Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh,Mohammad Ebrahimi
احمدرضا تابش (استاد مشاور) محمد ابراهیمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Esmaeil Rezaei
اسماعیل رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Performance Improvement of Wind Turbine Generator under Unbalanced Grid Voltage Condition
This thesis presents an alternative control scheme with a simple structure for control of DFIG under unbalanced grid voltage without decomposing the positive and negative sequences. This control method is established based on a modeling which uses instantaneous real and reactive power instead of components of currents. Therefore, in addition to the simplified control structure, the proposed control approach offers a robust structure as its state variables are independent of qd frame of reference. The sequential loop closing technique is adopted to design a multivariable control system under balanced grid voltage. Furthermore, the control system is adopted for improving the performance of the DFIG under unbalanced grid voltage and improving the stator voltage of generator. The main features of the proposed control system compared to unbalanced vector control and DPC methods are simplicity of realization and fast dynamic response because the power components are directly controlled without involving the reference current calculation and carefully tuned current control loops and no synchronous coordinate transformations and sequential decomposition of currents are required. Key Words Wind turbine generator, doubly fed induction generator (DFIG), unbalanced grid voltage, instantaneous power, power limiter.
در توربینهای بادی اکثراً از ژنراتور القایی دوسوتغذیه (DFIG) استفاده می‌شود زیرا توان مبدل مورد نیاز در حدود 20 تا 30 درصد توان نامی توربین بوده و هزینه و تلفات سیستم کاهش می‌یابد. در این نوع از ژنراتورها به دلیل اینکه استاتور مستقیماً به شبکه وصل می‌شود توربین بادی به اختلالات شبکه برق حساس می‌باشد. معمولاً توربین های بادی در نقاط دور افتاده به شبکه متصل می‌شوند که در این مناطق احتمال وقوع اختلال در شبکه و به خصوص نامتعادل شدن ولتاژ شبکه زیاد می‌باشد. از طرف دیگر به دلیل اینکه امپدانس توالی منفی ژنراتور القایی از امپدانس توالی مثبت آن کوچکتر است، یک ولتاژ نامتعادل کوچک باعث ایجاد جریان نامتعادل بزرگ در ژنراتور می‌‌شود که باعث افزایش دمای نامتقارن سیم پیچ‌ها شده و ممکن است باعث آسیب دیدن سیم پیچ شود. جریان نامتعادل همچنین باعث نوسان گشتاور الکتریکی و توان خروجی ژنراتور با دو برابر فرکانس شبکه می‌‌گردد که این نوسان علاوه بر ایجاد نویز صوتی باعث فشار بر تجهیزات مکانیکی توربین شامل گیربکس و پره‌های توربین می‌‌گردد. ولتاژ نامتعادل همچنین باعث نوسان ولتاژ باس dc مبدلها، ایجاد ولتاژ و جریان هارمونیکی بر روی خازن dc و جریان نامتقارن کلیدهای قدرت می‌گردد. در صورت افزایش جریان نامتعادل استاتور و نوسان گشتاور و توان، ممکن است سیستم حفاظت، توربین بادی را از شبکه قطع کند که خود این مسأله باعث بدتر شدن شرایط شبکه می‌گردد. در روشهای متداول کنترل ژنراتور توربین بادی در شرایط ولتاژ نامتعادل شبکه، مؤلفه‌های توالی مثبت و منفی جریان رتور بر اساس مدل جریان ژنراتور و با استفاده از تئوری مؤلفه‌های سنکرون، در حلقه‌های مجزا کنترل می‌شود. مشکل اصلی این روشها، حساسیت به تغییر پارامترها و نیاز به جداسازی مؤلفه‌های سنکرون بوده و ناشی از مدل استفاده شده برای سیستم جهت طراحی کنترل کننده می‌باشد. بنابراین در این تحقیق، جهت ساده سازی طراحی کنترل کننده، مدل جدیدی برای سیستم ارائه می‌گردد. در این مدل از تئوری توانهای لحظه‌ای اکتیو و راکتیو استفاده شده و مؤلفه‌های سنکرون جریان با مؤلفه‌های توان لحظه‌ای جایگزین می‌شود. بنابراین برای طراحی کنترل‌کننده نیازی به حلقه کنترل جریان و محاسبه مؤلفه‌های سنکرون جریان نمی‌باشد. در ادامه به طراحی سیستم کنترل ژنراتور توربین بادی در شرایط شبکه متعادل و بر اساس مدل پیشنهادی خواهیم پرداخت. طراحی کنترل‌کننده بر اساس مدل خطی شده سیستم و با روش حلقه بستن ترتیبی انجام می‌شود. پس از بررسی عملکرد سیستم کنترل در شرایط ولتاژ نامتعادل شبکه، سیستم کنترلی برای ژنراتور توربین بادی در شرایط ولتاژ نامتعادل ارائه خواهد شد. در سیستم ارائه شده، از حداکثر ظرفیت مبدل سمت رتور و مبدل سمت شبکه جهت کاهش اثرات ولتاژ نامتعادل بر توربین و همچنین اصلاح ولتاژ تغذیه ژنراتور استفاده می‌شود. با توجه به اینکه در روش پیشنهادی، توانها به طور مستقیم کنترل می‌شوند، کنترلی بر جریان مبدلها و ژنراتور وجود ندارد. برای رفع این مشکل، سیستم محدودکننده توان برای مبدلها در شرایط ولتاژ متعادل و نامتعادل نیز ارائه می‌گردد. در مجموع، سیستم ارائه شده به گونه ای است که مشکلات روشهای موجود که بیشتر مربوط به محاسبه و جداسازی مؤلفه‌های سنکرون جریان است را برطرف می‌سازد و حساسیت زیادی نیز به تغییر پارامترهای سیستم ندارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی