مطالعه یک ژنراتور القایی دو بار تغذیه با مبدل ماتریس: مورد سیستم تبدیل انرژی باد

Study of a double fed induction generator using matrix converter: Case of wind energy conversion system

چکیده

مقدمه

مدل سازی سیتم بادی

مدل سازی توربین بادی

مدل سازی بخش مکانیکی

مدل سازی DFIG

مدل سازی و کنترل مبدل ماتریس

ساختار کنترل

نتایج شبیه سازی

نتیجه گیری

فهرست علائم و اختصارات

چکیده

با توجه به رشد روز افزون الکترونیک قدرت، استفاده از نسل جدید مبدل های توان مورد توجه ویژه قرار گرفته است، مبدل ماتریس AC/AC که مبدل توان مستقیم AC/AC را فراهم می کند، جریان توان دو طرفه، شکل موج تقریبا سینوسی ورودی و خروجی. در این مقاله، ما به ارائه مطالعه عملکرد و کارایی توربین بادی با سرعت متغیر مبتنی بر ژنراتور القایی دو بار تغذیه شده توسط مبدل ماتریس با استفاده از روش ردیابی نقطه دارای حداکثر توان برای به دست آوردن حداکثر توان در دسترس، می پردازیم. کل سیستم در چهارچوب مرجع هم‌گام d-q ارائه شد. طرح کنترل تست شده و عملکرد آن با استفاده از نتایج شبیه سازی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی بدست آمده تحت سیمولینک نرم افزار متلب اثربخشی و اعتبار کنترل مورد نظر را نشان می دهد.

مقدمه

با شروع از اصل Lavoiser: هیچ چیز از دست نرفته است، هیچ چیز ایجاد نشده است، همه چیز تغییر پیدا کرده است. انرژی، به منزله موتور آثار یا پدیده های طبیعی می باشد و می تواند از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کند. انرژی بادی یکی از پاک ترین منابع انرژی می باشد چراکه در حال تولید برق هیچگونه گاز گلخانه ای تولید نمی کند و همچنین باعث نامطلوب شدن کیفیت هوا نمی شود (هوا را آلوده نمی کند) و همچنین باعث آلودگی خاک و آب نیز نمی شود. علاوه بر این، زباله سمی یا رادیواکتیو نیز تولید نمی کند [5-1]. امروزه، با در نظر گرفتن افزایش آلودگی محیط زیست و اتمسفر، کوشش های زیادی در راستای ارتقا سطح سیستم های تبدیل انرژی باد یا WECS بمنظور کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان و اعتبار و همچنین استحکام، صورت گرفته است [6]. 

نتیجه گیری

در این مقاله، مدل سازی و کنترل سیستم مبدل باد مبتنی بر DFIG تغذیه شده توسط مبدل ماتریس در نظر گرفته شد. در حقیقت کنترل جداگانه این توان ها اجازه تنظیم مشخصه توان نصب و در نتیجه رسیدن به یک عملکرد مطلوب را می دهد. مدل زنجیره تبدیل انرژی بادی گسترش داده شده است و تکنیک ردیابی حداکثر نقطه توان بمنظور فراهم کردن تمامی توان فعال تولید شده به شبکه با مشخصه توان واحد اعمال شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که توان فعال و غیر فعال انرژی باد کیفیت بالایی را ارائه می دهد (دارای کیفیت بالایی می باشد).

Abstract

Due to the growing of the power electronics, especial attention has been given to the use of new generation of power converters, AC/AC matrix converter to which provide a direct power converter AC/AC, bi-directional power flow, almost sinusoidal input and output waveform. In this paper, we present the performance study of a variable-speed wind turbine based on doubly fed induction generator fed by matrix converter using the maximum power point tracking method to extract the maximum power available. The whole system is presented in d-q-synchronous reference frame. The control scheme is tested and the performances are evaluated by simulation results. The simulation results obtained under MatLab/Simulink show the effectiveness and validity of the considered control.

