راهبرد پویا و بهینه برای کنترل جبرانسازی توان راکتیو در مزارع بادی DFIG

چکیده

عبارات شاخص

مقدمه

مدل اصلی ریاضیاتی در مزرعۀ بادی

مدل سرعت باد

مدل DFIG 

معادلۀ گشتاور

معادلۀ شار پراکندگی

معادلۀ ولتاژ

معادلۀ حرکت

جبرانسازی و بهینه‌سازی توان راکتیو 

مقایسۀ جبرانساز راکتیو مرسوم به کار رفته

فرایند سلسله مراتبی تحلیل پیشرفته (IAHP)

شکل1. مدل سلسله مراتبی ارزیابی جبرانسازی توان راکتیو 

. تعیین بردار وزنی در IAHP

نتایج شبیه‌سازی

شبیه‌سازی مزرعۀ بادی

شکل2. مدل باد شدید

شکل3. مدل باد تصادفی

شکل4. رابطۀ بین سرعت باد و توان

. ساخت تابع بهینه و نتایج

جدول1. مقدار تابع TSC

جدول2. مقدار تابع SVC

جدول3. مقدار تابع STATCOM 

 نتیجه‌گیری

با رشد سریع مزارع بادی توجه زیادی به جبرانسازی معقول و منطقی توان راکتیو مبذول داشته شده است. این پژوهش قصد ارائۀ یک راهبرد بهینۀ کنترل جبرانسازی برای مزارع بادی مبتنی بر ژنراتور القائی با تغذیۀ دوگانه (DFIG) را دارد که در آن توان خروجی به تبع سرعت‌های مختلف باد تغییر می‌کند. ابتدا، مدل‌های شبیه‌سازی سرعت باد و DFIG در متلب ایجاد می‌شوند تا رابطۀ بین سرعت باد و توان بدست آید. سپس فرایند سلسله مراتبی تحلیلی پیشرفته (IAHP) به کار گرفته می‌شود تا وزن‌ هر ضریب (عامل) بدست آید و تابعی معرفی می‌شود تا موقع در نظر گرفتن عوامل قیدسازی چون اقتصاد و کارائی، مقدار نهایی ارزیابی محاسبه شود. راهبرد بهینۀ جبرانسازی بدست می‌آید تا تجهیز مناسب با حداقل مقدار تابع در یک سرعت مشخص باد، انتخاب شود. نتایج محاسبه شده نشان داده‌اند که راهبرد ارائه شده قادر است به خوبی از پسِ تقاضای توان راکتیو پویا در مزارع بادی برآید، که ارزش قابل توجهی به عنوان راهنمای طرزکار مهندسی دارد.

در سال‌های اخیر، توجه هر چه بیشتری به توسعه و بهره‌برداری معقول و منطقی از منابع تجدیدپذیر شده است، که از میان آنها توان بادی برجسته‌تر است [1-2]. در نتیجه، توسعۀ توان بادی به یک معیار مهم برای بهبود ساختار سیستم قدرت تبدیل شده است. با افزایش پیوستۀ ظرفیت نصب شدۀ توان بادی، مزارع بادی با اتصال مستقیم به شبکۀ قدرت نیز به شدت افزایش یافته‌اند. با این حال، از آنجا که توان بادی یک منبع انرژی بیانبین است، توان خروجی آن حالت تصادفی دارد. علاوه بر این، وقتی مزرعۀ بادی به شبکۀ قدرت متصل می‌شود مقداری توان راکتیو مصرف خواهد کرد [3-4]. در این صورت، چنابچه به خوبی به این موضوع پرداخته نشود، روی کیفیت کل سیستم قدرت تاثیرگذار خواهد بود. بنابراین، بررسی جبران توان راکتیو توان بادی بسیار حائز اهمیت است. ژنراتور القائی با تغذیۀ دوگانه (DFIG) نوعی ژنراتور بادی سرعت متغیر و فرکانس ثابت است که وقتی در حالت ضریب توان ثابت کار نکند می‌تواند توان راکتیو تولید کند و به عنوان یک منبع توان راکتیو برای مزرعۀ بادی به کار می‌رود [5]. تاکنون، بیشتر مقالات مربوط به جبرانسازی به صورت ایستا در رابطه با عملکرد پرداختته‌اند، و یا در مورد نحوۀ به کارگیری و بهره‌برداری از هر جبرانساز موجود در مزارع بادی به صورت منفرد، متمرکز بوده‌اند [6-7]. اما پژوهش در مورد انتخاب تجهیز بهینه نادر است. با این حال، چون سرعت باد تصادفی است، لاز است کل روند را به صورت پویا و مطابق با داده‌های زمان واقعی در نظر بگیریم. و تجهیزات اقتصادی و عملی باید نقش قابل توجه‌تری را ایفا کنند. در این مقاله، با در نظر گرفتن مباحث اقتصادی و کارائی، یک راهبرد جامع کنترلی در رابطه با جبرانسازی بهینۀ توان راکتیو ارائه می‌شود. ابتدا، مدلی برای شبیه‌سازی مزارع بادی واقعی مبتنی بر DFIG در محیط متلب/سیمولینک ساخته می‌شود که شامل انواع مدل‌های سرعت باد، مدل DFIG و مدل جبرانساز است. سپس، رابطۀ بین سرعت باد و توان توسط نتایج شبیه‌سازی نشان داده می‌شود. برای محاسبۀ مقدار هر اندازه‌گیری تحت این شرایط محدود شده از طریق وزن‌های بدست آمده از IAHP، یک تابع ارزیابی تعریف می‌شود. در نهایت، روند بهینه با حداقل مقدار، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.