همانطور که در قسمت قبل اشاره شد از مبدل‌های سمت شبکه می‌توان به منظور کنترل ولتاژلینک DC و توان راکتیو تزریقی (ولتاژ شبکه) به شبکه استفاده کرد. سطح ولتاژ مبدل نسبت به ترمینال DFIG متفاوت است و معمولا از یک ترانس برای اتصال مبدل سمت شبکه به ترمینال DFIG استفاده می‌شود.
شکل (۳-۱۶) نمایانگر مدل تک خطی اتصال GSC به شبکه می‌باشد. Rg و Lg در شکل (۳-۱۶) نشان دهنده مقاومت و اندوکتانس خط می‌باشند [۲۲],[۲۳].
شکل (۳-۱۶) مدل تک خطی اتصال مبدل‌ها به شبکه
با توجه به شکل (۱۶-۳) معادلات توان اکتیو و راکتیو تزریقی بین شین و شبکه را می‌توان در حوزه qd0 به صورت زیر نوشت[۲۲].
(۳-۹۰)
(۳-۹۱)
۳-۴-۳-۱- تولید جریان مرجع سمت شبکه
به منظور طراحی کنترل کننده‌های مبدل سمت شبکه جهت تنظیم توان اکتیو و راکتیو تزریقی به شبکه، محور d قاب مرجع را منطبق بر ولتاژ استاتور DFIG در نظر می‌گیریم. با توجه به این فرض صورت گرفته و روابط (۳-۹۰) و (۳-۹۱) می‌توان نوشت[۲۳].
(۳-۹۲)
با توجه به رابطه (۳-۹۲) مشخص است که در قاب مرجع مذکور با کنترل جریان‌های idg و iqgمی‌توان به ترتیب ولتاژ لینک DC (توان اکتیو) و ولتاژ ترمینال DFIG (توان راکتیو) را تنظیم نمود. شکل (۳-۱۷) کنترل کننده توان اکتیو و راکتیو مبدل سمت شبکه آورده شده است[۲۳].
شکل (۳-۱۷) کنترل توان اکتیو (ولتاژ لینک DC) و توان راکتیو برای تولید جریان‌های مرجع
مطابق شکل (۳-۱۷)، سیگنال‌های توان راکتیو تزریقی به شبکه و ولتاژ لینک DC با مقادیر مرجع مقایسه شده و سیگنال‌های خطا به یک کنترل کننده PI اعمال می‌شود که سیگنال خروجی کنترل کننده PI متناظر با iqg-ref و idg-ref خواهد بود.
۳-۴-۳-۲- حلقه قفل فاز ( Phase Locked Loop PLL)
برای تخمین زاویه و فرکنس شبکه و برای تولید سیگنال‌های کنترلی برای کانورتر طرف شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولتاژهای سه فاز شبکه به عناصر αβی ولتاژ تبدیل شده وبا استفاده از رابطه (۳-۹۳) اطلاعات مناسبی در مورد زاویه فاز بدست می‌آید.که ساختار کلی آن در شکل زیر نشان داده شده است[۵]:
(۳-۹۳)
شکل (۳-۱۸) ساختار کلی یک PLL
۳-۴-۳-۳- طراحی کنترلر
شکل (۳-۱۹) ساختار اتصال اینورتر به شبکه
معادلات تعادل ولتاژ در سرتاسر اینورتر به صورت زیر بیان می‌گردد. مقادیر R و L به ترتیب مقاومت و اندوکتانس چک، va,vb,vc ولتاژ های شبکه و va1,vb1,vc1 ولتاژهای کانورترمی‌باشند[۷],[۲۲].
(۳-۹۴)
برای اهداف کنترلی سیستم معادلات بالا را در دستگاه مرجع dq تعریف می‌کنیم[۷],[۲۲].
(۳-۹۵)
(۳-۹۶)
طرح کنترلر نتیجه بهره‌گیری از حلقه کنترل جریان برای جریان‌های ids و iqs می‌باشد. جریان مرجع ids از خطای ولتاژ لینک DC که توسط کنترلر PIکنترل می‌شود به وجود می‌آید.جریان مرجع iqsرا می‌توان صفر قرار داد. استراتژی در شکل (۲۰-۳) نشان داده شده است. رابطه (۳-۹۷) تابع تبدیل حلقه کنترل جریان است که داریم[۷],[۲۲].
(۳-۹۷)
ولتاژهای مرجع کانورتر سمت شبکه vd1*و vq1* به صورت زیر بدست می آیند[۷],[۲۲].
(۳-۹۸)
(۳-۹۹)
شکل زیر روش کنترل‌برداری کانورتر سمت شبکه را نشان می‌دهد[۲۲].