Introduction

Starting from the principle of Lavoisier: Nothing is lost, nothing is created, everything is transformed. Energy is the motor of natural phenomena, it can be transformed from one form to another. Wind energy is one of the cleanest sources of energy because while producing electricity it does not generate any gas greenhouse effect, does not degrade air quality and does not pollute soils or water. Furthermore, it does not produce toxic or radioactive waste [1e5]. Nowadays, Owing to the increasing pollution of environment and atmosphere, huge efforts have been made in promoting the wind energy conversion systems WECS to reduce costs and increase reliability and robustness [6].

Conclusion

In this paper, the modeling and control of wind conversion system based on DFIG fed by matrix converter has been considered. The fact of the control of these powers separately permits to adjust the power factor of the installation and in consequence obtain better performance. The model of wind conversion chain is developed and the technique of maximum power point tracking has been applied to provide all of the active power generated to the grid with unity power factor. The simulation results showed that the active and reactive power of the wind energy present a high quality.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه یک ژنراتور القایی دو بار تغذیه با مبدل ماتریس: مورد سیستم تبدیل انرژی باد

Study of a double fed induction generator using matrix converter: Case of wind energy conversion system

کنترل پیش بینی کننده غیر خطی توربین بادی مبنی بر ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای بهینه سازی جذب توان

Nonlinear predictive control of a DFIG-based wind turbine for power capture optimization

چکیده
1 مقدمه
2 مدل سازی توربین های بادی
2.1 مدل سازی توربین بادی
2.2 مدل سازی ژنراتور
2.3 بهینه سازی ثبت توان
3. پیش بینی غیر خطی برای کنترل کننده توربین بادی
3.1 درگیری خروجی مجانب به صورت غیر خطی با کنترل کننده DFIG
3.2 کنترل کننده توربین بادی به صورت پیش بینی کننده
3.3 کنترل کننده سراسری
4 نتایج شبیه سازی ها
4.1 توصیف فرایند شبیه سازی
4.2 طراحی کنترل کننده DFIG
4.3 کنترل کننده ای متداول توربین های بادی
4.4 طراحی کنترل کننده MPC
4.5 مقایسه کنترل کننده های توربین بادی
4.6 توجیه عملکرد کنترل کننده پیش بینی کننده
5 جمع بندی
منابع

چکیده

یک کنترل کننده پیش بینی کننده غیر خطی در این مقاله برای توربین های بادی با سرعت های متغیر ارائه شده است. هدف این مقاله بهینه سازی کسب  توان الکتریکی و کاهش بارهای گذرا می باشد. این کنترل کننده تنها در حوزه هایی که سرعت باد در آن ها کم است، قابل استفاده می باشد. این کنترل کننده شامل یک کنترل کننده ژنراتور با تغذیه دوگانه می باشد که با یک کنترل کننده پیش بینی کننده برای توربین های بادی ترکیب شده است. بر خلاف اکثریت مقاله ها و کارهای تحقیقاتی انجام شده بر روی DFIG ها، کنترل کننده غیر خطی به صورت مستقیم با مدل ژنراتور کار می کند بدون این که هیچ گونه فرض ساده سازی برای آن در نظر گرفته شود. این موضوع باعث می شود که ما بتوانیم بعضی از فرضیات مرتبط با مدل های DFIG را کنار بگذاریم. این کنترل کننده DFIG غیر خطی می تواند گشتاور مجانبی و ردگیری شار را فراهم کند. برای قسمت بادی توربین، این کنترل کننده پیش بینی مدل از پیش بینی های خروجی استفاده می کند تا توالی های کنترل بهینه را محاسبه کند. این کنترل کننده نوعی تطابق بین بهینه سازی ثبت توان و کاهش بار را ایجاد می کند. طراحی این کنترل کننده ها در این مقاله به صورت دقیق توضیح داده شده است. کنترل کننده سراسری نیز با پارامتر های آزمایشی واقعی برای توربین های بادی با سرعت متغیر، مورد ارزیابی قرر گرفته است. این کنترل کننده ها با کنترل کننده های PID و LQG نیز مقایسه شده است. شبیه سازی ها در این مطالعه نشان دهنده نتایج رضایت بخش در مقایسه با همین طرح ها می باشد. کنترل کننده پیشنهاد شده می تواند بهینه سازی کسب توان بهتر و کاهش بار بیشتری را فراهم کند. ازین ما را قادر می سازد تا به اهداف طراحی بهتری دست پیدا کنیم

