مقاله میرایی SSR مزارع بادی با کنترل فیدبک مبدل DFIG

توضیحات

 عنوان فارسی: میرایی  SSR در مزارع بادی با استفاده از کنترل فیدبک مشاهده حالت مبدل های  DFIG

عنوان انگلیسی مقاله:

SSR damping in wind farms using observed-state feedback control of DFIG converters 

چکیده

مقاله زیر تشدید زیر سنکرون (SSR) را در مزارع بادی مبتنی بر ژنراتور القایی از دوسو تغذیه (DFIG) مورد مطالعه قرار می دهد. در این مقاله ابتدا به طور خلاصه به بررسی انواع اصلی SSR که ممکن است در مزارع بادی DFIG رخ دهد، پرداخته می شود, که عبارتند از: (1) اثر ژنراتور القایی SSIGE))، (2) تعاملات پیچشی (SSTI)، و (3) تعاملات کنترلی (SSCI). سیستم قدرت بخاطر حالت SSR بسیار ناپایدار است. یک کنترل مکمل میرایی SSR, یعنی (SSRDC) برای کنترل مبدل سمت شبکه (GSC) برای DFIG طراحی شده است. SSRDC با استفاده از یک کنترل مبتنی بر مشاهده گر طراحی شده است که از طریق یک روش درجه دوم بهینه تنظیم می شود. مدل کاهش یافته ی  سیستم قدرت مورد مطالعه قرار گرفته است تا طراحی SSRDC ساده تر و عملی تر گردد. اولین مدل معیار IEEE، که شامل یک مزرعه بادی  DFIG 100 مگاوات می باشد، مورد استفاده  قرار گرفته است. در این مقاله، نرم افزار MATLAB / SIMULINK برای تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه  و PSCAD / EMTDC  برای شبیه سازی در حوزه زمان استفاده می شود.

مقدمه

امروزه، به خوبی قابل درک است بخاطرگازهای گلخانه ای, سوزاندن سوخت های فسیلی در نیروگاه برق تأثیر قابل توجهی بر روی آب و هوای جهانی دارد. در بسیاری از کشورها، استفاده از منابع انرژی برق مقرون به صرفه و قابل اعتماد و کم کربن به یک سیاست انرژی تبدیل می شود. در میان انواع مختلف منابع انرژی پاک  مانند انرژی خورشیدی، برق آبی، قدرت موج اقیانوس و غیره، در حال حاضر نیروی باد به سرعت در حال رشد [1-3] است. بیشتر مزارع بادی در اروپا و شمال امریکا از توربین های بادی با سرعت قابل تنظیم استفاده می کنند (ASGWT] (3]. یکی از انواع مهم  ASGWT, ژنراتور القایی از دو سو تغذیه است (DFIG)، که در چند سال گذشته در صنعت برق بیشتر مورد توجه قرار گرفته است [4-7]. ادغام مقیاس بزرگ مزارع بادی DFIG در سطح انتقال و توزیع ممکن است به منظور تطبیق افزایش قدرت تولیدی باد, ارتقاء قابل توجهی از زیرساخت های خط انتقال را در پی داشته باشد[3].

برای افزایش قابلیت انتقال قدرت از یک خط انتقال موجود, جبران سری در مقایسه با ساخت خطوط انتقال جدید, بعنوان یک راه حل مقرون به صرفه تر در نظر گرفته می شود [8]. با این حال، عامل مانع از استفاده گسترده از جبرانسازی سری خازنی, خطر بالقوه رزونانس زیر سنکرون(SSR)      است,  8-13] ]، که اگر از آن جلوگیری نکنیم, ممکن است آسیب شدیدی به مزرعه بادی وارد شود. SSR در سیستم های توربین بادی حالتی است که در آن مبادلات انرژی مزرعه با شبکه برق، که به آن متصل شده است، در یک یا چند فرکانس  طبیعی از قسمت الکتریکی و مکانیکی سیستم ترکیبی متشکل از مزرعه بادی و شبکه انجام می گیرد. فرکانس انرژی تبادل شده زیر فرکانس اصلی شبکه است. سه نوع مختلف از SSR در مزارع بادی DFIG در مقالات [14-17] مشخص شده است:

• اثر ژنراتور القایی (SSIGE)
• تعاملات پیچشی (SSTI)
• تعاملات کنترل (SSCI)

