بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش نفوذ سیستمهاي انرژي باد درشبکه هاي توزیع ،نیاز است این منابع قابلیت پشتیبانی لازم را به لحاظ توان راکتیو در حالت کاري پایدار و گذرا ایجاد نمایند. یکی از مطلوب ترین انتخابها در بازار انرژي بادي مدرن، ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است.
تورینهاي بادي سرعت متغیر بیشتر از نوع DFIG هستند و این بدلیل عملکرد بهتر،حداکثر توان خروجی و... این نوع از توربینها می باشد. کاربرد ژنراتورهاي DFIG در شبکه هاي متصل به انرژي باد، به منظور کنترل و تنظیم ولتاژ و تامین توان راکتیو پشتیبانی کننده در حال افزایش است
در این مقاله مدلسازي یک توربین بادي از نوع DFIG متصل به شبکه الکتریکی، بر اساس کنترل مبدل سمت شبکه و مبدل سمت روتور آن،در نرم افزار Matlab/Simulink انجام شده است. درحالت اول رفتار DFIG، در حالت بروز خطاي تکفاز به زمین در خط انتقال ارتباطی بررسی میگردد. در این حالت همه کنترلکنندههاي موجود در مبدل سمت شبکه و مبدل سمت روتور از نوع PI می باشند.
جهت کنترل توان راکتیو و ولتاژ DFIG، روشهاي کنترلی غیرخطی مانند کنترل فازي نیز قابلیت کاربرد دارند. در حالت دوم، دو عدد از کنترلکننده PI موجود در مبدل سمت روتور با کنترل کننده فازي جایگزین میگردند و به منظور بهبود نتایج براي دو کنترل کننده PI دیگر موجود در RSC باز تنظیم گین صورت میگیرد. نتایج نشان میدهد که پیک فراجهش نوسانات توان راکتیو بطور قابل توجهی کاهش یافته و پیک فراجهش ولتاژ لینک DC نیز در زمان وقوع خطا کاهش مییابد.
-1 مقدمه
با توجه به گسترش روز افزون استفاده از نیروگاههاي بادي بخصوص نیروگاههاي بادي با توربین از نوع DFIG بدلیل مزایاي آنها شامل کیفیت توان مناسب، قابلیت کنترل زیاد و توان تولید انرژي و... ، کنترل توان و ولتاژ این توربینهادر شرایط خطا از اهمیت ویژه اي برخوردار است.
همزمان با افزایش تقاضا براي انرژي باد، تکنولوژي توربینها در حال پیشرفت و از اینرو قیمت تجهیزات آنها رو به کاهش است. بر خلاف گاز،ذغال سنگ و منابع نفتی که در آینده کمیاب خواهند شد، انرژي باد به میزان فراوان وجود دارد و پیشرفتهاي جدید در زمینه تجهیزات الکترونیکی و آیرودینامیکی پیش روي آن خواهد بود..[1]امروزه رنج وسیعی از تکنولوژیهاي توربینهاي بادي مورد استفاده قرارگرفته اند. تفاوت این تکنولوژيها در قیمت، پیچیدگی، بازدهی و تجهیزات آنها است.
در توربینهاي با سرعت ثابت، ژنراتور - ژنراتور القایی - مستقیما به شبکه متصل می شود. در یک توربین بادي سرعت متغیر، ژنراتور بوسیله تجهیزات الکترونیک قدرت کنترل میشود که این مسئله کنترل سرعت روتور را امکانپذیر می سازد و کیفیت توان آنها، در مقایسه با توربینهاي سرعت ثابت بیشتر است.
در این مقاله هدف این است که در یک سیستم نمونه، در حالت استفاده از یک روش کنترلی کلاسیک - PI - و در حالتی که جهت کنترل توربین بادي از ترکیب کنترل کننده هاي کلاسیک - PI - با کنترلکنندههاي فازي استفاده میشود، قابلیت کنترل ولتاژ DC و توان راکتیو توربین از نوع DFIG تحت شرایط خطا، با یکدیگر مقایسه و مورد آنالیز قرار گیرد.
-2 مدل سیستم
توان استخراج شده توسط توربین بادي از انرژي باد، متناسب با توان سوم سرعت باد است، اما توربین بادي میتواند فقط کسري از آن را استخراج نماید.
در روابط 1و 2، Pm، توان مکانیکی استخراج شده از باد توسط توربین بادي، Pw، توان واقعی باد، ρ، چگالی هوا، R، شعاع روتور توربین بادي، Vw، سرعت باد،CP، شاخص بازده می باشد که بشرح رابطه4 است:
که در رابطه 3 و 4، λ، نسبت سرعت نوك پره هاي توربین به سرعت باد، β، زاویه پره و ωt، سرعت گردش پره هاي توربین است.[4]
- CPدر تئوري - برابر است با16/27، که در تئوري برابر با ماکزیمم ضریب نیرو ممکن براي توربین بادي است. CPدرعمل %45-40 است
-3 توربین بادي سرعت متغیر با ژنراتور القایی از دو سو تغذیه شونده
این سیستم شامل یک توربین بادي با ژنراتور القایی از دو سو تغذیه شونده است. DFIGیک ماشین القایی با روتور سیم پیچی شده است و همانطور که از اسم آن مشخص است، روتور و استاتور آن هر دو به منبع الکتریکی متصل می شوند.
سیستم مبدل قدرت بصورت AC-DC-AC است. اندازه مبدل قدرت پایین تر از رنج ژنراتور القایی است و دلیل آن اینست که طوري طراحی شده است که فقط توان لغزش را عبور دهد.بنابراین براي کارکرد در لغزش %30، سایز مبدل قدرت حدودا برابر با %30 رنج ژنراتور القایی است. در یک توربین بادي سرعت متغیر با ژنراتور القایی از دو سو تغذیه شونده ،سیستم مبدل امکان جبرانسازي توان راکتیو و اتصال مناسب به شبکه را مهیا میکند.
مبدل AC-DC-AC داراي دو مبدل منبع ولتاژ شامل مبدل سمت روتور - RSC - و مبدل سمت شبکه - GSC - هستند و بصورت پشت به پشت به یکدیگر متصل می شوند.
بین دو مبدل یک خازن لینک DC، بعنوان ذخیره کننده انرژي و براي کوچک نگاه داشتن تغییرات ولتاژ - ریپل - ، قرار می گیرد. با مبدل سمت روتور کنترل گشتاور یا سرعت DFIG و ضریب قدرت ترمینالهاي استاتور آن امکانپذیر می شود، در حالیکه با مبدل سمت شبکه ،صرفنظر از دامنه و جهت توان روتور، ولتاژ لینک DC ثابت نگاه داشته می شود.
مبدل سمت شبکه در فرکانس شبکه - پیشفاز یا پسفاز به منظور تولید یا جذب یک دامنه قابل کنترل توان راکتیو - کار می کند
شکل:1 ترکیب کلی اجزاي یک [5 ] DFIG
-4 اصول کنترل فازي
بلوك دیاگرام کنترل فازي در شکل زیر نمایش داده شده است.در این شکل یک کنترل کننده فازي درون یک سیستم کنترلی حلقه بسته تعبیه شده است. خروجیهاي سیستم، با y - t - ، ورودیهاي آن با u - t - و ورودي مرجع کنترل کننده فازي با r - t - نمایش داده شده اند.
