بخشی از مقاله
چکیده
ژنراتور های القایی تغذیه دوبل - DFIG - به دلیل بازده مناسب در سرعت های باد متغیر، ساختاری ساده و قیمتی ارزان تر نسبت به ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم، در سیستم های تولید توان الکتریکی توسط انرژی باد، به شدت در حال افزایش هستند.
با این همه، به دلیل وجود معایبی همچون تزریق هارمونیک زیاد ناشی از مبدل های الکترونیک قدرت، امروزه هنوز هم دید صد در صد مناسبی به این سیستم وجود ندارد. وجود تغییرات سرعت باد، نامتعادلی و کنترل توان شبکه، بهره گیری از کنترل کننده ها را در این سیستم ها الزامی می دارد.
در این مقاله در اولین گام از دیدگاهی مدرن به ارائه یک کنترل کننده منطق فازی - FLC - برای کنترل DFIG تحت شرایط بارگذاری نامتعادل پرداخته می شود. سپس اثبات می گردد که کنترل کننده پیشنهادی میزان هارمونیک کمتری را نسبت به کنترل کننده های PI رایج در سیستم DFIG تولید می کند. در واقع وظیفه کنترل کننده هوشمند فازی، ثابت نگه داشتن گشتاور در طی تغییرات بارگذاری به شیوه ای می باشد که هم عمل کنترل مناسب فراهم شود و هم میزان هارمونیک تزریق شده به شبکه کاهش یابد.
-1 مقدمه
امروزه به دلیل مطرح شدن موضوعات محدود کردن انتشار گاز های Co2 و جایگزینی نیروگاه های انرژی تجدید پذیر با نیروگاه های سنتی شاهد افزایش توجه محققان به این مقوله هستیم. در میان منابع تولید توان الکتریکی با استفاده از انرژی های تجدید پذیر، انرژی بادی به دلیل تداوم و پیوسته بودن در طول ساعات شبانه روز و دسترسی آسان، بسیار مورد توجه می باشد
در میان ژنراتور های بادی سرعت متغیر، ژنراتور های القایی دو سو تغذیه - DFIG - به دلیل مزایایی همچون کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو و این که اندازه مبدل ها برای 30 درصد توان نامی طراحی می شود، بسیار رایج هستند .[2,3] این ژنراتور ها ساختاری متفاوت نسبت به ژنراتورهای القایی رایج دارند و از مجموعه ای از مبدل های منبع ولتاژ برای تغذیه سیم پیچ روتور استفاده می کنند.
در واقع سیم پیچ استاتور DFIGمستقیماً و سیم پیچ روتور نیز توسط دو مبدل پشت به پشت به نام های مبدل سمت روتور - RSC - 1 و مبدل سمت شبکه - GSC - 2 به شبکه الکتریکی وصل می شوند. بدیهی است که مبدل ها بایستی به طور پیوسته مورد کنترل قرار گیرند. در قسمت دوم مقاله توپولوژی سیستم تولید توان توسط توربین بادی مجهز به DFIG به تفصیل تشریح شده است.
GSC در سمت استاتور وظیفه تطبیق دو سطح ولتاژ بین نقطه کوپلینگ مشترک و ولتاژ لینک DC را عهده دار است. در واقع هدف از قرار دادن GSC، کنترل ولتاژ لینک DC جدای از جهت پخش توان از طریق RSC و کاهش عدم تعادل و اعوجاجات شبکه ناشی از بارها است .[4] بایستی اذعان داشت که مبدل سمت شبکه نقش مهمی را به عنوان یک فیلتر توان اکتیو در سیستم بازی می کند. قابلیت کنترل هر دو مبدل GSC و RSC انعطاف پذیری عمل کنترل و پایداری بهتر نسبت به ژنراتورهای القایی را موجب می شود. مسلماً بهره گیری از مبدل های قدرت موجب تزریق شدید هارمونیک های جریان پایین در سیستم قدرت می شود
به طور معمول از یک فیلتر LC در خروجی مبدل جهت کاهش هارمونیک های سوئیچینگ استفاده می شود. در این مقاله از یک کنترل کننده فازی برای بهبود کیفیت توان و کاهش هارمونیک ناشی از مبدل های قدرت استفاده شده است. کنترل کننده منطق فازی - FLC - پیشنهادی می تواند برای کنترل هماهنگ RSC و GSC در سیستم DFIG استفاده شود. کنترل فازی مبتنی بر استنتاج تاکاگی سوگونو3 ممکن است قادر به هموار و بی اعوجاج کردن خروجی در رنج وسیع سرعت باد نباشد
در عوض FLC مبتنی بر استنتاج ممدانی، قادر به فراهم کردن رنج وسیع کنترل ماشین و خروجی هموار با هر دو قواعد خطی و غیر خطی می باشد. اثبات شده است که عملکرد مؤثر کنترل کننده ربطی به تعداد قواعد ندارد اما بایستی قواعد به طور صحیح انتخاب شوند
تا کنون تحقیقات و پژوهش های مختلفی جهت کنترل مبدل ها توسط کنترل کننده های فازی صورت پذیرفته است و نشان از آن دارد که در دیدگاه مدرن، توجه خاصی بر بهره گیری از FLC در سیستم تولید توان با توربین های بادی شده است. در مرجع [8] یک کنترل برداری مبتنی بر FLC برای یک DFIG ارائه شده است که نتایجی بهتر نسبت به کنترل کننده PI گین ثابت دارد. مراجع [9,10] به بیان توسعه استراتژی کنترل، طراحی و ارزیابی عملکرد عملی کنترل فازی DFIG بر اساس جهت یابی شار استاتور پرداخته اند.
مرجع [11] اذعان دارد که کنترل DFIG توسط FLC در مقایسه با کنترل کننده PIدارای بیش تر، پاسخ دینامیکی سریع تر و تقریباً بدون خطای حالت ماندگار است.
-2 تشریح توپولوژی سیستم توربین بادی مجهز به DFIG در شبکه قدرت و مدل سازی آن
شکل 1 توربین بادی مجهز به DFIG متصل به شبکه قدرت را نشان می دهد. چنانچه مشاهده می شود استاتور DFIG مستقماًی به شبکه قدرت و روتور نیز توسط یکمبدل پشت به پشت که معمولاً دارای تکنیک سوئیچینگ PWM است، به شبکه متصل می گردد .[12] در مقایسه با توربین های سرعت ثابت، توربین های بادی سرعت متغیر می توانند بهتر ماکزیمم انرژی باد را در سرعت های باد کم دریافت کنند. در ادامه به تشریح و مدل سازی ریاضی بخش های مهم سیستم نشان داده شده در شکل 1 می پردازیم.
-1-2 توربین بادی
سه فاکتور اصلی برای تشریح سیستم توربین بادی وجود دارد که عبارتند از: قابلیت دستیابی به انرژی باد، منحنی توان توربین و قابلیت پاسخ دهی توربین به نوسانات باداست.