شکل (۳-۲۰) بلوک دیاگرام سیستم کنترل کانورتر سمت شبکه (GSC)
فصل چهارم
شبیه‌سازی
۴-۱- شبیه‌سازی توربین بادی مجهز به DFIG
با توجه به پیشرفت توربین‌های بادی و گسترش نیروگاه‌های بادی و اتصال آنها به شبکه برق سراسری، بررسی رفتار توربین بادی در شرایط حساس از جمله تغییرات ناگهانی در سرعت باد، خطاهای احتمالی واردشونده به سیستم و … بسیار حائز اهمیت می‌باشد. همچنین طراحان و بهره‌برداران سیستم‌های قدرت بر این تلاشند که همواره قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهند. وقوع خطاها یکی از عوامل کاهنده و مخرب در این زمینه می‌باشد. با توجه به اثرات مخرب و مقرون به صرفه نبودن بررسی اثر خطاها به صورت عملی، لذا شبیه سازی ها می توانند مفید واقع گردند. از این رو در این پروژه شبیه سازی کامپیوتری توسط نرم افزار MATLAB/Simulinkانجام شده واثر تغییرات ناگهانی سرعت باد و افت ولتاژهای متقارن و نامتقارنبر روی ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG) متصل به توربین بادی ارائه و بررسی گردیده است.
۴-۲- سیستم قدرت نمونه
در حالت واقعی یک مزرعه بادی شامل صدها توربین بادی می‌باشد. همانطور که در فصل دوم نشان داده شده است، هیچ اثر متقابلی بین توربین‌های مزرعه بادی وجود ندارد از اینرو، در این پروژه فقط یک توربین به عنوان معادل مزرعه بادی مدل شده است. شکل (۱-۴) دیاگرام تک خطی سیستم قدرت نمونه استفاده شده در این پروژه را نشان می‌دهد[۱۱].
شکل (۴-۱) سیستم قدرت نمونه
یک DFIG به توان ۷.۵ کیلو وات که توسط یک توربین بادی به گردش در می‌آید از طریق یک خط انتقال به سیستم قدرت متصل می‌شود. مشخصات ژنراتور و توربین بادی در ضمیمه آورده شده است. شبیه‌سازی توسط نرم افزار MATLAB/Simulink version 2013b انجام گرفته است.
۴-۳- نتایج حاصل از شبیه‌سازی
دو نوع دستگاه مرجع qd0 برای مدلسازی ماشین القایی وجود دارند که هر یک برای مقصودی مناسب هستند:
۱- دستگاه مرجع ساکن که مدل مرجع ساکن ماشین القایی را می‌دهد.
۲- دستگاه مرجع گردان که با سرعت ω در جهت روتور می‌گردد که مدل مرجع گردان ماشین القایی را خواهد داد.
در مدل مرجع ساکن، متغیرهای dq ماشین شبیه مدلی هستند که در شبکه استفاده می‌شوند. این انتخاب زمانی که شبکه بزرگ و یا پیچیده است مناسب است.
در مدل مرجع گردان، متغیرهای dq در حالت ماندگار ساکن هستند که برای مدل سیگنال کوچک دریک نقطه کار انتخابی و همچنین اهداف کنترلی مناسب می‌باشند.
شبیه‌سازی در دو مرحله که مرحله اول شامل پنج بخش و مرحله دوم شامل یک بخش است صورت گرفته که جزئیات هر بخش در هر قسمت توضیح داده شده است.
۴-۳-۱- تحلیل سیستم در دستگاه مرجع ساکن
۴-۳-۱-۱- عملکرد سیستم در حالت ایده آل
در این مرحله سرعت باد ثابت و معادل ۸ m/sو ولتاژ شبکه روی ۴۰۰v تنظیم شده است. زمان شبیه‌سازی ۰.۲ ثانیه را نظر گرفته شده است. شکل (۲-۴) ولتاژ شبکه را طی این مرحله نشان می‌دهد. ولتاژهای شبکه سه فاز متقارن و دارای دامنه‌های برابر و اختلاف فاز ۱۲۰ درجه می‌باشند.
شکل(۴-۲) ولتاژهای شبکه در حالت ایده‌آل
نمودار شکل (۴-۳) توان گرفته شده از باد با سرعت ۸ (m/s)می‌باشد. همان‌گونه که ملاحظه می‌گردد توان بعد از گذشت ۴ ثانیه در مقدار ۴۳۰۰ وات ثابت می‌گردد. نمودار شکل (۴-۴) گشتاور تبدیل یافته توسط گیربکس توربین می‌باشد که بطور مستقیم به ژنراتور DFIGاعمال می‌گردد. در حالتی که سرعت باد ثابت است، گشتاورتوربین یک overshoot تا ۴(N.m) داشته و پس از گذشت ۴ ثانیه گشتاور توربین روی (N.m)3.9 ثابت می‌گردد.
شکل(۴-۳) توان گرفته شده از باد
شکل(۴-۴) گشتاور تولیدی توسط توربین بادی
همانطور که از شکل زیر مشاهده می‌گردد گشتاور الکترومغناطیسی در ابتدا تا مدت زمان ۲.۵ ثانیه در حالت موتوری بوده و و یک تغییر حالت موتوری به ژنراتوری در این لحظه صورت می‌گیرد و گشتاور پس از یک undershoot در زمان ۴ ثانیه به یک مقدار ثابت -۳.۹ (N.m) می‌رسد.
شکل (۴-۵) گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور DFIG
همانطور که از شکل مشاهده می‌گردد، سرعت روتور یک سیر افزایشی را تا زمان ۲.۵ ثانیه دارد. یک overshoot ، سرعت را به ۳۲۷ (rad/s) رسانده و در زمان ۴ ثانیه سرعت روتور به مقدار ثابت ۳۱۷ (rad/s)می‌رسد.
شکل (۴-۶) سرعت روتور بر حسب (rad/s)
فرم در حال بارگذاری ...
