دانلود ترجمه مقاله آنالیز عملکرد دینامیکی، بهبود حاشیه پایداری و افزایش قابلیت انتقال توان در توربین های بادی مبتنی بر DFIG (ساینس دایرکت – الزویر 2018)

آنالیز عملکرد دینامیکی، بهبود حاشیه پایداری و افزایش قابلیت انتقال توان در توربین های بادی مبتنی بر DFIG در شرایط شبکه AC ضعیف

Dynamic performance analysis, stability margin improvement and transfer power capability enhancement in DFIG based wind turbines at weak ac grid conditions

12559

چکیده

1 مقدمه

2 سنکرون‌سازی DFIG و دینامیک‌های PLL

3 مدلسازی دینامیک‌های استاتور و روتور در توربین بادیِ مبتنی بر DFIG

4 تحلیل پایداری سیگنال کوچک

5 تغییر کنترل RSC و شبیه‌سازیِ امپدانس

6 نتایج شبیه‌سازی

7 نتیجه

منابع

چکیده

     مزارع بادی معمولاً در نقاطی دوردست واقعند که با شبکه برق و مراکز بار فاصله زیادی دارند. از این رو، خطوط انتقال طویلی که بین مزارع بادی و شبکه برق بکار می‌رود، باعث کاهش مقدار قدرت شبکه در نقطه اتصال می‌شود. مقاله حاضر نخست به بررسی پایدرای توربین بادی DFIGی متصل‌به‌شبکه با لحاظ کردن دینامیک‌های PLL می‌پردازد و آنگاه رویکرد کنترل کارآمد را به منظور پایدارسازی سیستم و ارتقای قابلیت انتقال توان در شرایطِ ضعیف شبکه، ارائه می‌دهد. از این رو، مدلسازی دینامیک یکپارچه‌ی کل DFIG، از جمله دینامیک‌های PLL، شار استاتور، جریان روتور، رانشگر، دیسی-لینک، کنترلرهای جریانِ کانورتور سمت روتور (RSC) و کانورتور سمت شبکه (GSC)، ولتاژ دیسی-لینک و کنترلرهای سرعت ژنراتور و شبکه ارائه می‌شود. آنگاه پایداری سیگنال کوچکِ سیستم کامل اجرا شده و تاثیر نسبت اتصال‌ کوتاهِ شبکه (SCR) بر پایداری سیستم مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس ساختار کنترل روتور به منظور افزایش حاشیه پایداری و قابلیت انتقال توان تحت وضعیت شبکه‌ی ضعیف، اصلاح می‌شود. با ساختار کنترل اصلاح‌شده، SCR شبکه مجازاً افزایش می‌یابد تا عملکرد سیستم در اتصالات شبکه‌ی ضعیف بهبود یابد. سرانجام اینکه نتایج تحلیل‌های نظری توسط شبیه‌سازی دامنه زمان که توسط محیط شبیه‌سازِ متلب اجرا می‌شود، تایید می‌گردد.

2. سنکرون‌سازی DFIG و دینامیک‌های PLL

     لوپ قفل‌شده‌ی فاز (PLL)، بریکی از اجزای ساختمانیِ پایه است که در توربین‌های بادی مبتنی بر DFIGی متصل به شبکه، برای سنکرونسازیِ شبکه بکار می‌رود. فریم مرجعِ سنکرون PLL (SRF-PLL)، رایج‌ترین نوع PLL است که در مصارف سه‌فاز استفاده گسترده‌ای دارد. در این مقاله، RSC و GSC در فریم dq با جهت ولتاژ استاتور (SVO)، کنترل می‌شود، که در آن محور d با بردار ولتاژ استاتور همراستا است. به منظور انجام این کار، SRF-PLL پیاده‌سازی می‌شود تا فاز و فرکانس ولتاژ استاتور را استخراج کند. تصویر 2، ساختار SRF-PLL را نشان داده است که در آن نخست، ولتاژهای سه‌فازِ ساتاتور vsabc به فریم ثابت منتقل می‌شوند و آنگاه با استفاده از آرگومان өpll به فریم رفرنس dq، Vsβ به فریم رفرنس dqی چرخان تبدیل می‌شود که ө زاویه فازی است که توسط PLL استخراج می‌شود. زاویه فاز ө با استفاده از یک کنترلر PI در یک لوپ فیدبک بدست می‌آید که مولفه‌ی qی ولتاژ استاتور را به سمت صفر می‌راند، یعنی vsq= 0, vsd= vs. در تصویر 2، ولتاژ سه‌فاز استاتور در هر یونیت هست.

3. مدلسازی دینامیک‌های استاتور و روتور در توربین بادیِ مبتنی بر DFIG

     در این بخش، مدل دینامیک توربین بادی مبتنی بر DFIG در فریم مرجعِ سنکورن dq با جهت ولتاژ استاتور (SVO) ارائه می‌شود. در این روش، مسیر مثبت جریانهای روتور و استاتور، در سیم‌پیچ‌ها لحاظ می‌شود و تمام پارامترها و متغیرها بصورت پِریونیت ارائه می‌شود. لازم به ذکر است که برای کنترل DFIG در فریم SVO، دو فریم dq نیاز داریم: 1) فریم PLL dq که در آن زاویه ө که بر اساس PLL برآورد شده است، به منظور تبدیل dq بکار می‌رود، 2) فریم ایده‌ال dq که در آن زاویه ө به منظور تبدیل dq بکار می‌رود و محور d همیشه کاملاً با بردار ولتاژ استاتور همسو است. در وضعیت باثبات، өPLL= өg می‌شود و هم PLL و dqی ایده‌آل یکسان می‌شوند، اما این این الزاماً طی وضعیت گذرا صدق نمی‌کند. در شرایط واقعی، ما دسترسی مستقیمی به өg نداریم و بنابراین برای تبدیل dq از өpll بعنوان مقدار برآوردشده‌ی өg استفاده می‌کنیم. بعبارت دیگر، در شرایط واقعی، بواقع معادلات ماشین را به فریم رفرنس PLL برای تحلیل سیستم و طراحی کنترلر، تبدیل می‌کنیم.

1-3 مدلسازی استاتور و شبکه
    در تصویر 1، DFIG به شبکه متصل است که از سمت استاتورف، ترانسفورماتور توربین بادی، خط انتقال و شبکه را می‌توان با مدار تِوننی مدلسازی کرد که شامل باس نامتناهی e سری‌شده با مقاومت R و اندوکتانس L است (تصویر 4). با در نظر گرفتن تصویر 4، شکل خطی‌شده‌ی دینامیک‌های شبکه را می‌توان با معادله زیر، بصورت تابعی از شار و جریان استاتور و جریان GSC شرح داد.