بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک استراتژی کنترل توان اکتیو و راکتیو برای یک توربین بادی سرعت متغییر متصل به شبکه بر اساس ژنراتور القایی دو سو تغذیه - DFIG - با استفاده از مد لغزشی مرتبه دوم و جذب توان بهینه ارائه میشود . اهداف کنترلی بسته به سرعت باد، در نواحی عملکرد مختلف تغییر میکنند. به این ترتیب که در ناحیه بار کسری، هدف بیشینه کردن توان اکتیو و در ناحیه بار کامل، هدف محدود کردن آن است، در حالی که توان راکتیو استاتور بر اساس نیاز شبکه تنظیم میشود. شبیهسازی در محیط نرمافزاری MATLAB و بر روی شبکه نمونه از لحاظ وجوه فنی اعتبارسنجی شده است.
.1 مقدمه
وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی بخصوص سوختهای نفتی و بکارگیری و مصرف بیرویه آنها، منابع عظیمی را که طی قرون متمادی در لایههای زیرین زمین تشکیل شده است تخلیه مینماید. با توجه به اینکه منابع انرژی زیرزمینی با سرعت فوق العادهای مصرف میشوند و در آیندهای نه چندان دور چیزی از آنها باقی نخواهد ماند، نسل فعلی وظیفه دارد به آندسته از منابع انرژی که دارای عمر و توان زیادی هستند روی آورده و دانش خود را برای بهره برداری از آنها گسترش دهد. اما بدلیل افزایش روز افزون نیاز به انرژی و محدودیت منابع فسیلی از یک سو افزایش آلودگی محیط زیست ناشی از سوزاندن این منابع از سوی دیگر استفاده از انرژیهای تجدید پذیر را روز به روز با اهمیتتر و گستردهتر نموده است.
انرژی باد یکی ازانواع اصلی انرژیهای تجدید پذیر میباشد که از دیر باز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بود به طوری که همواره به فکر کاربرد این انرژی در صنعت بوده است. بشر از انرژی باد برای به حرکت درآوردن قایقها و کشتیهای بادبانی و آسیابهای بادی استفاده میکرده است. در شرایط کنونی نیز پرداختن به انرژی باد امری حیاتی و ضروری به نظر میرسد.
شکل - 1 ظرفیت تجمعی نصب شده تولید انرژی از باد را از سال 1997 تا سال .[1] 2015
یک استراتژی کنترل توان مستقیم مبتنی بر جریان - CB-DPC - جدید برای DFIG در [2] پیشنهاد شده است. طرح کنترل پیشنهاد برای توربینهای بادی سرعت متغیر مبتنی بر DFIG تحت ولتاژهای شبکه نامتعادل قابل، اجراست. ولتاژ رتور DFIG موردنیاز برای تنظیم دقیق توانهای خروجی اکتیو و راکتیو استاتور و حذف دقیق ارتشاعات بالقوه با استفاده از طرح کنترل حالت لغزان غیرخطی بدست میآید.
در مقایسه با سایر روشهای کنترلی، استراتژی پیشنهادی، بدلیل عدم وابستگی به مولفههای متقارن، ضرب نشدن در تبدیلات هماهنگی سنکرون ساده بوده و تنها نیاز به مقادیر ولتاژ و جریان DFIG به عنوان ورودیهایش دارد. در [3]، کنترلرهای تشید هارمونیکی تناسبی انتگرالگیر ترکیبی جدیدی برای چارچوبهای مرجع برای کنترل DFIG مبتنی بر سیستم تولید توان بادی همزمان با وجود سه شرایط تزریق ولتاژ رتور غیرسینوسی، ولتاژ شبکه تخریب شده هارمونیکی و ولتاژ شبکه نامتعادل، ارائه شده است. در این کار نشان داده شده که طرح کنترلی پیشنهاد، DFIG را در حد بهرهبرداری قابل مقبول حفظ کرده و همچنین تمامی هارمونیکها و ارتشعاعات مدارات استاتور و رتور را هنگام بهرهبرداری از DFIG تحت شرایط مذکور را حذف میکند.
