পরিবর্তনশীল গতি স্থির ফ্রিকোয়েন্সি দিয়ে ওয়াইন্ড টারবাইনের জন্য উত্তেজনা ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্টার সম্পর্কিত গবেষণা

১ পরিচিতি​
বায়ুশক্তি একটি পুনরাবৃত্তিমূলক শক্তি উৎস যা বিশেষ উন্নয়নের সম্ভাবনা রয়েছে। গত কয়েক বছরে, বায়ুশক্তি প্রযুক্তি বিশ্বব্যাপী পণ্ডিতদের দ্বারা বিশেষ মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। বায়ুশক্তি উন্নয়নের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হল চলমান-গতিস্থির-আवৃত্তি (VSCF) প্রযুক্তি, যা দ্বিগুণ-ফেড বায়ুশক্তি ব্যবস্থার একটি অপটিমাইজড সমাধান হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এই ব্যবস্থায়, জেনারেটরের স্টেটর ওয়াইন্ডিং সরাসরি গ্রিডের সাথে সংযুক্ত হয়, যেখানে VSCF নিয়ন্ত্রণ রোটর ওয়াইন্ডিং পাওয়ার সাপ্লাইয়ের আবৃত্তি, আয়তন, পর্যায় এবং পর্যায় ক্রম নিয়ন্ত্রণ করে অর্জিত হয়। যেহেতু কনভার্টার শুধুমাত্র স্লিপ পাওয়ার প্রেরণ করে, তার ক্ষমতা বেশি কমিয়ে আনা যায়।

বর্তমানে, দ্বিগুণ-ফেড বায়ুশক্তি ব্যবস্থাগুলি প্রধানত AC/AC বা AC/DC/AC কনভার্টার ব্যবহার করে। AC/AC কনভার্টারগুলি উচ্চ আউটপুট হারমোনিক, কম ইনপুট পাওয়ার ফ্যাক্টর এবং অতিরিক্ত পাওয়ার ডিভাইসের কারণে ভোল্টেজ-সোর্স AC/DC/AC কনভার্টার দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে। যদিও ম্যাট্রিক্স কনভার্টারগুলি দ্বিগুণ-ফেড ব্যবস্থায় পরীক্ষা করা হয়েছে, তাদের জটিল গঠন, উচ্চ ভোল্টেজ সহ্যশীলতা এবং ইনপুট/আউটপুট নিয়ন্ত্রণের অনুকূল না হওয়ায় বায়ুশক্তি প্রয়োগে তাদের গ্রহণ সীমিত হয়েছে।

এই গবেষণায় দুইটি DSP দ্বারা নিয়ন্ত্রিত একটি ভোল্টেজ-সোর্স AC/DC/AC দ্বিগুণ-ফেড বায়ুশক্তি ব্যবস্থা বিকাশ করা হয়েছে। গ্রিড-পাশের কনভার্টার ভোল্টেজ-অরিয়েন্টেড ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ ব্যবহার করে, এবং রোটর-পাশের কনভার্টার স্টেটর-ফ্লাক্স-অরিয়েন্টেড ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ ব্যবহার করে। পরীক্ষা নিরীক্ষা দেখায় যে ব্যবস্থাটি দ্বিদিকগামী পাওয়ার ফ্লো, স্বাধীন ইনপুট/আউটপুট পাওয়ার ফ্যাক্টর নিয়ন্ত্রণ, কম হারমোনিক বিকৃতি, স্থিতিশীল ব্যাপক পরিসরে পরিচালনা এবং বায়ু জাতীয় অস্থির শক্তি উৎস থেকে উচ্চ গুণমানের পাওয়ার উৎপাদন সমর্থন করে।

​২ ব্যবস্থার সংস্থান​
চিত্র ১ অনুযায়ী, ব্যবস্থাটি পাঁচটি অংশ নিয়ে গঠিত:

• দ্বিগুণ-ফেড জেনারেটর (ওয়াইন্ড-রোটর ইনডাকশন জেনারেটর)
• ভোল্টেজ-সোর্স AC/DC/AC দ্বিদিকগামী PWM কনভার্টার (IPM মডিউল ব্যবহার করে ব্যাক-টু-ব্যাক তিন-ফেজ রেক্টিফায়ার/ইনভার্টার)
• দুইটি DSP নিয়ন্ত্রক (ফিক্সড-পয়েন্ট DSP TMS320LF2407A + ফ্লোটিং-পয়েন্ট DSP TMS320VC33)
• গ্রিড-সংযোগ প্রোটেকশন ডিভাইস (রোটর/স্টেটর কন্ট্যাক্টর)
• ভার্চুয়াল চলমান-গতির বায়ু টারবাইন (DC মোটর + SIEMENS SIVOREG থায়রিস্টর গতি নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা)

