بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی انرژی بادی در سالهای اخیر پیشرفتهای چشمگیری داشته است که بیشتر این پیشرفتها در زمینه قطعات مرتبط با اتصال آنها با شبکه، ماشینهای الکتریکی، مبدلهای توان و قابلیت کنترل آنها بوده است. کاربرد ژنراتورهای DFIG در شبکه های متصل به انرژی باد در حال افزایش است.
در این مقاله رفتار یک توربین بادی DFIG متصل به شبکه الکتریکی، در شرایط بروز خطا اتصال کوتاه تکفاز به زمین در خط انتقال ارتباطی، طی دو حالت بررسی و مقایسه می گردد:
در روش اول، همه کنترلر های مورد استفاده در مبدل سمت شبکه و مبدل سمت روتور از نوع PI هستند.
در روش دوم، به جای دو عدد از چهار عدد کنترل کننده PI موجود در مبدل سمت روتور از کنترل کننده فازی استفاده می شود و جهت بهبود نتایج، در خصوص گین دو کنترلر PI دیگر موجود در این مبدل، باز تنظیم صورت می گیرد.
-1 مقدمه
هر ساله تعداد نیروگاههای بادی نصب شده در جهان افزایش می یابد. میزان تنوع توربینهایی که امروزه مورد استفاده واقع می شوند، گسترده است و تکنولوژی آنها از نظر قیمت، پیچیدگی، بازده و تجهیزات مورد استفاده متفاوت می باشد
امروزه استفاده از روش کنترل فازی در اکثرموارد جایگزین کنترل کننده های مرسوم PI، شده است. کنترل کننده های فازی دارای امتیازاتی هستند که از جمله آنها می توان به عدم نیاز به جزئیات مدل، اشاره کرد. زیرا با دانستن قواعد فازی می توان مدل را طراحی کرد. تلرانسها، عدم قطعیت ها، بعنوان ابهامات فرایند تصمیم گیری محسوب می گردند. تکنیکهای کنترل خطی در مواقعی که دامنه تغییرات یا نویز در دیتا زیاد باشد، با شکست مواجه می شوند، اما کنترل فازی در این موارد نتایجی رضایت بخش ایجاد می نماید
-2 مدل توربین بادی
توربین بادی قادر به استخراج همه انرژی جنبشی باد نیست[4] و فقط می تواند بخشی از انرژی باد را استخراج نماید.
در روابط 1 و 2، Pm، توان مکانیکی استخراج شده از باد توسط توربین بادی، Pw، توان واقعی باد، ρ، چگالی هوا، R، شعاع روتور توربین بادی،Vw، سرعت باد، CP، شاخص بازده می باشد.
در رابطه 3،β ، زاویه پره وλ، نسبت سرعت نوک پره های توربین به سرعت باد است.[3] استخراج شده از باد توسط توربین بادی ماکزیمم انرژی استخراج شده در مقدار CP=0.59 رخ می دهد و حد بتز نامیده می شود. در عمل مقدار این ضریب توان، کمتر از این مقدار است
-3 سیستم توربین بادی سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه
DFIG یک ماشین القایی با روتور سیم پیچی شده است و همانطور که از اسم آن مشخص است، روتور و استاتور آن هردو به منبع الکتریکی متصل می شوند. واکنش میدان مغناطیسی روتور با میدان مغناطیسی استاتور باعث ایجاد گشتاور می گردد. دامنه گشتاور به قدرت میدان استاتور و میدان روتور و جابجایی زاویه ای بین آنها، بستگی دارد.
سیستم مبدل از دو مبدل ، شامل مبدل سمت شبکه و مبدل سمت روتور تشکیل شده است. این دو مبدل بصورت پشت به پشت به یکدیگر متصل شده اند و در بین آنها خازن لینک DC قرار دارد. [6] نحوه ترکیب کلی اجزای DFIG و شارش توانها، در شکل1، نشان داده شده است.