5 جمع بندی

یک کنترل کننده سراسری برای ژنراتور  و توربین بادی در این مقاله ارائه شده است. این کنترل کننده برای سرعت متغیر در توربین های بادی مجهز به ژنراتور DFIG مورد استفاده قرار می گیرد. این کنترل کننده متشکل از کنترل کننده غیر خطی برای کنترل کننده DFIG و MPC برای بهینه سازی ثبت توان می باشد. این کنترل کننده ها با استفاده از ساختار کنترل دو حلقه ای با ثابت های زمانی مناسب، به یکدیگر متصل می  شوند. این شبیه سازی ها نیز با پارامتر های توربین بادی واقعی و مشخصات سرعت بادی واقعی، تست شده است. آن ها نشان دهنده کارایی کنترل کننده ها از نظر بهینه سازی ثبت توان و کاهش بار کنترل می باشد. عملکرد خوب کنترل کننده ی پیش بینی کننده بر اساس تطبیق خوب طرح کنترل پیش بینی برای سیستم هایی مانند توربین های بادی، تایید شده است.  باد به عنوان یک اغتشاش با ورودی فیلتر شده در نظر گرفته می شود. رفتار پیش بینی کنترل کننده MPC امکان واکنش پیش از موعد از کنترل کننده را فراهم می کند که موجب کنترل روان یک سیستم لختی مانند توربین های بادی می شود. کنترل کننده پیش بینی کننده باعث شکل گیری یک تطابق خوب بین سادگی و کارایی می شود. کنترل کننده به صورت کلی در کار های آتی نیز در نظر گرفته می شود. این کار ها شامل حوزه کامل بار برای سرعت بالای باد می شود. این کار ها باید حالت گذار بین بهینه سازی ثبت توان و تنظیم توان را در نظر بگیرد.

Abstract

A nonlinear predictive controller is proposed for a variable speed wind turbine. The objective is power capture optimization and transient loads reduction. The controller acts only on low wind speed area. It consists of a doubly fed induction generator controller coupled with a model predictive aeroturbine controller. Unlike the majority of existing work on DFIG, the nonlinear controller deals directly with the generator model without any simplifying assumptions. This makes it possible to remove some assumptions on the DFIG model. The nonlinear DFIG controller achieves asymptotic torque and flux tracking. For the aeroturbine part, the model predictive controller uses predictions of the output to compute the optimal control sequence. It makes a compromise between power capture optimization and loads reduction. The controllers design procedure is detailed. The global controller is tested with the parameters of a real experimental variable speed wind turbine. It is compared with PID and LQG controllers. The simulations show satisfactory results in comparison with these schemes. The proposed controller achieves better power capture optimization and load reduction. It therefore allows a good achievement of the design objectives.

5 Conclusion

A global controller for both the generator and aeroturbine is proposed. It is applied for a variable speed wind turbine equipped with a DFIG generator. The controller is composed of a nonlinear controller for the DFIG and an MPC controller for the power capture optimization. The two controllers are interconnected using a two-loop control structure with suitable time constants. The simulations are made with the parameters of a real wind turbine and a realistic wind speed profile. They confirm the efficiency of the controller in terms of power capture optimization and control loads reduction. The good performance of the predictive controller are explained by the well adaptation of predictive control scheme for systems like wind turbines. The wind is considered as an filtered-input disturbance. The predictive behavior of the MPC controller allows a premature reaction of the controller for a smooth control of a inertial systems like wind turbine. The predictive controller achieves a good compromise between simplicity and efficiency. A whole controller is to be considered in future works. It will include full load area for high wind speed. It should also take into consideration the transition between power capture optimization and power regulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل پیش بینی کننده غیر خطی توربین بادی مبنی بر ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای بهینه سازی جذب توان

Nonlinear predictive control of a DFIG-based wind turbine for power capture optimization