​মূল বিবরণ​

• কনভার্টার সংযোগ: গ্রিড-পাশে তিন-ফেজ ইনডাক্টর দ্বারা; রোটর-পাশে স্লিপ রিং/ব্রাশ দ্বারা জেনারেটর রোটর ওয়াইন্ডিং-এর সাথে।
• দুইটি DSP-এর ভূমিকা: LF2407A ডেটা বিনিময়, PWM উৎপাদন এবং গ্রিড সিগন্যাল নিয়ন্ত্রণ করে; VC33 কোর অ্যালগরিদম নিষ্পাদন করে; দুই-পোর্ট RAM বাস্তব-সময় ডেটা শেয়ারিং সম্ভব করে; CPLD ঠিকানা ডিকোডিং প্রক্রিয়া করে।
• গ্রিড প্রোটেকশন: ফলাফলের সময়, স্টেটর কন্ট্যাক্টর বিচ্ছিন্ন করুন এবং প্রথমে PWM ব্লক করুন; পরে রোটর কন্ট্যাক্টর খুলার জন্য দেরি করুন।

​৩ দ্বিগুণ-ফেড জেনারেটরের ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ​
​৩.১ নিয়ন্ত্রণের নীতিমালা​
সিঙ্ক্রোনাস ঘূর্ণন ফ্রেমে (d-অক্ষ স্টেটর ফ্লাক্সের সাথে সম্পর্কিত), দ্বিগুণ-ফেড জেনারেটরের মডেল হল:
usd=Rsisd+dψsddt−ωsψsq{u_{sd} = R_s i_{sd} + \frac{d\psi_{sd}}{dt} - \omega_s \psi_{sq}}usd​=Rs​isd​+dtdψsd​​−ωs​ψsq​
usq=Rsisq+dψsqdt+ωsψsd{u_{sq} = R_s i_{sq} + \frac{d\psi_{sq}}{dt} + \omega_s \psi_{sd}}usq​=Rs​isq​+dtdψsq​​+ωs​ψsd​
urd=Rrird+dψrddt−ωslipψrq{u_{rd} = R_r i_{rd} + \frac{d\psi_{rd}}{dt} - \omega_{\text{slip}} \psi_{rq}}urd​=Rr​ird​+dtdψrd​​−ωslip​ψrq​
urq=Rrirq+dψrqdt+ωslipψrd{u_{rq} = R_r i_{rq} + \frac{d\psi_{rq}}{dt} + \omega_{\text{slip}} \psi_{rd}}urq​=Rr​irq​+dtdψrq​​+ωslip​ψrd​

​ফ্লাক্স সমীকরণ:​​
ψsd=Lmims+Lsisd=Lmims{\psi_{sd} = L_m i_{ms} + L_s i_{sd} = L_m i_{ms}}ψsd​=Lm​ims​+Ls​isd​=Lm​ims​
ψsq=−Lmirq{\psi_{sq} = -L_m i_{rq}}ψsq​=−Lm​irq​
ψrd=Lrird+Lmisd{\psi_{rd} = L_r i_{rd} + L_m i_{sd}}ψrd​=Lr​ird​+Lm​isd​
ψrq=Lrirq+Lmisq{\psi_{rq} = L_r i_{rq} + L_m i_{sq}}ψrq​=Lr​irq​+Lm​isq​

​টর্ক সমীকরণ:​​
Te=−npLmimsirqLs{T_e = -\frac{n_p L_m i_{ms} i_{rq}}{L_s}}Te​=−Ls​np​Lm​ims​irq​​

স্টেটর রেসিস্ট্যান্স ভোল্টেজ ড্রপ উপেক্ষা করলে, স্টেটর ফ্লাক্স মেনে চলে:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd​≈usq​/ωs​,ψsq​≈0

​নিয়ন্ত্রণ কৌশল:​​

• ধ্রুব স্টেটর জেনারালাইজড উত্তেজন বর্তমান imsi_{ms}ims​ → ইলেকট্রোম্যাগনেটিক টর্ক Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te​∝irq​
• একক পাওয়ার ফ্যাক্টরের জন্য, উত্তেজন বর্তমান সম্পূর্ণরূপে রোটর দ্বারা প্রদান করা হয় (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims​=ird​)
• ফিডফরওয়ার্ড ডিকুপলিং কমপেনসেশনের পর, urdu_{rd}urd​ এবং urqu_{rq}urq​ নিয়ন্ত্রণ করে রোটর ফ্লাক্স এবং টর্ক নিয়ন্ত্রণ করা হয়।