شکل:1 نحوه ترکیب کلی اجزای DFIG و شارش توانها
برای تولید توان با کمترین تاثیر بر شبکه، در مبدل پشت به پشت، از تکنیک کلید زنی مدولاسیون پهنای پالس استفاده می شود.
ترکیب پشت به پشت مبدل ها مکانیزم تبدیل ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر خروجی ژنراتور به فرکانس ثابت و ولتاژ ثابت سازگار با شبکه را ایجاد می کند. کاپاسیتانس لینک DC، یک المان ذخیره انرژی است که بافر انرژی لازم بین شبکه و ژنراتور را تامین می کند. عناصر کلیدزنی در مبدل های دارای قدرت بالاتر، بیشتر از نوع ترانزیستورهای IGBT می باشند
عملکرد DFIG و امنیت کانورترهای آن بخصوص در هنگام خطا، شدیدا به پایداری ولتاژ باس DC، وابسته است. تثبیت لینک DC، که اتصال دهنده دو مبدل می باشد، کلید عملکرد مطلوب DFIG است.
با کنترل مبدل سمت روتور - RSC - ، امکان تحریک روتور ماشین القایی فراهم می شود. با این مبدل PWM می توان گشتاور و درنتیجه سرعت DFIG و همچنین ضریب قدرت ترمینالهای استاتور را کنترل کرد. در روش SFO، فرم dq معادلات شار استاتور و روتور بصورت روابط زیر می باشند.
ولتاژهای مرجع Vrd* و Vrq*، بر اساس روابط 9 و 10، بدست می آید
هدف کنترل کننده سمت شبکه، تنظیم ولتاژ خازن باس DC است. علاوه بر آن این مبدل مجاز است که بمنظور پشتیبانی ولتاژ، توان راکتیو را تولید یا جذب نماید
-4 اصول کنترل فازی
یک سری از فرضیات مطلق در طراحی یک سیستم کنترل فازی وجود دارند. هنگامیکه قرار است یک سیستم کنترل مبتنی بر قوانین فازی انتخاب شود، 6 فرض اصلی در نظر گرفته می شود:
-1 سیستم قابل مشاهده و قابل کنترل است: معمولا متغیرهای حالت، ورودی، خروجی برای مشاهده و اندازه گیری یا محاسبه، قابل دسترس هستند.
-2پیکره دانش شامل یک مجموعه از قواعد زبان شناختی، حس معمول مهندسی، درک مستقیم، یا یک مجموعه دیتا اندازه گیری ورودی- خروجی که قواعد از آنها قابل استخراج باشند، موجود باشد.
-3راه حل موجود باشد.
-4مهندس کنترل به دنبال یک راهکار"به اندازه کافی مناسب"باشد، نه لزوما به دنبال راهکار بهینه. -5طراحی کنترل کننده به گونه ای باشد که دقت آن در یک رنج قابل قبول باشد.
-6مسائل مربوط به پایداری و بهینگی بصورت صریح عنوان نشده اند. این موضوعات همچنان در طراحی کنترل کننده فازی، موضوعات باز می باشند.
کنترل کننده فازی دارای 4 قسمت اصلی می باشد:
-1 قوانین مبنا، قوانینی به شکل مجوعه ای از قواعد می باشند برای کنترل سیستم به بهترین شکل.
-2 مکانیزم استنتاجی، برای ارزیابی اینکه در هر زمان کدامیک از قوانین کنترل مناسب هستند و سپس تصمیم گیری می نماید که کدام ورودی باید به سیستم اعمال گردد.
-3واسطه فازی سازی، به آسانی ورودیها را اصلاح می کند، تا امکان تفسیر ورودیها و مقایسه آنها با "قوانین مبنا" میسر شود.
-4واسطه غیر فازی ساز، نتایج بدست آمده از مکانیزم واسط را به ورودیهای سیستم تبدیل می کند.[10] در حال حاضر روش مامدانی - مامدانی و آسیلیان، - 1975 پرکاربردترین تکنیک واسطه فازی است