مطالعه مقایسه ای سه نوع کنترل کننده برای DFIG در سیستم تبدیل انرژی باد

Comparative study of three types of controllers for DFIG in wind energy conversion systemD

چکیده
1 مقدمه
2 استراتژی کنترل مد لغزشی
2.1 کنترل مد لغزشی مرتبه اول
2.2 کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
3 توصیف سیستم
4 کنترل توربین
4.1 برآورد گشتاور
4.2 کنترل گشتاور آیرودینامیکی
5 کنترل GFIG
5.1 کنترل کننده PI
5.2 کنترل مد لغزشی
5.3 کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
6 نتایج شبیه سازی و بحث
6 نتیجه
اختصارات
منابع

چکیده

این مقاله، یک استراتژی کنترل پیشرفته را برای سیستم تبدیل انرژی باد  (WECS) با استفاده از ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه (DFIG) ارائه می‌دهد. کنترل قوی مد لغزشی فراپیچشی (SWT) برای توربین بادی متغیر سرعت، به منظور تولید گشتاور آیرودینامیکی مطلوب و بهبود عملکرد دینامیکی WECS طراحی شده است. گشتاور الکترومغناطیسی  DFIG به طور مستقیم با استفاده از کنترل پیشنهادی برای دستیابی به بهره برداری از حداکثر توان دنبال می‌شود. عملکرد و کارایی استراتژی کنترل STW، با مد لغزشی عادی (SM) و کنترل کننده‌های تناسبی-انتگرالی (PI) مورد مقایسه قرار می‌گیرند. الگوریتم پیشنهادی STW ویژگیهای جالبی را از لحاظ کاهش چترینگ، زمان همگرایی محدود و پایداری در برابر تغییر پارامترها و اختلالات سیستم نشان می‌دهد.

1 مقدمه

در طی دهه گذشته، انرژی باد جایگاه بسیار مهمی را در زمینه تولید انرژی الکتریکی اتخاذ کرده است. این نوع منبع انرژی به علت افزایش جهانی تقاضا برای برق و روندهای تولید منابع انرژی تجدید پذیر و غیر آلاینده در جهان توسعه یافته است  (1). در واقع، در سیستم تبدیل انرژی باد  (WECS) حداکثر قدرت باد هنگامی به دست می‌آید که نسبت سرعت-نوک توربین با مقدار مطلوبی برای الگوهای مختلف سرعت باد حفظ شود (2). بنابراین، لازم است که استراتژیهای پیشرفته‌تری برای کنترلWECS  توسعه یابند. برای این منظور، چندین روش کنترل مانند کنترل بردار برای تولید انرژی باد طراحی و اجرا شده است که بر اساس بردار شارگرا  و ولتاژگرا با استفاده از قاب چرخشی  d-q برای جدا سازی توان اکتیو و راکتیو  می‌باشد (3،4). در واقع، این استراتژی نسبت به تغییر پارامترهای سیستم از جمله تغییرات القایی و مقاومت حساس است. برای غلبه بر این مسئله، کنترل مستقیم گشتاور (DTC) توسط (5،6) برای کنترل مستقیم گشتاور ژنراتور و جریان استاتور با استفاده از جدول مراجعه از پیش تعیین شده بر اساس برآورد شار استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی معرفی شده است. کنترل توان مستقیم (DPC) پیشنهادی در (7) از همان مفهوم روش DTC استفاده کرده است. استراتژی کنترل DPC بر مبنای تفکیک و کنترل مستقیم توان اکتیو و راکتیو است (8). در واقع، رفتارهای غیر خطی قطعات مکانیکی و الکتریکی  WECS، و همچنین تغییر پارامترهای الکترومکانیکی، مشکلات مهمی را نشان می‌دهند (9). علاوه بر این، توربین بادی  (WT) تحت تغییرات بالای سرعت باد کار می‌کند، که موجب می‌شود کنترل آن به یک چالش جدی تبدیل شود (10). در نتیجه، تکنیک‌های متعدد کنترل غیرخطی از جمله منطق فازی (11)، شبکه‌های عصبی (12)، و کنترل مد لغزشی مرتبه بالا (13) در مقالات برای WT مطرح شده است.

