بهبود عملکرد ژنراتور توربین بادی در شرایط ولتاژ نامتعادل شبکه

در توربینهای بادی اکثراً از ژنراتور القایی دوسوتغذیه (dfig) استفاده می شود زیرا توان مبدل مورد نیاز در حدود 20 تا 30 درصد توان نامی توربین بوده و هزینه و تلفات سیستم کاهش می یابد. در این نوع از ژنراتورها به دلیل اینکه استاتور مستقیماً به شبکه وصل می شود توربین بادی به اختلالات شبکه برق حساس می باشد. معمولاً توربین های بادی در نقاط دور افتاده به شبکه متصل می شوند که در این مناطق احتمال وقوع اختلال در شبکه و به خصوص نامتعادل شدن ولتاژ شبکه زیاد می باشد. 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 می شود که باعث افزایش دمای نامتقارن سیم پیچ ها 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 می گردد که این نوسان علاوه بر ایجاد نویز صوتی باعث فشار بر تجهیزات مکانیکی توربین شامل گیربکس و پره های توربین می گردد. ولتاژ نامتعادل همچنین باعث نوسان ولتاژ باس dc مبدلها، ایجاد ولتاژ و جریان هارمونیکی بر روی خازن dc و جریان نامتقارن کلیدهای قدرت می گردد. 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 می گردد. در روشهای متداول کنترل ژنراتور توربین بادی در شرایط ولتاژ نامتعادل شبکه، مولفه های توالی مثبت و منفی جریان رتور بر اساس مدل جریان ژنراتور و با استفاده از تئوری مولفه های سنکرون، در حلقه های مجزا کنترل می شود. مشکل اصلی این روشها، حساسیت به تغییر پارامترها و نیاز به جداسازی مولفه های سنکرون بوده و ناشی از مدل استفاده شده برای سیستم جهت طراحی کنترل کننده می باشد. بنابراین در این تحقیق، جهت ساده سازی طراحی کنترل کننده، مدل جدیدی برای سیستم ارائه می گردد. در این مدل از تئوری توانهای لحظه ای اکتیو و راکتیو استفاده شده و مولفه های سنکرون جریان با مولفه های توان لحظه ای جایگزین می شود. بنابراین برای طراحی کنترل کننده نیازی به حلقه کنترل جریان و محاسبه مولفه های سنکرون جریان نمی باشد. در ادامه به طراحی سیستم کنترل ژنراتور توربین بادی در شرایط شبکه متعادل و بر اساس مدل پیشنهادی خواهیم پرداخت. طراحی کنترل کننده بر اساس مدل خطی شده سیستم و با روش حلقه بستن ترتیبی انجام می شود. 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 می شود. با توجه به اینکه در روش پیشنهادی، توانها به طور مستقیم کنترل می شوند، 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 می گردد. در مجموع، سیستم ارائه شده به گونه ای است که مشکلات روشهای موجود که بیشتر مربوط به محاسبه و جداسازی مولفه های سنکرون جریان است را برطرف می سازد و حساسیت زیادی نیز به تغییر پارامترهای سیستم ندارد.