معادلات ۲-۲۹ الی ۲-۳۲ رفتار دینامیکی یک ماشین القایی را مدل می‌کنند. با بهره گرفتن از روابط بالا می‌توان معادله حالت یک ژنراتور القایی را به صورت معادله ۲-۲ بیان کرد.
توربین های بادی سرعت متغیر
توربین بادی با مبدل تمام توان [۳۵]
شکل ۱-۸ یک ژنراتور بادی با مبدل تمام توان را نشان می‌دهد. این توربین متشکل از یک ژنراتور سنکرون است که توان آن توسط یک مبدل الکتریکی به یک رابط جریان مستقیم[۸۰] داده می‌شود. سپس این توان توسط مبدلی دیگر به شبکه تحویل داده می‌شود. مبدل سمت ماشین[۸۱] به نحوی کنترل می‌شود با تغییر سرعت چرخش پره ها، حداکثر توان را در سرعت های مختلف باد دنبال کند. از طرفی مبدل سمت شبکه[۸۲] مسئولیت تحویل توان اکتیو و تامین توان راکتیو برای شبکه را بر عهده دارد. برای تحویل توان اکتیو، معمولا مبدل سمت ماشین با کنترل و ثابت نگاه داشتن ولتاژ رابط جریان مستقیم تمامی توانی را که ماشین سنکرون از باد جذب کرده است به شبکه تحویل می‌دهد. همچنین برای تامین توان راکتیو، استفاده از سه روش کنترلی مرسوم است که عبارتند از [۱۱]:
- دنبال کردن ولتاژ مرجع، که در این حالت تا جایی که ظرفیت مبدل اجازه دهد ولتاژ شین توربین با ولتاژ مرجع برابر می‌ماند. در این حالت توربین بادی مثل یک منبع ولتاژ-توان اکتیو ثابت عمل می‌کند.
- دنبال کردن توان راکتیو مرجع، که در این حالت تا جایی که ظرفیت مبدل اجازه دهد میزان توان راکتیو تزریقی به شبکه با توان راکتیو مرجع برابر باقی می‌ماند. در این حالت توربین بادی مثل یک منبع توان راکتیو-توان اکتیو ثابت عمل می‌کند.
- تصحیح ضریب توان که در این حالت توان هدف دنبال کردن یک ضریب توان مشخص از طریق تولید توان راکتیو است.
بنابر نیاز شبکه یکی از روش های فوق برای تامین توان راکتیو در نظر گرفته می‌شود.
با در نظر داشتن اینکه مبدل الکتریکی ماشین سنکرون را از شبکه ایزوله می‌کند و همچنین اینکه استفاده از یک کنترلر سریع و پایدار برای مبدل سمت ماشین می‌تواند ولتاژ رابط جریان مستقیم را ثابت نگه دارد، در بسیاری از مطالعات دینامیکی به جای در نظر گرفتن کل مدل ماشین سنکرون و مبدل تنها از مدل سازی مبدل سمت شبکه و سیستم کنترلی آن استفاده می‌شود [۳۵-۱۱،۳۴]. اینگونه مدل سازی علی‌رغم اینکه ممکن است نسبت به مدلسازی کل سیستم از دقت پایین تری برخوردار باشد، از پیچیدگی معادلات سیستم به شدت می‌کاهد و تاثیر زیادی بر کاهش حجم محاسبات نیز دارد. در این مطالعه قسمت مبدل الکتریکی و کنترلر های آن مدل سازی می‌شوند. به منظور تامین توان راکتیو از روش تزریق توان راکتیو بنابر یک توان راکتیو مرجع (حالت دوم در بالا) استفاده می‌شود.
شکل ۲-۲ مبدل سمت شبکه یک توربین بادی با مبدل تمام توان را نشان می‌دهد. به منظور به دست آوردن معادلات حالت سیستم باید تمامی اجزایی که در دینامیک سیستم موثرند مدل سازی شوند. بدین منظور می‌توان این سیستم را به دو قسمت تقسیم کرد که عبارتند از سیستم مبدل قدرت و سیستم کنترلی. سیستم مبدل قدرت متشکل از سلف ها و مقاومت هایی است که در سر راه انتقال توان از این مبدل به شبکه وجود دارند. سیستم کنترلی نیز متشکل است از سیستم کنترل توان راکتیو، سیستم کنترل توان اکتیو، فیلتر هایی که برای اندازه گیری ولتاژ و جریان به کار می‌روند و حلقه قفل فاز[۸۳] که مسئولیت تعیین زاویه فاز[۸۴] را بر عهده دارد. در ادامه به بررسی این دو قسمت می‌پردازیم.
شکل ۲-۲- مدل توربین بادی با مبدل تمام توان
مدل سازی سیستم قدرت
بنابر شکل ۲-۲ سیستم انتقال قدرت از مبدل به شبکه متشکل از سلف و مقاومت است. این معادلات در مبنای سه فاز abc به صورت زیر هستند:
از آنجایی که در اینجا سیستم سه فاز متعادل مورد بررسی قرار خواهد گرفت، مقدار تمامی سلف ها و مقاومت ها در رابطه بالا برابر خواهند بود. در نتیجه تمامی مقادیر سلف را با Ls و مقادیر مقاومت را با Rs نشان خواهیم داد.
این معادلات باید با بهره گرفتن از تبدیل ۲-۷ به چهارچوب dq با مرجع محلی برده شوند. به علاوه با توجه به اینکه متغیر های حالت باید جریان ها باشند، با تغییر چیدمان در معادلات ۲-۳۳، معادلات بالا به صورت زیر تغییر می‌کنند:
بنابر شکل ۲-۲ متغیر های با زیر نگاشت G مربوط به سمت مبدل و متغیر ها با زیر نگاشت T متعلق به پارامتر های سمت شبکه هستند. در رابطه ۲-۳۴ جریان های d و q با یکدیگر جفت شدگی[۸۵] دارند. برای از بین برداشتن این ارتباط دو متغیر جدید معرفی می‌شوند که به قرار زیر است:
فرم در حال بارگذاری ...
