تبدیل توان تک مرحله‌ای AC-AC برای سیستم تبدیل انرژی بادی

چکیده

کلیدواژه ها

مقدمه

شکل1. سیستم تبدیل انرژی بادی.

سیستم تبدیل انرژی بادی

شکل 2: مبدل تک مرحله‌ای برای سیستم انرژی بادی

مدل توربین بادی

شکل3. مشخصات ضریب توان برای انواع زاویۀ گام.

شکل4. مشخصات توان- سرعت توربین برای سرعت متغیر باد. 

مبدل AC-AC

شکل5. مدار قدرت مبدل AC-ACسه فاز. 

شکل6. مدار قدرت مبدل AC-AC.

شکل7. پالس‌های گیت برای برای مبدل فرکانس متغیر به فرکانس ثابت

شکل8. عملیات مبدل. 

جدول 1 : جدول درستی برای راه‌اندازی کلیدها.

شکل9. الگوی کلیدزنی برای مبدل AC-AC فرکانس متغیر به فرکانس ثابت

نتایج شبیه‌سازی

عملکرد مبدل AC-AC

شکل10. نتایج شبیه‌سازی برای مبدل AC-AC. 

شکل11. نتایج شبیه‌سازی مبدل AC-DC-AC. 

شکل12. توان خروجی. 

شکل13. طیف هارمونیکی ولتاژ خروجی بدون فیلتر. 

شکل14. طیف هارمونیکی ولتاژ خروجی با فیلتر LC.

تحقق تولید پالس راه‌اندازی برای مبدل AC-AC

شکل15. بلوک دیاگرام مبدل AC-AC فرکانس متغیر به فرکانس ثابت. 

شکل16. ولتاژ ورودی و خروجی مبدل AC-AC. 

نتیجه‌گیری

این مقاله یک تبدیل توان نوین تک مرحله‌ای AC-AC را به عنوان جایگزینی برای توپولوژی تبدیل توان چند مرحله‌ای AC-DC-AC بررسی می‌کند تا سیستم تبدیل انرژی بادی (WECS) به صورت یک سیستم بار پراکنده به شبکه متصل شود. یک مدل دینامیکی جامع AC-AC ارائه شده توسعه می‌یابد تا همۀ عملکردهای مبدل را پوشش دهد. یک الگوی جدید کلیدزنی زمانی و یک سازوکار کنترلی توصیف می‌شود تا توان ورودی فرکانس متغیرِ متناسب با توان بادی به یک توان خروجی فرکانس ثابت، برای یک سیستم بار پراکندۀ یک واحد منفرد، تبدیل شود. عملکردهای کنترلی مبدل به منظور کنترل توان‌های حقیقی و راکتیو تزریقی به سیستم بار پراکنده اتخاذ می‌شوند. بر اساس شبیه‌سازی حوزۀ زمان انجام گرفته در محیط نرم‌افزار متلب، بررسی جامعی روی رفتار دینامیکی سیستم تولید توربین بادی با مبدل AC به AC ارائه شده و مبدل AC-DC-AC مرسوم صورت گرفت. نتیجۀ این بررسی آن است که یک مبدل AC-AC از لحاظ فنی یک گزینۀ مناسب برای اتصال یک توربین بادی به یک سیستم بار پراکنده و یا کاربردهای شبکۀ بهره‌برداری است. نمونۀ آزمایشگاهی مبدل ارائه شده در آزمایشگاه توسعه یافت که در آن ولتاژ ورودی فرکانس متغیر به ولتاژی با فرکانس خروجی ثابت تبدیل می‌شود. عملکرد این مبدل رضایت‌بخش توصیف شد.

به دلیل افزایش تقاضای انرژی الکتریکی و معضلات زیست محیطی، تلاش قابل توجهی برای تولید برق از منابع انرژی بادی صورت گرفته است. ژنراتور الکتریکی یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم انرژی بادی است. ژنراتورها را می‌توان در دو دسته جای داد: (1) ژنراتورهای سرعت ثابت (FSGها) و (2) ژنراتورهای با سرعات قابل تنظیم (ASG ها). در مجموع، ژنراتورهای سرعت ثابت از لحاظ مکانیکی، به خصوص در توان‌ نامی‌های بالا، در مقایسه با ژنراتورهای با سرعت قابل تنظیم که به طور گسترده در سیستم تبدیل انرژی بادی کاربرد دارند، گرانبهاتر هستند. تشریح کامل جزئیات این ژنراتورها را می‌توان در مرجع [1] یافت. ژنراتورهای سنکرون آهنربا دائم (PMSG) با راه‌اندازی مستقیم به دلیل مزایای آنها نسبت به دیگر ژنراتورهای توربین بادی سرعت متغیر، بیشتر مورد توجه سازندگان توربین‌های بادی قرار گرفته‌اند. این ژنراتورها ممکن است به صورت طرح چندقطبی و ساختار بدون دنده باشند که عملکرد سرعت پایینی داشته و به دلیل عدم حضور جاروبک‌ها نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری دارند، سیستم تحریک در آنها حذف می‌شود، برای استخراج حداکثر توان بادی موقع اتصال به شبکه، کنترل‌پذیری کاملی داشته و در حالت وقوع خطا سهولت در عملکرد دارد و پشتیبانی شبکه نیز از آن صورت می‌گیرد. در نتیجه، راندمان و قابلیت اطمینان یک توربین بادی با ژنراتور سنکرون آهنربا دائم و با مبدل توان مقیاس کامل، بیش از موارد مشابه آن در دیگر ژنراتورهای توربین بادی سرعت متغیر مثل توربین بادی با ژنراتور القائی با تغذیۀ وگانه (DFIG) است [2، 3].