Abstract

This paper presents an enhanced control strategy for Wind Energy Conversion System (WECS) using Doubly-Fed Induction Generator (DFIG). A robust Super-Twisting (STW) sliding mode control for variable speed wind turbine is developed to produce the optimal aerodynamic torque and improve the dynamic performance of the WECS. The electromagnetic torque of the DFIG is directly tracked using the proposed control to achieve maximum power extraction. The performance and the effectiveness of the STW control strategy are compared to conventional Sliding Mode (SM) and Proportional-Integral (PI) controllers. The proposed STW algorithm shows interesting features in terms of chattering reduction, finite convergence time and robustness against parameters variations and system disturbances.

1 Introduction

Over the last decade, wind energy has taken an increasingly important place in the field of electric energy generation. This kind of energy source is developed due to the global growing of electricity demand and the trend towards renewable and non-polluting energy sources in the world [1]. Indeed, in wind energy conversion system (WECS), the maximum wind power could be extracted when the tip-speed-ratio of the turbine is maintained at its optimum value for different wind speed patterns [2]. Thus, it is necessary to develop more advanced control strategies for WECS. To this end, several control methods have been designed and implemented for wind energy generation such as, vector control which is based on voltage and flux oriented vector using the d-q rotating frame to decouple the active and reactive power, [3, 4]. In fact, this strategy is sensible to parameters variations of the system such as resistance and inductance variations. To overcome this problem, direct torque control (DTC) has been introduced by [5, 6] to directly control generator torque and stator flux using a predefined lookup table based on the estimation of the stator flux and electromagnetic torque. Direct power control (DPC) proposed in [7], has used the same concept of the DTC method. DPC control strategy is based on decoupling and direct control of reactive and active power [8]. In fact, the non-linear behaviors of mechanical and electrical parts of WECS as well as variations of electromechanical parameters represent crucial problems [9]. In addition, wind turbine (WT) works under high wind speed variations, which makes its control a serious challenge [10]. As result, several nonlinear control techniques have been developed in the literature for WT, such as fuzzy logic [11], neural networks [12], and high-order sliding mode control [13].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه مقایسه ای سه نوع کنترل کننده برای DFIG در سیستم تبدیل انرژی باد

Comparative study of three types of controllers for DFIG in wind energy conversion systemD

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.

استراتژی کنترل توان واکنشی مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات زیر سنکرون

Reactive power control strategy of DFIG-based wind farm to mitigate SSO

چکیده

1. مقدمه

2. سیستم مورد‌بررسی

3. تاثیر پارامترهای تطبیق‌پذیر DEIG روی SSO

3.1 پارامترهای تطبیق‌پذیر DFIG

3.2 تاثیر توان فعال تولیدی توسط DFIG روی نوسانات SSO

3.3 تاثیر ولتاژ باس DC روی نوسانات SSO

3.4 تاثیر توان راکتیو تولدی توسط DFIG روی SSO

4 استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO

4.1 مزایا و مضرات استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO

4.2 استرلتژی کنترل توان راکتیو

4.3 بررسی موردی

5. نتیجه‌گیری

چکیده

مزارع بادی که در ارتباط با شبکه انتقال جبران‌ساز سری‌ها هستند، در معرض خطر نوسانات زیر سنکرون (SSO) قرار دارند. علاوه‌بر‌این، قابلیت بالای کنترل توان راکتیو و اکتیو ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (DFIG)، دارای تاثیرات غیر‌قابل چشم‌پوشی روی SSO است. در این پژوهش، تاثیرات پارامترهای قابل‌تنظیم روی SSO، بر مبنای تجزیه و تحلیل مقدار ویژه (یا مقدار مشخصه) مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش توان القایی راکتیو که توسط DFIG ایجاد می‌گردد، منجر به تعدیل مثبت سیستم می‌شود؛ علاوه بر این، کلیت این قاعده در تمام مناطق عملیاتی DFIG اثبات شده است. بر طبق این قاعده، استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG، برای حذف نوسانات SSO مطرح می‌گردد. توان راکتیو، پس از آشکار‌شدن SSO به تدریج افزایش می‌یابد، و پس از حذف نوسانات SSO یا رسیدن به محدودیت SSO، متوقف می‌گردد. روش کنترل پیشنهادی ما، به عنوان یک روش کم‌هزینه است که تنها برای تطبیق مقدار مرجع توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO، مورد نیاز است. در پایان، نتایج شبیه‌سازی حوزه زمانی، به تشریح اعتبار و تطبیق‌پذیری استراتژی کنترل توان راکتیو SSO پیشنهادی می‌پردازد.

