بخشی از مقاله
چکیده
با رشد بارهای حساس صنعتی و نفوذ مزارع بادی و افزایش توان آنها در شبکه قدرت، مسئله کیفیت توان در سالهای اخیر اهمیت بیشتری پیدا کرده است. معمولا ژنراتورهای مزارع بادی در حداکثر تولید توان حقیقی عمل میکنند و کنترل توان حقیقی بندرت و در مواقعی که مساله پایداری شبکه در میان است انجام میشود.
مساله مهم در امر کنترل توان، کنترل توان غیر حقیقی میباشد و از آنجایی که ژنراتور القایی دو سو تغذیه به تغییرات ولتاژ استاتور بسیار حساس است و در شرایط بروز خطا، جریان روتور و ولتاژ خازن لینک DC بصورت ناگهانی افزایش شدیدی خواهد داشت که ممکن است باعث وارد شدن آسیب شدیدی به مبدل ژنراتور گردد اما با توجه به اتصال مستقیم استاتور آنها به شبکه، در صورت محافظت از مبدل قدرت و لینک dc قرار گرفته در مبدل میتوانند در طول خطا نیز متصل به شبکه باقی بمانند ما در این مقاله سه روش حفاظتی را مورد ارزیابی قرار میدهیم و آنها را بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی در انواع شرایط خطا تحلیل و مقایسه میکنیم که این سه روش پیشنهادی تاثیر خوبی در افزایش قابلیت گذر از اتصال کوتاه دارد.
مقدمه
انرژی بادی یکی از صورتهای منابع انرژی تجدیدپذیر است که با توجه به ویژگی مشترک انرژیهای تجدیدپذیر همواره بصورت پراکنده و با چگالی کم، روی کره زمین و در اختیار بشر قرار دارد. استفاده از انرژی باد برای تولید انرژی الکتریکی از سال 1925 میلادی آمریکا آغاز شد.
در آن زمان از ژنراتورهای DC که به شارژرهای باطری وصل شده بودند برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی باد استفاده میشد. از سال 1939 با تشکیل شبکههای AC در آمریکا، ژنراتورهای سنکرون سرعت ثابت برای تولید انرژی الکتریکی از باد مورد استفاده قرار گرفتند و استفاده از ژنراتورهای DC کاهش یافت استفاده از انرژی باد برای تولید برق از اواسط سال 1970 بخصوص بعد از افزایش ناگهانی قمیت سوخت شدت گرفت.
در این دههها تولید انرژی الکتریکی با استفاده از ژنراتورهای سنکرون سرعت ثابت صورت میگرفت اما از اواسط دههی90 به علت برخی مزایای ماشین-های القایی نسبت به ماشینهای سنکرون، استفاده از ژنراتورهای سنکرون کاهش یافت و استفاده ازماشینهای القایی افزایش پیدا کرد و در بین ژنراتورهای القایی نیز، ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه1 دارای عملکردنسبتاً بهتری نسبت به سایر ژنراتورهای القایی میباشند
برخلاف نیروگاههای مرسوم سنتی، مزارع بادی قادر نیستند ولتاژ و فرکانس سیستم را هنگامی که یک خطا در سیستم رخ میدهد تامین کنند از اینرو برای جلوگیری از آسیب رسیدن به ژنراتور و قطع آن باید تجهیزات حفاظتی مناسبی تدارک دیده شود. در برخی مطالعات از کنترل کننده شبکه عصبی برای این امر استفاده شده است البته پیچیدگی پیاده سازی از معایب اصلی آن محسوب میشود . - Orlando et al,2010 - کنترل کننده چند متغیره LQG ارائه شده است
از کنترل کننده مد لغزشی - SMC - بهره گرفته است . - Beltran et al,2012 - در این مقاله طرحهای حفاظتی مرسوم از جمله حفاظت کروبار، چاپر DC و مقاومت دینامیکی سری مورد ارزیابی قرار میگیرد که هدف از اجرای این طرحها مقایسه و ارائه راهکار برای افزایش قابلیت گذر از خطای - FRT2 - توربین بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه میباشد. شایان ذکر است که کلیه شبیه سازیها توسط نرم افزار متلب انجام پذیرفته است و صحت مطالب تایید میشود.
ژنراتور القایی از دو سو تغذیه - DFIG -
سیستم قدرت بادی نشان داده شده در شکل - 1 - شامل یک ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است که سیم پیچیهای استاتور به طور مستقیم به شبکه متصل شده است و سیم پیچی روتور از طریق یک مبدل پشت به پشت PWM به شبکه متصل شده است.
شکل : - 1 - ژنراتور القایی از دو سو تغذیه
از مزایای این نوع ژنراتور نسبت به ژنراتورهاس سرعت ثابت به موارد ذیل میتوان اشاره کرد:
· هزینه مبدل الکترونیک قدرت کاهش مییابد به این خاطر که معمولا بازهی توان مبدل 25-30 درصد کل توان سیستم است.
· کنترل سرعت
· بهبود کیفیت توان
· کاهش فشارهای مکانیکی روی محور توربین
· تولید توان بیشتر
· کنترل مجزای توان اکتیو و راکتیو
· هزینه فیلتر مبدل کاهش مییابد به این خاطر که بازهی توان فیلترها برابر یک چهارم توان کل سیستم است و هارمونیکهای موجود، قسمت کوچکتر هارمونیکهای کل سیستم میباشد.
· پاسخ مقاوم و پایدار این ماشین در مواجه با اختلالات خارجی
ایراد DFIG استفاده از جاروبک است که نیازمند تعمیرات دورهای میباشد بخصوص در مزارع بادی که در کنار ساحل دریا قرار دارند.
سیستم قدرت بادی نشان داده شده در شکل - - 2 یک ژنراتورالقایی تمام کنترلی از دو سو تغذیه با یک اتصال DC است. این نوع از سیستم قدرت بادی اجازه میدهد تا ولتاژها و فرکانسهای روتور و استاتور را کنترل کنیم این سیستم انعطاف-پذیری بالاتری نسبت به ژنراتور القایی از دو سو تغذیه معمولی نشان داده در شکل - 1 - دارد. به علاوه این سیستم قدرت بادی برای مزارع بادی که در دریا واقع شدهاند و از طریق کابلهای دریایی به سرزمینهای مجاور خود متصل میشوند در نظر گرفته شده است.
شکل - 2 - ژنراتور القایی از دو سو تغذیه تمام کنترلی
روشهای دیگری برای اتصال DFIG به شبکه وجود دارد که عبارتند از: سیکلوکانورترها و مبدل ماتریسی. بعضی از ایرادات این سیستمها عبارتند از: ضریب توان ضعیف خط، انحرافات هارمونیکی بالا در خط و جریان ماشین برای سیکلو کانورتر ها و برای مبدل ماتریسی حذف خازن DC، این کانورتر پیچیدگی های زیادی دارد و تکنولوژی آن بلوغ زیادی نیافته است.