مرجع [4] روی استراتژی کنترل حالت لغزان مجزا - DSMC - برای تنظیم توان اکتیو و راکتیو مستقیم برای باد تحقیق کرده است. خطاهای توان اکتیو و راکتیو مستقیما با محاسبهی ولتاژهای کنترل تان از طریق DSMC، حذف می-شود. در چارچوب مرجع استاتور، استراتژی مذکور اجرا میشود. بنابراین، اطلاعات زاویهای جریانها و ولتاژها استاتور و رتور مورد نیاز نیست. این تکنیک، حلقههای جریانی اضافی را در طراحی دخیل نمیکند. استفاده از فرکانس کلیدزنی مبدل ثابت از طریق مدولاسیون پهنای باند بردار فضائی، طراحی فیلتر هارمونیک AC را تسهیل کرده و کیفیت توان را بهبود میبخشد.
نویسندگان مرجع [5]، عملکرد بهینه توربین بادی سرعت متغیر متصل را سیستم کنترل غیرخطی با دو هدف مجزا را کنترل کردهاند. در حلقه خارجی، یک الگوریتم ردیابی ماکزیمم نقطه ردیابی - MPPT - مبتنی بر تئوری منطق فازی به منظور استخراج دائمی انرژی ایرودینامیکی بهینه طراحی شده است. نتایج شبیهسازی خاصله نشان از ردیابی دائمی نقطه-ی MPP صرفنظر از سرعت توربین دارد، بعلاوه استراتژی کنترل حالت لغزان پیشنهادی، ویژگیهای جذابی در مقایسه با تکنیک لغزان مرتیه اول مرسوم را داراست.
گایلارد و همکارانش در [6]، توپولوژی و کنترل مبدل بک تو بک تنظیم مجدد را در سیستمهای تبدیل انرژی بادی - WECS - در شرایط متعادل بکار گرفتهاند. توانائی کنترلر دیجیتال تنظیم مجدد برای WECS مطالعه شده و با استفاده از پلت فرم تنظیم مجدد اجرا شده است. در [28]، روش ناظران اختصاصی فازی - DFOS - با استفاده از ناظر فازی ورودی ناشناخته غیرخطی - UIFO - همراه با الگوریتم کنترل تحملپذیر خطا زمانبند فازی - FSFTC - برای سیستمهای تاکاگی-سوگئو - TS - فازی در معرض خطای سنسور، عدم قطعیت پارامتریک و ورودیهای ناشناخته متغیر با زمان، پیشنهاد شده است. مدل فازی TS برای مدلسازی فازی سیستم غیرخطی نامطمئن و ایجاد ناظران حالت فازی، منطبق شده است.
نیان و همکارانش در [7] یک استراتژی کنترلی هماهنگ برای مبدل سمت شبکه - GSC - و مبدل سمت رتور - RSC - یک سیستم تولید توان بادی متصل به شبکه هارمونیکی، ارائه کردهاند. دو طرح کنترلی بهبود یافته برای RSC و GSC پیشنهاد شده است. در طول مدت هارمونیکهای ولتاژ، RSC برای حذف نوسانات توان راکتیو گشتاور و استاتور، کنترل شده است. نوسانات توان اکتیو خروجی استاتور یا مولفههای هارمونیکی جریانهای استاتور، توسط GSC به منظور حصول هم خروجی توان اکتیو ثابت و هم جریان خروجی سینوسی، جبرانسازی شده است.
.2 ژنراتورهای القایی از دو سو تغذیه شده - DFIG -
کنترل لغزش به صورت دینامیکی در ژنراتورهای القایی با هدف عملکرد آنها در سرعت متغیر در DFIG استفاده می-شود.[8] در نتیجه برای حذف کامل جبرانساز توان راکتیو و کنترل توان اکتیو و راکتیو به طور مستقل از هم DFIG یک سیستم مناسب در توربینهای بادی است.[9] سیستم DFIG با اتصال به یک مبدل back-back-to یک سیستم سرعت متغیر است همانگونه که در شکل - 2 - نشان داده شده است. سیم پیچی استاتور ژنراتور به طور مستقیم به شبکه - با ولتاژ و فرکانس ثابت شبکه - متصل است در حالیکه سیم پیچی سمت رتور از طریق کانورتر سمت رتور rotor-side converter در فرکانس متغیر از طریق رینگ و جاروبک تغذیه میشود.
