طراحی کنترل کننده توان و بهبود میرایی نوسانات الکترومکانیکی در توربین های بادی با ژنراتور القایی دوسو تغذیه

در نیروگاه های بادی وقتی که سیستم قدرت تلفیقی از ژنراتورهای سنکرون و ژنراتورهای القایی دوسو تغذیه می باشد، دو نوع نوسانات ممکن است در سیستم به وجود آید. دسته اول نوسانات الکترومکانیکی مرتبط با ژنراتورهای سنکرون می باشد و دسته دوم نوسانات با فرکانس پایین تحت عنوان نوسانات پیچشی هستند که این نوسانات به واسطه ی عملکرد خود ژنراتورهای dfig در پاسخ ها ظاهر می شوند و در این مطالعه به بررسی و بهبود دسته دوم پرداخته می شود. ثابت فنری شفت در توربین-ژنراتورهای بادی 30 تا 100 برابر کوچکتر از ثابت فنری شفت توربین-ژنراتورهای سنکرون سنتی می باشد. به همین دلیل برای مدل سازی سیستم مکانیکی در این پایان نامه از مدل صلب یا تک جرمه استفاده نمی شود، بلکه از مدل دو جرمه استفاده می شود. زیرا مدل دو جرمه با دقت مناسبی رفتار سیستم مکانیکی را تبیین می کند. از طرفی سیستم مکانیکی به صورت دو جرمه در حالت حلقه باز هم دارای مد های نوسانی تحت عنوان مد های پیچشی می باشد. کنترل توان توربین-ژنراتور دوسو تغذیه معمولا بر اساس یک منحنی از پیش برنامه ریزی شده به نام منحنی توان-سرعت (power curve) صورت می گیرد که به ازای بعضی از نواحی کاری این منحنی سیستم کنترل نمی تواند میرایی مناسب را برای این مدها فراهم کند و لذا باعث ظاهر شدن نوسانات با فرکانس پایین (حدودا 2 هرتز) در پاسخ توان، سرعت و گشتاور ژنراتور می شود. حال در این پایان نامه ضمن طراحی کنترل کننده توان، به تبیین عملکرد سیستم مکانیکی و نوسانات پیچشی با استفاده از تحلیل سیگنال کوچک پرداخته شده است. بر این اساس مدهای سیستم تحت شرایط بهره برداری و سرعت های مختلف باد استخراج گردیده و مشخص شده که در بعضی از نقاط کار (به ازای بعضی از نواحی عملکرد منحنی توان-سرعت) میرایی مدها ضعیف و نوساناتی از نوع پیچشی و الکترومکانیکی در خروجی پاسخ ها ظاهر می شود. بنابراین برای بهبود این نوسانات از یک کنترل کننده کمکی پایدارساز استفاده شده است، که نقش آن افزودن میرایی به نوسان های رتور ژنراتور با استفاده از سیگنال های کمکی است. با بکارگیری از این کنترل کننده کمکی، نوسانات با فرکانس پایین که به واسطه ی عملکرد خود ژنراتورهای dfig به وجود می آید دیگر ظاهر نمی شوند و این می تواند بر پایداری و کیفیت توان سیستم در نیروگاه های بادی تاثیر زیادی داشته باشد. نتایج شبیه سازی برای سیستم تحت مطالعه صحت این موضوع را تایید می کند.