بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک استراتژی پیشرفته کنترل زاویه گام بر اساس منطق فازی برای سیستم های توربین بادی با سرعت متغیر ، که در آن توان و سرعت خروجی ژنراتور به عنوان متغیرهای ورودی کنترل برای کنترل کننده منطقی فازی 1 - FLC - استفاده شده است ، پیشنهاد شده است. مرجع زاویه گام توسط کنترل کننده منطق فازی تولید شده است، که می تواند مشخصه غیر خطی زاویه گام نسبت به سرعت باد را جبران کند.
با متغیرهای کنترل توان و سرعت خروجی ژنراتور ، توربین بادی به صورت یکنواخت برای حفظ توان آیرودینامیکی و سرعت آن در مقادیر معین شده ، بدون هر گونه نوسان در توان و سرعت خروجی در مناطق با سرعت بالای باد ، کنترل می شود . اثر بخشی روش ارائه شده توسط نتایج شبیه سازی برای ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم 2 مگاواتی سیستم توربین بادی، تأیید شده است.
.1 مقدمه
اخیرا به انرژی های تجدید پذیر، به خصوص انرژی باد، به دلیل کمبود انرژی و دغدغه های زیست محیطی، بسیار پرداخت شده است . همانطور که نفوذ انرژی باد به شبکه برق به طور گسترده افزایش یافته است، تاثیر سیستم های توربین های بادی بر روی فرکانس و پایداری ولتاژ ،معنی دار تر شده است
در نتیجه، روش کنترل توان توربین های بادی ، با در نظر گرفتن یکپارچگی شبکه، مهم تر شده است.سیستم های توربین بادی سرعت متغیر گام متغیر ، به طور معمول ، با توجه به سرعت باد، دو منطقه عمل دارند.سرعت توربین در مقدار مطلوب به نحوی که حداکثر انرژی از توربین بادی استخراج شود، کنترل می شود
برای محدود کردن توان آیرودینامیکی گرفته شده توسط توربین بادی در مناطق با سرعت بالای باد ، چند روش کنترل زاویه گام، ارائه شده است. کنترل کننده های زاویه گام انتگرالی تناسبی 2 - PI - و یا انتگرالی تناسبی مشتقی 3 - PID - اغلب برای تنظیم توان ، استفاده شده است
عیب این روش این است که عملکرد کنترل، وقتی نقاط کار تغییر می کنند ، نامناسب میشود، زیرا طراحی کنترل کننده بر اساس مدل توربینی است که در نقاط کار با تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک، خطی شده است.طرح دیگری با استفاده از کنترل کننده H با یک رویکرد نابرابری ماتریس خطی یشنهاد شده است که عملکرد خوبی از توان خروجی توربین و همچنین مقاومت نسبت به تغییرات سرعت باد و پارامترهای توربین می دهد. با این حال، مقداری پیچیده است، زیرا پارامترهای مدل و کنترل کننده با توجه به تغییرات توابع وزن توسط محدودیت ها، نیاز به طراحی مجدد دارند.روش خطی درجه دوم گوسی 4 - LQG - برای طراحی کنترل زاویه گام اعمال شده است . - T. Ekelund, 1994 - نشان داده شده است که کنترل کننده LQG از لحاظ حاشیه فاز و گین، مقاومت فراهم می کند.
با این حال، عملکرد این کنترل کننده خطی با توجه به ویژگی های بسیار غیر خطی توربین های بادی، محدود شده است.کنترل کننده زاویه گام با اعمال روش کنترل پیش بین تعمیم یافته 5 - GPC - ، در یک منطقه عملیاتی گسترده منطقه سرعت باد ، پیشنهاد شده است
با این روش، خطای سیگنال کنترل، در هر فاصله به حداقل رسیده و واگرایی آن ، با به حداقل رساندن شاخص عملکرد، از میان برداشته شده است. با این حال اگر یک خطای بزرگ در توان خروجی وجود داشته باشد، ، از آنجا که قانون GPC به شدت بستگی به خطای توان خروجی دارد ،سیستم کنترل بی ثبات خواهد بود. برای حل این مشکل، انحراف استاندارد توان خروجی مزرعه بادی توسط استدلال فازی اصلاح شده است ، که همچنین می تواند به تغییرات سریع سرعت باد واکنش نشان دهد . با این حال، اگر تفاوت بین سرعت باد و مقدار مجاز آن بزرگ باشد، نوسانات توان خروجی افزایش خواهد یافت. همچنین، برای به دست آوردن مرجع توان خروجی، اطلاعات سرعت باد مورد نیاز است.
از سوی دیگر، کنترل زمان بندی بهره برای جبران غیر خطی بودن سیستم ارائه شده است - E. B. Muhando et al, 2011 - ، E. B. - Muhando et al, 2009 - ،که در آن بهره های کنترل کننده به طور مداوم با تغییر شرایط کار سیستم به روز شده است. این روش کنترل هیچ برآورد پارامتر آنلاینی نیاز ندارد و یک پاسخ نسبتا سریع به تغییرات شرایط ارائه می دهد. اشکال عمده ی این روش این است که عملکرد آن بستگی به مدل توربین های بادی خطی شده در نقاط کار خاص دارد. همچنین، طراحی تابع برنامه ریزی به روز رسانی بهره های کنترل کننده در نقاط کاری مختلف خیلی آسان نیست. روش دیگر استفاده از یک طرح کنترل مد لغزشی برای کنترل زاویه گام است - S.-H. Lee et al, 2011 - ، که مقاومت خوبی در مقابل نا معینی های پارامتری توربین بادی فراهم می کند. ا
ما، این روش بستگی به مدل ریاضی توربین های بادی دارد. علاوه بر این، اگر یک تغییر ناگهانی و زیادی از متغیرهای کنترل وجود داشته باشد ، منجر به فشار مکانیکی بالا برای سیستم توربین بادی می شود و پدیده چترینگ را افزایش می دهد .از سوی دیگر، چند روش استفاده از کنترل منطق فازی برای کنترل زاویه گام - J. Zhang et al, 2008 - ، ارائه شده است. این روش ها قابل اعتماد و مقاوم به ویژگی های غیر خطی زاویه گام با سرعت باد می باشد. در - S.-H. Lee et al, 2011 - ، یک نقطه ضعف وجود دارد که اطلاعات سرعت باد مورد نیاز است. استفاده از بادسنج هزینه را افزایش می دهد و قابلیت اطمینان سیستم را کاهش می دهد
در این مقاله، یک استراتژی جدید کنترل زاویه گام بر اساس کنترل منطق فازی برای محدود کردن توان خروجی توربین و سرعت ژنراتور در منطقه بار کامل پیشنهاد شده است . برای ورودی های فازی، توان خروجی ژنراتور و سرعت ژنراتور به جای سرعت باد اتخاذ شده است، که استفاده از بادسنج گران قیمت را حذف می کند . علاوه بر این، با متغیرهای کنترل توان و سرعت خروجی ژنراتور، توربین بادی به خوبی کنترل می شود تا توان خروجی و سرعت آن را در مقادیر مجاز حفظ کند.نتایج شبیه سازی تاثیرگذاری روش برای یک سیستم توربین بادی ژنراتور سنکرون 2 مگاواتی مغناطیس دائم 6 - PMSG - را نشان می دهد.
.2 سیستم های توربین بادی
.1-2مدل سازی توربین های بادی
گشتاور توربین بادی تواند به صورت زیر بیان شود.
که در آن - kg/m3 - چگالی هوا است و - R - m شعاع تیغه است, v - m/s - سرعت باد است , زاویه گام است، و نسبت سرعت تیغه است
شکل-1 منحنی ضریب تبدیل توان.
.2-2 گام سرو موتور
کنترل زاویه گام معمولا برای محدود کردن توان خروجی توربین در محیط به توربین های بادی بزرگ اعمال می شود. محرک می تواند چرخش پره در اطراف محور طولی را تنظیم کند. دستگاه های هیدرولیک یا الکترومکانیکی به طور گسترده ای برای محرک گام در محدوده توان بالای توربین ها استفاده می شوند.
محرک گام یک سروو غیر خطی است که به طور کلی همه تیغه ها و یا بخشی از آنها را می چرخاند. در حلقه بسته، سروو گام به عنوان یک انتگرال گیر و یا یک سیستم تاخیر دارمرتبه اول با ثابت زمانی - F - مدل شده است. رفتار دینامیکی سروو گام به صورت زیر بیان شده است.
که در آن min و max ، به ترتیب حداقل و حداکثر زاویه گام هستند.
بلوک دیاگرام سیستم کنترل زاویه گام معمولی در شکل 2 نشان داده شده است ، که در آن سرو گام گنجانده شده است. پاسخ کنترل گام بستگی به زمان ثابت محرک گام دارد ،که به طور معمول در دامنه ای از 0,18 تا 0,23ثانیه قرار دارد.