در حالت SSIGE، مقدار مقاومت معادل روتور در فرکانس زیر سنکرون می تواند منفی باشد، و اگر این مقاومت منفی از مجموع مقاومت های آرمیچر و شبکه بیشتر باشد، میرایی کلی منفی در فرکانس زیر سنکرون وجود خواهد داشت ، و در نتیجه جریان زیر سنکرون با گذشت زمان افزایش خواهد یافت [14،15]. در SSTI، اگر فرکانس طبیعی پیچشی شفت توربین DFIG نزدیک به فرکانس طبیعی شبکه الکتریکی باشد، گشتاور زیر سنکرون تولید شده توسط ولتاژ آرمیچر زیر سنکرون می تواند ادامه دار باشد [14،15]. ماهیت SSCI از SSIGE و SSTI متفاوت است، چرا که در این نوع از SSR، کنترلر توربین بادی  DFIG نقش اصلی را در ایجاد SSCI بازی می کند؛ در واقع، SSCI ممکن است به خاطر تعامل بین جبران سری شبکه برق و کنترل توربین بادی DFIG [16-19] رخ دهد.

میرایی SSR در مزارع بادی در مقالات [20-28] مورد مطالعه قرار گرفته است. Karaagac [20] یک روش برای میرایی SSR در مزرعه بادی با جبران سری ارائه داد, که در آن یک کنترلر میرایی کمکی SSR (SSRDC) برای حلقه کنترل توان راکتیو DFIG و حلقه کنترل توان راکتیو DC با ولتاژ بالا (HVDC) در مبدل چند سطحی مزارع بادی دریایی معرفی کرد. بلوک SSRDC  از یک جبرانگر پس فاز-پیش فاز چند سطحی تشکیل شده است. تنظیم جبرانگر از روش آزمون و خطا با استفاده از شبیه سازی در حوزه زمان انجام پذیرفته است .  Leon [21] یک روش کنترل میرایی برای کاهش تعاملات زیر سنکرون (SSI) در مزارع بادی  DFIGارائه داد. در این مقاله، یک SSRDC چند ورودی چند خروجی با استفاده از روش فضای حالت طراحی شده است، و سیگنال های کنترل ورودی (ICSS) به بلوک SSRDC جریان محور های  d-q سیم پیچی های استاتور و روتور DFIG می باشند.

    گلشن نواز [22] پیشنهاد استفاده از کنترل جریان برق یکپارچه (UPFC) برای میرایی SSR در مزارع بادی با ژنراتور القایی خود تحریک (SEIG) داد. در این مقاله دو SSRDC کمکی به کنترل UPFC افزوده شده است، یکی به سیستم کنترل اینورتر شنت و دیگری به سیستم کنترل اینورتر سری. تنظیم SSRDC با استفاده از روش آزمون و خطا انجام پذیرفته است. EL_Moursi [23] و گلشن نواز [24] یک الگوریتم کنترل میرایی برای جبرانگر همزمان استاتیک (STATCOM) برای کاهش SSR در   SEIG ارائه کردند.

Faried [25] میرایی SSR را در ژنراتور توربین های بادی با اضافه شدن SSRDC به کنترلر مبدل DFIG مطالعه کردند. برای یک توربین بخار، واقع در نزدیکی یک مزرعه بادی DFIG با N بخش شفت چند جرمی، SSRDC متشکل از N کانال ، و ICS برای کانال i ام انحراف سرعت بخش i ام شفت روتور است. در [25]، از روش آزمون و خطا برای تنظیم پارامترهای SSRDC در هر کانال استفاده شده است. Leon در [26] کاهش میرایی SSR در ژنراتور توربین های بادی با اضافه شدن SSRDC به کنترلر مبدل با ظرفیت کامل را مورد مطالعه قرار داد. در [26]، یک رویکرد چند ورودی چند خروجی (MIMO) برای طراحی کنترل میرایی SSR مورد استفاده قرار گرفت.

Elhassan [27] میرایی SSRرا در مزارع بادی DFIG با استفاده از خازن های سری کنترل گیت (GCSC) ، و یک ادوات FACTS سری بررسی کرد. شبیه سازی در حوزه زمان در [27] برای نشان دادن قابلیت GCSC در میرایی SSR در مزارع بادی    DFIGانجام پذیرفت.  نویسندگان کار حاضر نیز در [4] یک SSRDC برای GCSC با استفاده از روش تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه را گزارش کرده اند. تجزیه و تحلیل مبتنی بر باقی مانده به منظور شناسایی ICS مطلوب برای SSRDC و روش root lucas  برای تعیین بهره ی مورد نیاز به منظور به دست آوردن یک نسبت میرایی مطلوب برای حالت SSR استفاده شده است.

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.