​৩.২ গ্রিড নিয়ন্ত্রণ​

• সফট গ্রিড-সংযোগ:
1. বায়ুর গতি কাট-ইন মানে পৌঁছালে, টারবাইন জেনারেটরকে সর্বনিম্ন গতিতে চালায়।
2. কনভার্টার সক্রিয় করে স্টেটর ভোল্টেজ গ্রিডের সাথে মিলিয়ে নেওয়া হয় (আয়তন, পর্যায়, আবৃত্তি)।
3. গ্রিড-সংযোগের শর্ত পূরণ হলে স্বয়ংক্রিয় সিঙ্ক্রোনাইজেশন ঘটে।
• বিচ্ছিন্নকরণ: বিচ্ছিন্ন করার আগে ধীরে ধীরে নো-লোড অবস্থায় নিয়ে যাওয়া হয়। অনুমোদিত গতির পরিসরে পরিচালনা করতে হবে।

​৪ গ্রিড-পাশের রেক্টিফায়ার ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ​
দুই-ফেজ সিঙ্ক্রোনাস ঘূর্ণন ফ্রেমে (d-অক্ষ ফেজ-A ভোল্টেজের সাথে সম্পর্কিত), PWM রেক্টিফায়ারের মডেল হল:
ud=Ldiddt+Rid−ωsLiq+sdudc{u_d = L\frac{di_d}{dt} + R i_d - \omega_s L i_q + s_d u_{dc}}ud​=Ldtdid​​+Rid​−ωs​Liq​+sd​udc​
uq=Ldiqdt+Riq+ωsLid+squdc{u_q = L\frac{di_q}{dt} + R i_q + \omega_s L i_d + s_q u_{dc}}uq​=Ldtdiq​​+Riq​+ωs​Lid​+sq​udc​
Cdudcdt=32(sdid+sqiq)−iload{C\frac{du_{dc}}{dt} = \frac{3}{2}(s_d i_d + s_q i_q) - i_{\text{load}}}Cdtdudc​​=23​(sd​id​+sq​iq​)−iload​

​পাওয়ার সমীকরণ:​​
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=ud​id​,Q=ud​iq​

​নিয়ন্ত্রণ যুক্তি:​​

• ধ্রুব গ্রিড ভোল্টেজ → idi_did​ নিয়ন্ত্রণ করে সক্রিয় পাওয়ার নিয়ন্ত্রণ করা হয়; iqi_qiq​ নিয়ন্ত্রণ করে প্রতিরোধ পাওয়ার নিয়ন্ত্রণ করা হয়।
• ভোল্টেজ কমপেনসেশন সহ নিয়ন্ত্রণ সমীকরণ:
  ud∗=(R+Lddt)id−ωsLiq+ud{u_d^* = (R + L\frac{d}{dt})i_d - \omega_s L i_q + u_d}ud∗​=(R+Ldtd​)id​−ωs​Liq​+ud​
  uq∗=(R+Lddt)iq+ωsLid{u_q^* = (R + L\frac{d}{dt})i_q + \omega_s L i_d}uq∗​=(R+Ldtd​)iq​+ωs​Lid​

​৫ পরীক্ষামূলক ফলাফল​
​মূল যাচাই:​​

• বিস্তৃত গতির পরিসরে বিশ্বস্ত সফট গ্রিড-সংযোগ;
• স্বাধীন পাওয়ার ফ্যাক্টর নিয়ন্ত্রণ (স্টেটর/গ্রিড পাশে উভয়ই একক পাওয়ার ফ্যাক্টর পৌঁছানো);
• AC/DC/AC কনভার্টারের দ্বিদিকগামী পাওয়ার ফ্লো ক্ষমতা উৎপাদনের দাবি পূরণ করে।

​৬ সমাপ্তি​
এই গবেষণায় দুইটি DSP ভিত্তিক একটি ভোল্টেজ-সোর্স AC/DC/AC দ্বিগুণ-ফেড বায়ুশক্তি ব্যবস্থা বিকাশ করা হয়েছে। গ্রিড-পাশে ভোল্টেজ-অরিয়েন্টেড এবং রোটর-পাশে স্টেটর-ফ্লাক্স-অরিয়েন্টেড ভেক্টর নিয়ন্ত্রণ সমন্বয়ে, পরীক্ষা নিরীক্ষা দেখায়:

1. ব্যবস্থাটি দ্বিদিকগামী পাওয়ার ফ্লো এবং স্বাধীন ইনপুট/আউটপুট পাওয়ার ফ্যাক্টর নিয়ন্ত্রণ অর্জন করে;
2. কম হারমোনিক এবং উচ্চ পাওয়ার ফ্যাক্টর পাওয়ার গুণমান নিশ্চিত করে;
3. সফট গ্রিড-সংযোগ/বিচ্ছিন্নকরণ যান্ত্রিক/ইলেকট্রিক চাপ কমায়;
4. মেগাওয়াট-শ্রেণীর বড় আকারের বায়ুশক্তি ইনস্টলেশনে প্রযোজ্য।