1. مقدمه

به دنبال افزایش ساخت نیروگاه‌های بادی بزرگ در کشور چین، ظرفیت استقرار توان بادی گسترش بافته است. جبران سری‌های خازنی خطوط انتقال طولانی، به عنوان روش موثری برای افزایش ظرفیت انتقال سیستم توان بادی است. به هر حال، یکی از عوامل مختل‌کننده در مورد جبران‌ساز خازن سری ها، خطرات بلقوه مرتبط با نوسانات زیر سنکرون (SSO) است. [1، 2]. در سال‌های اخیر، پدیده SSO در بسیاری از کشورها به وقوع پیوسته می‌پیوندد، زمانی که نیروی باد از ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (DFIG) واقع در مزارع بادی، از طریق خطوط جبران‌ساز سری‌ها انتقال می‌یابد. این رویدادها باعث قطع ارتباط توربین‌های بادی از شبکه برق در مقیاس گسترده، و آسیب به مدارهای منبع تغذیه می‌گردد [3- 5]. این رویدادها، توجه تعداد زیادی از محققان را به سمت خود جلب می‌کند.

5. نتیجه‌گیری

در این مقاله، تاثیر پارامترهای تطبیق‌پذیر روی نوسانات SSO بر مبنای تحلیل مقدار ویژه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش توان راکتیو القایی که توسط DFIG تولید می‌شود، می‌تواند منجر به دامپینگ مثبت برای سیستم گردد، که برای حذف SSO مهم است. علاوه بر این، کلیت این قاعده در کل منطقه عملیاتی DFIG، اثبات شده است. براساس این قاعده، استراتژی کنترل توان راکتیو مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات SSO، در این مقاله مطرح شده است. شبیه‌سازی حوزه‌ای نشان می‌دهد که استراتژی کنترل میتواند بطور اثربخشی باعث حذف نوسانات SSO گردد. این فرایند، به عنوان یک استراتژی کم‌هزینه است که روش جدیدی را برای کاهش نوسانات SSO در عملیات واقعی سیستم توان باد، مطرح می‌کند. 

Abstract

Wind farms connected with series compensated transmission network suffer from the risk of sub-synchronous oscillation (SSO). Moreover, the strong active and reactive power control ability of doubly fed induction generator (DFIG) exerts non-negligible influence on SSO. In this study, the impacts of adjustable parameters on SSO are studied based on eigenvalue analysis. The results indicate that increasing inductive reactive power produced by DFIG can provide positive damping to the system; furthermore, the universality of this rule is verified in the whole operating region of DFIG. According to the rule, a reactive power control strategy of DFIG is proposed for SSO suppression. The reactive power is suggested to increase gradually once the SSO is detected and stop until SSO is suppressed or the reactive power limit is reached. The proposed control method is a low-cost method, which only need to adjust the reactive power reference value of DFIG to damp SSO. Finally, the time-domain simulation results illustrate the validity and adaptability of the proposed SSO reactive power control strategy.

1 Introduction

With the increase of construction of large wind power plant in China, the wind power installed capacity keeps growing. The capacitive series compensation of long transmission lines is an effective method to increase the transmission capacity of wind power system. However, one of the hindering factors for the extensive use of series capacitive compensation is the potential risk of subsynchronous oscillation (SSO) [1, 2]. In recent years, SSO occurred in many countries when wind power is transmitted from doubly fed induction generator (DFIG) based wind farm through series compensated lines. These accidents led to large-scale disconnection of wind turbines from power grid and the damage of crowbar circuit [3–5]. These accidents have attracted the attentions of a large number of scholars.

