تبدیل توان بادی نوع DFIG با تنظیم توان شبکه برای مواقع کمبود باد

 چکیده

عبارات کلیدی

I.    مقدمه

II.    پیکربندی پیشنهادی و قوانین عملکردی 

شکل1. سیستم تبدیل انرژی بادی نوع DFIG با BESS (معادل تونن) در لینک dc برای تنظیم (تسطیح) توان شبکه

III.    مسائل مربوط به طراحی پیکربندی WECS ارائه شده

A.    طراحی توربین بادی

B.    طراحی BESS 

شکل2. مشخصات توان تولیدی (Pgen) و توان متوسط (Pavg) برای یک روز. 

جدول I : توان تولیدی در سرعت‌های مختلف باد

IV.    راهبرد کنترلی

شکل3. دیاگرام طرحوار راهبرد کنترلی ارائه شده برای RSC و GSC مربوط به DFIG در یک سیستم تبدیل انرژی بادی همراه BESS. 

A.    کنترل GSC

B.    کنترل RSC 

V.    مدلسازی ریاضی DFIG 

شکل4. مدار معادل سنکرون یک DFIG [19]

VI.    مدلسازی مبتنی بر MATLAB

A.    مدلسازی توربین بادی

B.    طراحی و مدلسازی بانک باتری

C.    مدلسازی سیستم الکتریکی

VII.    نتایج و بحث

شکل5. عملکرد یک سیستم انرژی بادی نوع DFIG با یک BESS در سرعت زیرسنکرون (سرعت باد = 8 m/s، سرعت روتور = 0.9 p.u.)

شکل6. عملکرد یک سیستم انرژی بادی نوع DFIG با یک BESS در سرعت فوق‌سنکرون (سرعت باد = 12 m/s، سرعت روتور = 1.2 p.u.)

شکل6. عملکرد یک سیستم انرژی بادی نوع DFIG با یک BESS در سرعت سنکرون (سرعت باد = 10 m/s، سرعت روتور = 1 p.u.)

VIII.    نتیجه‌گیری

این مقاله یک راهبرد کنترلی جدید برای سیستم تبدیل انرژی بادی (WECS) نوع ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) متصل به شبکه ارائه می‌کند. راهبردهای کنترلی برای مبدل‌های سمت شبکه و سمت روتور که در مدار روتور DFIG قرار گرفته‌اند به همراه مدل ریاضی پیکربندی به کار رفته برای WECS بیان می‌شوند. توپولوژی ارائه شده شامل یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) است تا نوسانات توان شبکه که ناشی از طبیعت متغیر و غیرقابل‌ پیش‌بینی باد است را کاهش دهد. تشریح جزئیات طراحی، یافتن اندازه و مدلسازی BESS برای تنظیم توان شبکه داده شده است. در کنار راهبرد معرفی شده "تنظیم توان شبکه"، به دیگر راهبردهای کنترلی موجود مثل استخراج بیشترین توان نقطه‌ای از توربین بادی و عملکرد با ضریب توان واحد DFIG نیز پرداخته شده است. تجزیه و تحلیلی برحب تسهیم توان اکتیو بین DFIG و شبکه انجام شده است که در آن توان ذخیره‌ای یا تخلیه‌شده توسط BESS بسته به انرژی بادی موجود در نظر گرفته شده است. سپس راهبرد ارائه شده در محیط سیمولینک MATLAB شبیه سازی شده و برای پیش‌بینی رفتار از این مدل توسعه یافته بهره گرفته شده است. در مقایسه با کارهای موجود در رابطه با هدایت سیستم‌های تبدیل انرژی بادی نوع DFIG با تغذیه شبکه، تلاش شده است تا این کار به عنوان یک کار جدید و یکتا معرفی شود.

استفاده از منابع تجدیدپذیر برای تولید توان الکتریکی نسبت به دهه گذشته تغییر اساسی داشته است. مشکلات اقتصادی و بوم‌شناختی رو به رشد باعث شده است تا محققان روش‌های بهتر و جدیدتری برای تولید انرژی الکتریکی را کشف کنند. در این رقابت، سیستم‌های تبدیل انرژی بادی (WECS) نسبت به دیگر منابع تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی که به دلیل هزینه بالای به ازای هر کیلووات ساعت توان الکتریکی تولیدی دچار عقب ماندگی است، طرفدار بیشتری دارد. در مجموع، مشارکت این سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر با سیستم برق طی دو دهه اخیر با سرعت زیادی افزایش یافته است [1]. در بین تمام فناوری‌های موجود برای سیستم‌های تبدیل انرژی بادی، ژنراتور القائی دو سو تغذیه (DFIG) محبوبیت بیشتری دارد چون از مبدل‌هایی با توان کم استفاده می‌کند و به دلیل عملکرد سرعت متغیر توان توان مفیدی کسب می‌کند. عملکرد سرعت متغیر ژنراتورهای الکتریکی در مقایسه با نوع سرعت ثابت (مثل استفاده از ژنراتورهای آسنکرون بدون واسط الکترونیک قدرت) بسیار به صرفه است [2]، [3]. توپولوژی‌های بسیار محبوب برای عملکرد سرعت متغیر عبارتند از ژنراتورهای آسنکرون معمولی با مبدل‌های با توان نامی، ژنراتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSG ها) با مبدل‌های توان نامی، و ژنراتورهای القائی دو سو تغذیه (DFIG) با مبدل‌های با توان نامی نسبی (توان نامی لغزشی). در بین این‌ها، سیستم‌های تبدیل انرژی بادی (WECS) در ترکیب با DFIG محبوب‌ترین گزینه است که تقابل خوبی با طبیعت متغیر و سرعت‌ غیرقابل پیش‌بینی باد دارد. سیستم‌های تبدیل انرژی بادی نوع DFIG دارای مزایایی چون راندمان خوب، مبدل با توان نامی کم، هزینه و نلفات کم، اجرای ساده اصلاح ضریب توان، عملکرد سرعت متغیر و قابلیت‌های کنترل چهار ربع توان اکتیو و راکتیو می‌باشند [4]، [5]. به علت عملکرد سرعت متغیر، در حالت WECS نوع DFIG، کل انرژی خروجی حدود 20%-30% بیشتر است، لذا ضریب بهره‌برداری ظرفیت افزایش و هزینه تولید هر کیلووات ساعت انرژی کاهش می‌یابد.