Studado pri Ekscita Frekvenco-Konvertilo por Variabla-Vitessa Konstanta-Frekvencan Ventturbinon

1 Enkonduko​
Vendenergia estas renovigebla energfonto kun signifa disvolvopotencialo. En la lastaj jaroj, vendenergia teknologio atentigis multajn studentojn ĉirkaŭ la mondo. Kiel grava direkto de vendenergia disvolvo, variablo-rapida konstanta-frekvenca (VSCF) teknologio uzas duoblige-fedan vendenergian sistemon kiel optimuma solvo. En ĉi tiu sistemo, la generatora statorwindigo konektiĝas direkt al la reto, dum VSCF-kontrolo realiĝas per regado de la frekvenco, amplitudo, fazo kaj fazsekvenco de la rotorwindiga energofonto. Ĉar la konvertilo nur transdonas glitpotencon, sia kapablo povas esti signife malpligrandigita.

Ĉi-momente, duoblige-fedaj vendenergi-sistemoj plejparte uzas AC/AC aŭ AC/DC/AC konvertilojn. Pro alta elputa harmoniaj, malalta eniga potencfaktoro kaj tro multaj potencaj aparatoj, AC/AC konvertiloj estas grandparte anstataŭigitaj per tensorgenerantaj AC/DC/AC konvertiloj. Kvankam matricaj konvertiloj estis esploritaj por duoblige-fedaj sistemoj, ilia kompleksa strukturo, alta tensura rezisto kaj ne-dekuplitaj eniga/eliga kontrolo limigas ilian akcepton en vendenergia apliko.

Ĉi tiu studo disvolvas tensorgenerantan AC/DC/AC duoblige-fedan vendenergi-sistemon kontrolitan per duoblaj DSP-iloj. La rete flanka konvertilo adoptas tensoregulitan vektor-kontrolon, dum la rotorflanka konvertilo uzas statore-fluxorientitan vektor-kontrolon. Eksperimentoj konfirmas, ke la sistemo subtenas duaflukan potenĉuron, sendependan eniga/eliga potencfaktoro-regulon, malaltan harmonian distorton, stabilan larĝgamblan operacion kaj alta kvalita generado de nerega energfonto, kiel vento.

​2 Sistemo-Konfiguracio​
Kiel montras Figuro 1, la sistemo konsistas el kvin partoj:

• Duoblige-fedan generatoron (ventilrotora induktiva generatoro)
• Tensorgenerantan AC/DC/AC duaflukan PWM konvertilon (back-to-back triphasaj rektifikilo/inversilo uzante IPM-modulojn)
• Duoblajn DSP-kontrolilojn (fikspunkta DSP TMS320LF2407A + flotanta punkta DSP TMS320VC33)
• Rete-konektan protektan aparaton (rotor/statore kontaktoroj)
• Virtualan variabla-rapidan vendturbinon (DA motoro + SIEMENS SIVOREG tiristro-rapidega sistemo)

​Ĉefaj Detaloj​

• Konvertilo-konekto: Rete-flanke tra triphasaj induktoroj; rotor-flanke tra glitruboj/generatora rotorwindigo.
• Roloj de duoblaj DSP-iloj: LF2407A traktas datuminterŝanĝon, PWM-generadon kaj retsignalojn; VC33 ekzekutas kernajn algoritmojn; duaflanka RAM ebligas realtempan datuminterŝanĝon; CPLD procezas adresdekodigon.
• Rete protekto: Je defektoj, unue diskonektas statore kontaktoron kaj blokas PWM; post iu tempo malfermas rotor kontaktoron.

​3 Vektor-Kontrolo por Duoblige-Fedan Generatoron​
​3.1 Kontrolprincipoj​
En sinkrona rotanta kadro (d-akso alineita kun statore-fluo), la modelo de duoblige-fedan generatoro estas:
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​

​Flua ekvacioj:​​
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​

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

Neglegante statore rezistanca voltpejon, statore fluo plenumas:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd​≈usq​/ωs​,ψsq​≈0

​Kontrolstrategio:​​

• Konstanta statore ĝeneraligita ekscitanta kuranto imsi_{ms}ims​ → Magnetmomenta Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te​∝irq​
• Por unueca potencfaktoro, ekscitanta kuranto tute provizita de rotor (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims​=ird​)
• Post antaŭaliga dekuplita kompenso, regulu urdu_{rd}urd​ kaj urqu_{rq}urq​ por kontroli rotor-fluo kaj momenton, respektive.

​3.2 Reet-Kontrolo​

• Molreeta Konnektado:
1. Kiam vetrapido atingas enmetan valoron, turbo drivas generatoron al minimuma rapido.
2. Aktivigu konvertilon por egaligi statore volton al reto (amplitudo, fazo, frekvenco).
3. Aŭtomata sinkronigo je atingitaj reeta-konnektaj kondiĉoj.
• Maltrankviĝo: Graduale malŝargu al senlasta stato antaŭ maltrankviĝo. Devas operi en permesita rapidintervalo.

​4 Reeta Flanka Rektifikilo-Vektor-Kontrolo​
En du-faza sinkrona rotanta kadro (d-akso alineita kun fazo-A volto), la PWM rektifikilo-modelo estas:
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​

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

​Kontrollogiko:​​

• Konstanta reeta volto → Regulu idi_did​ por aktivpotenco; iqi_qiq​ por reaktivpotenco.
• Kontrolekvacioj kun voltkompensado:
  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​

​5 Eksperimentaj Rezultoj​
​Ĉefaj Verifikoj:​​

• Fidinda molreeta konnektado en larĝa rapidintervalo;
• Sendependa potencfaktoro-regulado (statore/rete flanko ambaŭ atingas unuecon);
• Duafluka potenteca fluo kapablo de AC/DC/AC konvertilo respondas al generaj postuloj.

​6 Konkludo​
Ĉi tiu studo disvolvas duoblig-DSP-bazitan tensorgenerantan AC/DC/AC duoblige-fedan vendenergi-sistemon. Kombinita kun reeta-flanka tensoregulita kaj rotorflanka statore-fluo-orientita vektor-kontrolo, eksperimentoj demontras:

1. La sistemo atingas duaflukan potenĉuron kaj sendependan eniga/eliga potencfaktoro-regulon;
2. Malalta harmonia kaj alta potencfaktoro certigas potentecan kvaliton;
3. Molreeta konnektado/maltrankviĝo reduktas mekanikan/elektran streĉon;
4. Aplikebleco al megavatara grandscala vendenergia instalado.