرکانس هنگامیکه تولید توان DFIG ماشین سنکرون در حال تغییر است؛ اینرسی توربین بادي مجهز به DFIG به پایداري فرکانس می تواند کمک رساند . بهنگام تغییر توان خروجی DFIG به اندازهي P ، اینرسی ژنراتور نیز متغیر میباشد. رابطهي - 5 - تغییرات توان ارسالی از طریق شفت را نشان میدهد. اینرسی تقریبی DFIG با استفاده از رابطههاي - 5 - و - 6 - بصورت رابطهي - 7 - دیده میشود.
