Winwind
Siemens
Leitner
Mtorres
Lagerwey

کنترل توان‌های اکتیو و راکتیو، کنترل ولتاژ، پایداری هنگام خطا

۲۵%

توربین­های بادی سرعت ثابت مزایایی از قبیل سادگی، قابلیت اطمینان بالا و هزینه ساخت و بهره ­برداری پایین دارند. عیب عمده‌ی آنها پایین بودن بازدهی به علت کارکرد در سرعت تقریبا ثابت در سرعت­های مختلف باد است. جهت رفع این مشکل، توربین­های بادی سرعت متغیر طراحی شده ­اند که با تنظیم سرعت چرخش رتور در سرعت­های مختلف باد، بیشترین توان ممکن را در یک محدوده‌ی مشخص از باد جذب می­ کنند. دو نوع پرکاربرد این توربین­ها، توربین­های بادی دارای مبدل با ظرفیت کامل و توربین­های بادی دارای ژنراتور القایی دو تحریکه (DFIG) هستند. رایج ترین نوع توربین نصب شده در سال­های اخیر، نوع سرعت متغیر دارای DFIG است. این ژنراتور به دلیل کارکرد سرعت متغیر بازدهی خوبی داشته و در ضمن، توان مبدل الکترونیک قدرت به کار رفته در آن حدود ۴۰ درصد توان ژنراتور است.
DFIG دارای مزایای زیر است:

• کارکرد سرعت متغیر در فرکانس ثابت شبکه که منجر به افزایش بازدهی توربین می­ شود؛

• بهره­ گیری از مبدل الکترونیک قدرت دارای ظرفیت کسری که باعث اقتصادی بودن سیستم می­گردد؛

• قابلیت کنترل توان راکتیو در حالت­های پس­فازی و پیش­فازی بنا به نیاز شبکه.

با توجه به مطالب فوق فناوری توربینی که در این پایان‌نامه مورد استفاده قرار گرفته است از نوع C است که مبنی بر فناوری جدید بوده و هم مزایای قابل توجهی در مقایسه با انواع دیگر دارد. همچنین حدود ۵۵ درصد از سهم بازار را به خود اختصاص داده است که نشانی دیگر از مزایای این توربین است. ژنراتور به‌کار گرفته ‌شده در ساختار C از نوع ژنراتور القایی از دو سو تغذیه (DFIG) است.
۴-۳ توربین بادی DFIG
در قسمت‌های قبلی انواع ساختارهای توربین‌های نصب شده در جهان معرفی شد. این تعریف تنها ساختار کلی آن‌ها را شامل می‌شود که هر کدام به صورت جزئی هم می‌تواند بررسی شود. در این بخش به بررسی ساختار توربین بادی DFIG به شکل دقیق‌تر پرداخته می‌شود. شمای کلی یک توربین بادی در شکل ۴-۲ رسم شده است.
شکل ۴-۲ ساختار الکتریکی و کنترلی یک توربین بادی DFIG
بخش مکانیکی توربین که بیشتر دیده می‌شود شامل پایه‌ی عمودی، پره‌ها و سیستم تغییر گام پره‌هاست. بحث مربوط به بخش مکانیکی توربین خارج از حوصله‌ی این پایان‌نامه است و تنها فرض می‌شود توان باد با سرعتی مشخص به محور DFIG داده می‌شود.
۴-۳-۱ ژنراتور القایی دو سو تغذیه
در این بخش به طور مفصل به مدل ریاضی DFIG که در این پایان نامه شبیه‌سازی شده است پرداخته می‌شود.
۴-۳-۱-۱- مدل ریاضی DFIG
در این بخش یک مدل مکانیکی برای DFIG ارائه داده می‌شود. یک ماشین سه فاز دارای یک استاتور و یک روتور است. سیم‌پیچی‌های هر فاز استاتور و روتور دارای ساختار سیم‌پیچی توزیع‌شده هستند. ولتاژ ac متعادل در استاتور، جریانی در سیم‌پیچی‌های روتور القا می‌کند. طرح کلی از سطح مقطع یک ماشین القایی در شکل ۴-۳ نشان داده شده ‌است. اگرچه حلقه‌ها، توزیع شده هستند ولی برای سادگی متحدالمرکز نشان داده شده‌اند. حروف r و s معرف سیم‌پیچی‌های روتور و استاتور هستند. حروف a، b و c سیم‌پیچی‌های سه‌فاز را نشان می‌دهند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ۴-۳ سطح مقطع یک ماشین القایی [۶۲]
برای به دست آوردن مدل ریاضی استاتور و روتور به تبدیل dq0 نیاز خواهیم داشت که به صورت زیر است:
(۴-۱) =
(۴-۲) =
شکل۴-۴ دستگاه مرجع dq0
در مورد DFIG ، هم استاتور و هم روتور، سه توزیع سیم‌پیچی سینوسی مربوط به سه فاز با اختلاف زاویه‌ی ۱۲۰ درجه دارند. روتور از طریق مبدل‌ها و یک لینک DC به شبکه متصل است. شمای چنین سیستمی در شکل ۴-۵ نشان‌ داده شده‌ است. اندازه مبدل‌ها به مقدار توان شارش یافته بین روتور و شبکه محدود می‌شود.
شکل ۴-۵ DFIG با مبدل‌ها [۶۳]
۴-۳-۱-۲- معادلات الکتریکی
معادلات الکتریکی برای DFIG به راحتی در دستگاه مرجع dq در چرخش در سرعت سنکرون نشان داده می‌شوند
(۴-۳) = -R_s +
(۴-۴) = -R_r + s
(۴-۵) = -
(۴-۶) = -
که d و q به معنی مولفه‌های طولی و عرضی هستند. پارامتر‌های v، i، R، X و ψ به ترتیب معرف ولتاژ، جریان، مقاومت، راکتانس و شار پیوندی در هر ثانیه هستند. به همین ترتیب s و r به معنی مقادیر استاتور و روتور هستند و m برای راکتانس متقابل استفاده می‌شود. پارامتر‌های ω_s و s نشان‌دهنده‌ی سرعت سنکرون و لغزش هستند.
جایگزینی ترکیبی مناسب به صورت زیر استفاده می‌شود. برای هر مقدار بردار f_dq دو عنصر می‌توانند یک مقدار ترکیبی f_dq مرتبط شوند.
(۴-۷) f_dq = → f_d +j f_q = f_dq
همین روش معمولاً برای نرمالیزه کردن تمامی مقادیر الکتریکی سیستم پریونت استفاده می‌شود. معادلات (۴-۳)، (۴-۴)، (۴-۵) و (۴-۶) به صورت زیر نوشته می‌شوند.
(۴-۸) v_dqs = -R_s i_dqs + + j ψ_dqs
(۴-۹) v_dqr = -R_r i_dqr + + j ψ_dqr
(۴-۱۰) ψ_dqs = - X_s i_dqs – X_m i_dqr
(۴-۱۱) ψ_dqr = - X_r i_dqr – X_m i_dqs
همه مقادیر به پریونیت هستند.
۴-۳-۱-۳- معادلات ماشین
دینامیک محور ژنراتور مربوط به سرعت روتور و گشتاور الکترومغناطیسی به صورت ر
ابطه‌ی (۴-۱۲) است:
(۴-۱۲) j = T_m - T_e
که J اینرسی ماشین، T_m گشتاور مکانیکی و T_e گشتاور الکترومغناطیسی است. گشتاور مکانیکی T_m به توان مکانیکی P_m گرفته شده از باد مربوط است و روی محور توربین در دسترس است:
(۴-۱۲) T_m = = - P_m