5 Conclusion

In this paper, the influence of adjustable parameters on SSO is analysed based on eigenvalue analysis. The results show that increasing inductive reactive power produced by DFIG can provide positive damping for the system, which is very helpful for SSO suppression. Furthermore, the universality of this rule is verified in the whole operation region of DFIG. Based on the rule, a reactive power control strategy of DFIG-based wind farm for SSO mitigation is proposed in this paper. Time domain simulation indicates that the control strategy could effectively suppress SSO. It is a low-cost control strategy, which provides a new way to mitigate SSO in actual operation of wind power system.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی کنترل توان واکنشی مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات زیر سنکرون

Reactive power control strategy of DFIG-based wind farm to mitigate SSO

کنترل Backstepping از ژنراتور DFIG جهت توربین های بادی با سرعت متغیر : اجرایی بر اساس FPGA

Observer backstepping control of DFIG-Generators for wind turbines variable-speed: FPGA-based implementation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل Backstepping از ژنراتور DFIG جهت توربین های بادی با سرعت متغیر : اجرایی بر اساس FPGA

Observer backstepping control of DFIG-Generators for wind turbines variable-speed: FPGA-based implementation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

متد کنترل حالت لغزشی توان انفعالی و فعال DFIG با MPPT برای مبدل انرژی بادی با سرعت متغیر

Sliding Mode Controls of Active and Reactive Power of a DFIG with MPPT for Variable Speed Wind Energy Conversion

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

متد کنترل حالت لغزشی توان انفعالی و فعال DFIG با MPPT برای مبدل انرژی بادی با سرعت متغیر

Sliding Mode Controls of Active and Reactive Power of a DFIG with MPPT for Variable Speed Wind Energy Conversion

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مدل سازی و شبیه سازی ژنراتور آسنکرون با تغذیه دوسویه برای سیستم های تبدیل انرژی باد با سرعت متغیر

Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Conversion System-Modeling & Simulation

چکیده

I- مقدمه

‖- مفاهیم پایه و مدل سازی توربین بادی

Ⅲ- مدل سازی DFIG با استفاده از روش بردار پویا (حرکتی)

Ⅳ- مدل یکسوساز PWM

Ⅴ- مدل وارون ساز منبع ولتاژ PWM

Ⅵ- نتایج و بحث

Ⅶ- نتیجه گیری

ضمیمه

چکیده

هدف این مقاله ارائه مدل سازی و شبیه سازی کامل، توربین بادی مربوط به ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه است که توان متناوب را به شبکه برق متصل می کند. برای این که، دو مبدل منبع ولتاژ مدولاسیون پهنای پالس بین پایانه های روتور و شبکه برق از طریق لینک مشترک dc به صورت مستقیم (اتصال مستقیم خروجی یک وسیله به ورودی وسیله مشابه) متصل می شوند. مبدل جانبی شبکه برق، جریان برق را بین DC bus و سمت AC کنترل می کند و این امکان را فراهم می کند که سیستم در حالت عملیاتی به صورت تابع-همزمان و فوق-همزمان عمل کند. تحریک مناسب روتور از طریق مبدل جانبی دستگاه فراهم شده است. سیستم کامل، در محیط MATLAB Simulink به صورت مدل و شبیه سازی شده قرار دارد، به گونه ای که می تواند برای مدل سازی همه انواع تنظیمات (پیکر بندی) ژنراتور القایی مناسب باشد. این مدل فریم مرجع روتور را که از روش بردار پویا استفاده می کند، برای مدل ماشین اعمال می کند.

