بخشی از مقاله
چکیده
در سال هاي اخیر، استفاده از انرژيهاي تجدیدپذیر مانند انرژي باد مورد توجه مهندسین برق واقع شده است. در سیستم تولید انرژي باد از DFIG استفاده میشود. یکی از مسائل حائز اهمیت در توربین بادي مجهز به DFIG، مسئله پایداري ولتاژ تحت خطاهاي شبکه می باشد. توان هاي اکتیو و راکتیو از طریق تغییرات پارامترهاي متغیر مانند سرعت، فرکانس و ولتاژ توربین بادي مجهز به DFIG کنترل می شود.
مدلسازي و شبیه سازي ماشین القایی با استفاده از تکنیک کنترل برداري در محیط سیمولینک نرمافزار MATLAB انجام شده است . در این مقاله، در سمت روتور DFIG، نوسانات در گشتاور، سرعت روتور، جریان استاتور و جریان روتور مورد تحلیل قرار گرفته است همچنین در مبدل سمت شبکه، تغییرات توانهاي اکتیو و راکتیو آنالیز شده است.
.1 مقدمه
توربینهاي بادي بر اساس محورها به دو نوع دستهبندي میشود: توربین بادي محور عمودي - VAWT - 1 و توربین بادي محور افقی2 - HAWT - ؛ از طرف دیگر بسته به مکان نصب توربینهاي بادي به دو نوع مررعه بادي On Shore و مزرعه بادي Off Shore طبقه بندي میشود
توان تولیدي توربینهاي بادي بر اساس ظرفیت توربین kW - یا - MW، سرعت باد، وزن توربین و قطر روتور تعیین میگردد . بطور متعارف از انواع ژنراتورهاي الکتریکی آسنکرون DC، AC و ژنراتور سنکرون استفاده میشود.
امروزه از ژنراتورهاي آسنکرون AC که به ژنراتور القایی معروف اند به نسبت ژنراتورهاي الکتریکی بطور گسترده استفاده میشود. ماشین القایی3 - IM - در صنعت به دلیل استحکام زیاد، هزینه کم و حفاظت و نگهداري کمتر پرکاربرد هستند. مزیت اصلی ژنراتور القایی این است که به اتصال الکتریکی بین قسمتهاي ساکن و گردان موتور نیاز ندارد [8]، [9]؛ بنابراین به کموتاتور مکانیکی - جاروبکها - نیازمند نیست در نتیجه به حفاظت نیاز ندارد همچنین ژنراتورهاي القایی داراي وزن و اینرسی کمتر، بازده و قابلیت اضافه بار بیشتري دارند . علاوه بر این ژنراتور می تواند در محیط هاي انفجاري به دلیل عدم تولید جرقه کار کند.
مدلهاي اولیه توربینهاي بادي محور عمودي مبتنی بر ادوات نوع DARG می باشد که امروزه تنها به صورت بادسنجهاي فنجانی استفاده میشود. توربین بادي محور افقی در اروپا جهت پمپاژ آب رایج شده است . در سال Charles Brush 1887 براي اولین بار انرژي باد را به انرژي الکتریکی تبدیل نمود. توان ژنراتورهاي DC، 12 kW بوده است و جهت شارژ باتري طراحی شد .
ماشین القایی براي اولین بار در سال 1951 مورد استفاده قرار گرفت. توربین هاي بادي اولیه با ژنراتور قفس سنجابی در اواخر دهه ي 1980 با طرفیت کمتر از 100 kW ساخته شد. در تکنولوژي توان بادي جایگزینی ژنراتور القایی تغذیه دوبل - DFIG - 4 با ژنراتور قفس سنجابی نشان دهندهي پتانسیل این نوع ژنراتورهاي الکتریکی میباشد. 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. این پژوهش به کنترل توان DFIG مبتنی بر کانورترهاي پشت به پشت PWM میپردازد.
.2 تکنولوژيهاي توربین بادي
در سالهاي اخیر، از میان انواع توربینهاي بادي نصب شده توربین بادي سرعت متغیر - VSWT - 1 به نوبهي خود برجسته میباشد توربین هاي بادي سرعت متغیر جهت بهره گیري از راندمان ماکزیمم آیرودینامیکی در سرعتهاي متغیر طراحی شده است. در عملکرد سیستم سرعت متغیر امکان تطبیق سرعت زاویهاي با سرعت باد V را فراهم میسازد. در این راستا نسبت سرعت نوك در مقداري ثابت که از پیش تعیین شده مطابق توان ماکزیمم نگه داشته میشود. بر خلاف سیستم سرعت ثابت، سیستم سرعت متغیر نیز گشتاور ژنراتور را نسبتاً ثابت نگه می دارد؛ همچنین تغییرات باد متناسب با تغییرات سرعت ژنراتور دز نظر گرفته میشود
سیستم الکتریکی توربین بادي سرعت متغیر بسیار پیچیده تر از توربین بادي سرعت ثابت - FSWT - 2 است بطوریکه توربین بادي سرعت متغیر با ژنراتور القایی یا سنکرون تجهیز شده است و از طریق کانورتر توان به شبکه متصل شده است . کانورتر توان سرعت ژنراتور را کنترل می کندنوسانات. توان ایجاد شده توسط تغییرات باد عمدتاً از طریق تغییرات سرعت ژنراتور و در نتیجه سرعت روتور توربین بادي مهار میکند . از جمله مزایاي توربینهاي بادي سرعت متغیر افزایش بهرهگیري انرژي، بهبود کیفیت توان و کاهش استرس مکانیکی بر روي توربین بادي را می توان نام برد و از معایب سیستمهاي مذکور میتوان به تلفات ادوات الکترونیک قدرت و افزایش قیمت اشاره نمود.
.3 استراتژي کنترل کانورتر روتور
امروزه از رایج ترین ماشین ها که بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته DFIM میباشد که این نوع ماشینها میتواند بصورت ژنراتور یا موتور استفاده شود .[12] این نکته قابل اهمیت است که به دلیل وجود استحکام مکانیکی حلقههاي لغزش از موتور کمتر استفاده می شود؛ در حالیکه تقاضاي استفاده از ژنراتور در نیروگاه بادي و آبی به دلیل قابلیت تطبیق افزایش یافته است. در این بخش به آنالیز سیستم کلی DFIG با حضور کانورترهاي منبع ولتاژ 3 PWM پشت به پشت پرداخته می شود. شکل - 1 - پارامترهاي کنترلی DFIG را نشان میدهد.
شکل : - 1 - پارامترهاي کنترلی DFIG
جهت کنترل مناسب از کنترل کننده ي برداري استفاده شده است .[11] شکل هاي - 2 - و - 3 - به ترتیب کنترل کانورتر روتور و شبیهسازي مدل DFIG براي کانورتر سمت روتور را نشان میدهد.
شکل : - 2 - کنترل کانورتر روتور
شکل : - 3 - مدل DFIG شبیهسازي شده در سمت روتور
-1-3 نتایج شبیهسازي DFIG - سمت روتور - تحت شرایط نرمال
تحت شرایط نرمال DFIG در حالیکه که زیر بار نیست کار می کند و شکل موج هاي جریانهاي استاتور و روتور در شکل - 4 - نمایش داده شده است؛ شکل - 5 - سرعت باد و گشتاور تولیدي DFIG را نشان میدهد.
