Albistu Elikadura Maiztasuna Aldatzeeko Konbertsagailua Aldaketa Abiadura Erenazko Konstanteak dituzten Haize-Erreaktegietarako

1 Sarrera​
Harrizenergia erneagarri bat da, oso garapen-potentzial handia duena. Azken urteetan, harrizenergiaren teknologia munduko ikerlari guztien atentzioa lortu du. Harrizenergiaren garapenaren garrantzitsuen norabideetako bat da abiadura aldakorra eta maiztasuna konstantea (VSCF) teknologia, eta hainbat sistemen optimizatutako soluzioa da dorrira doitu gabeko harrizenergiaren sistema. Sistem honetan, generatzailearen statorren bornak zuzenean sartzen dira elektrizitate-sarean, eta VSCF kontrola rotor-ren bornen indar osagaiaren maiztasun, amplitud, fase eta fase-antolakuntza reguleratuz lortzen da. Kanpoitza-konbertsoreak bakarrik desplazamendu-indarra bidaltzen duelako, bere kapasitate askoz gehiago murriztu daiteke.

Oraingoan, dorrira doitu gabeko harrizenergiaren sistemetan, batez ere, AC/AC edo AC/DC/AC kanpoitza-konbertsoreak erabiltzen dira. AC/AC kanpoitza-konbertsoreek, emagenezko harmonikoak altuak, sarrera-indar faktorea baxua eta indar-osagai gehiegi dituztenez, tensio-itzurra duten AC/DC/AC kanpoitza-konbertsoreek ordezkatu dituzte. Matrize-konbertsoreak dorrira doitu gabeko sistemetan aipatu izan dira, baina egitura konplexua, tensio-ehunekotasu altua eta ez-deskonplatatuta dagoen sarrera/irteera kontrola limitatzen ditu harrizenergiaren aplikazioetan erabilera.

Ikerketa honek dual DSP-en kontrolatzen duen tensio-itzurra duten AC/DC/AC dorrira doitu gabeko harrizenergiaren sistema garatu du. Sarea-aldizko kanpoitza-konbertsoreak tensio-orientatutako bektore kontrola hartzen du, eta rotor-aldizko kanpoitza-konbertsoreak stator-fluxu orientatutako bektore kontrola. Esperimentuak frogatzen dute sistemak bidirektiboki indar fluxua onartzen duela, sarrera/irteera indar faktorearen autonomia, harmoniko distorsio baxua, eraso-maila luze eta estabilitate handiko lanbide-irtenbidea eta kalitate ondoren indar osagai inestu batzuekin, harrizenergiaren kasuan bezala.

​2 Sistemaren Konfigurazioa​
Irudi 1ean ikus daiteke, sistema hau osatzen dute 5 atal:

• Dorrira doitu gabeko generatzailea (indarki induziotik sortutako rotor)
• Tensio-itzurra duten AC/DC/AC bidirektiboko PWM kanpoitza-konbertsorea (IPM moduluak erabiliz eginiko tres-faseko retifikadorea/inbertsumoa)
• Dual-DSP kontrolagailua (puntu finko DSP TMS320LF2407A + puntu floating DSP TMS320VC33)
• Sarea lotzeko babes gailua (rotor/stator kontaktoreak)
• Birtualki abiadura aldaezina duen harrizgilea (DC motor + SIEMENS SIVOREG tiristor-indar kontrol sistema)

​Punturen Xehetasun Nagusiak​

• Konbertsoreen elkarketa: Sarea-aldizko kanpoitza-konbertsoreak tres-faseko induktorren bidez; rotor-aldizko kanpoitza-konbertsoreak slip-ring/brush-en bidez generatzailearen rotor-bornetara.
• Dual-DSP-en rolak: LF2407A datu-bidalketa, PWM sortzailea eta sarea senialak kudeatzen ditu; VC33 nukleoko algoritmoak exekutatzen ditu; bi-porta RAM erreal-tan datu elkarbanaketarako; CPLD helbide deskodifikatzeko.
• Sarea babesa: Akats bat gertatzen denean, lehenengo stator kontaktorea kendu eta PWM blokeatu; gero, rotor kontaktorea irekitu.

​3 Dorrira Doitu Gabeko Generatzailearen Bektore Kontrola​
​3.1 Kontrolaren Oinarrizko Printzipioak​
Sinkronizatutako biraka (d-ardatza stator fluxuarekin bat datorrela), dorrira doitu gabeko generatzailearen eredu hau da:
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​

​Fluxu ekuazioak:​​
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​

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

Stator indar osagaien gorabehera baztertuta, stator fluxua betetzen du:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd​≈usq​/ωs​,ψsq​≈0

​Kontrol estrategia:​​

• Stator generalizatutako indar osagai konstantea imsi_{ms}ims​ → Eletromagnetikoa momentua Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te​∝irq​
• Indar faktore unitarioa, indar osagai osoa rotorrek eman (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims​=ird​)
• Aurrekontu deskonplaktuaren ondoren, urdu_{rd}urd​ eta urqu_{rq}urq​ kudeatzen dira, hurrenez hurren, rotor fluxua eta momentua kontrolatzeko.

​3.2 Sarea Kontrola​

• Soila Sarea Elkarketa:
1. Harriz-abiadura sartu-balioa iritsi denean, turbina generatzailea abiadura minimoa ematen dio.
2. Konbertsorea aktibatu stator tenperatura elektrizitate-sarearekin bat egiten du (amplitude, fase, maiztasuna).
3. Elektrizitate-sarearen elkarketa baldintzetan automatikoki sinkronizatzen da.
• Deselkarketa: Gradualki kargatugabetasuna eskuratzen da elkarketa aurretik. Ezinbestekoa da baimendutako abiadura tartean funtzionatzea.

​4 Sarea-aldizko Retifikadorearen Bektore Kontrola​
Bi faseko sinkronizatutako biraka (d-ardatza fase-A tenperaturarekin bat datorrela), PWM retifikadorearen eredu hau da:
ud=Ldiddt+Rid−ωsLiq+sduc{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(sdidiq)−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​

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

​Kontrol logika:​​

• Sarea tenperatura konstantea → id_i_did​ kontrolatzen du indar aktiboa; iqi_qiq​ indar pasiba.
• Tensio kompentsazioa duen kontrol ekuazioak:
  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 Esperimentu Emaitzak​
​Nagusien Balioztatzeak:​​

• Abiadura maila askotan soilagarria sarea elkarketa;
• Autonomia indar faktorearen regulazioa (stator/sarea aldetik unitarioa);
• AC/DC/AC kanpoitza-konbertsorearen bidirektiboko indar fluxua produktu beharreko eskaerak betetzen ditu.

​6 Iraultza​
Ikerketa honek dual DSP-en oinarritutako tensio-itzurra duten AC/DC/AC dorrira doitu gabeko harrizenergiaren sistema garatu du. Sarea-aldizko tensio-orientatutako eta rotor-aldizko stator-fluxu orientatutako bektore kontrola batera, esperimentuak frogatzen dute:

1. Sistema bidirektiboki indar fluxua lortzen du eta sarrera/irteera indar faktorearen autonomia;
2. Harmoniko baxua eta indar faktore altua indar-osagaiaren kalitatea bermatzen du;
3. Soila sarea elkarketa/deselkarketa mekanikoki eta elektrikoki stress-a murrizten du;
4. Megawatt mailako handi-eskalako harrizenergiaren instalazioetara aplikagarria.