Ⅶ- نتیجه گیری

این مقاله مدلسازی و شبیه سازی توربین بادی برگرفته از ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه را ارائه می دهد که انرژی را به شبکه برق متصل می کند. مدل سازی توربین بادی به منظور بهره بردن حداکثر توان مکانیکی ممکن از باد با توجه به سرعت باد و نسبت سرعت – راس توضیح داده شده است. مدل DFIG براساس رویکرد برداری پویا در توصیف شده است و این مدل را می توان برای تمام انواع تنظیم کننده های ژنراتور القایی برای حالت پایدار و تحلیل گذرا مورد استفاده قرار داد. با این وجود انتخاب فریم مرجع، اشکال موج تمام متغیرهای d-q را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین بر سرعت شبیه سازی و در موارد خاص دقت نتایج نیز تاثیر می گذارد. به طور کلی شرایط عملیات، راحت ترین فریم مرجع برای تجزیه و تحلیل را تعیین می کند. کنترل جریان برق در DFIG را می توان با اتصال مستقیم دو مبدل PWM بین روتور و شبکه برق به دست آورد. مدل یکسو ساز PWM و مدل اینورتر SPWM شرح داده شده است و این دو مبدل جریان برق دو طرفه را با درجه قدرت کاهش یافته فراهم می کند. سطوح THD ولتاژ خروجی اینورتر با استفاده از تبدیل فوریه (Fourier) سریع تخمین زده شده است که استا استاندارد IEEE519-1992 را برآورده می کند. در مقاله بعدی، وضعیت ثابت و تجزیه و تحلیل گذرای توربین بادی DFIG شرح داده می شود.

Abstract

The aim of this paper is to present the complete modeling and simulation of wind turbine driven doubly-fed induction generator which feeds ac power to the utility grid. For that, two pulse width modulated voltage source converters are connected back to back between the rotor terminals and utility grid via common dc link. The grid side converter controls the power flow between the DC bus and the AC side and allows the system to be operated in sub-synchronous and super synchronous mode of operation. The proper rotor excitation is provided by the machine side converter. The complete system is modeled and simulated in the MATLAB Simulink environment in such a way that it can be suited for modeling of all types of induction generator configurations. The model makes use of rotor reference frame using dynamic vector approach for machine model.

VII- CONCLUSION

This paper has presented the modeling and simulation of wind turbine driven doubly-fed induction generator which feeds power to the utility grid. Wind turbine modeling has been described in order to extract maximum possible mechanical power from the wind according to the wind velocity and tip-speed ratio. DFIG model has been described based on the vectorized dynamic approach and this model can be applicable for all types of induction generator configurations for steady state and transient analysis. However the choice of the reference frame will affect the waveforms of all d-q variables. It will also affect the simulation speed and in certain cases the accuracy of the results. Generally the conditions of operation will determine the most convenient reference frame for analysis. The power flow control in the DFIG can be obtained by connecting two back to back PWM converters between rotor and utility grid. The PWM rectifier model and SPWM inverter model has been described and these two converters provides bi-directional power flow with reduced power rating.THD levels of the inverter output voltage has been estimated using fast Fourier transform which satisfies the IEEE 519-1992 standard. The steady state and Transient analysis of wind turbine driven DFIG will be described in the next paper.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی و شبیه سازی ژنراتور آسنکرون با تغذیه دوسویه برای سیستم های تبدیل انرژی باد با سرعت متغیر

Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Conversion System-Modeling & Simulation

کنترل بهینه تولید توان بادی نوع DFIG با استفاده از تحلیل حساسیت و بهینه‌سازی گروه ذرات

Optimized Control of DFIG-Based Wind Generation Using Sensitivity Analysis and Particle Swarm Optimization

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

نتایج و یافته های بدست آمده در حوزه شبکه هوشمند

Transactions on Smart Grid

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل بهینه تولید توان بادی نوع DFIG با استفاده از تحلیل حساسیت و بهینه‌سازی گروه ذرات

Optimized Control of DFIG-Based Wind Generation Using Sensitivity Analysis and Particle Swarm Optimization

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کنترل سیستم تبدیل انرژی بادی مجهز به DFIG برای تولید توان فعال و بهبود کیفیت برق

Control of a wind energy conversion system equipped by a DFIG for active power generation and power quality improvement

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تولید توان فعال با کنترل سیستم تبدیل انرژی بادی مجهز به DFIG

Control of a wind energy conversion system equipped by a DFIG for active power generation and power quality improvement

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.