Staidéar ar Athrúfreabhaire Foréigean do Iarmhairtí Gaoithe Sraithe Cumhachtach Feadsúil
1 Iontróid
Is acmhainn físeáil í an t-éan éadaí le forbairt suntasach. I dtosach na mbliana, d'fhuarthas aird shuntasach ar theicneolaíocht éan éadaí ó scoláirí ar fud an domhain. Mar chuid thábhachtach den fhorbairt éan éadaí, úsáideann teicneolaíocht luascadh seasta-freagairt (VSCF) córas éan éadaí dhobailte mar réiteach bhunaithe. Sa chóras seo, ceanglaíonn snáitheanna státar an ghineadóra go díreach leis an ngréasán, agus éiríonn rialú VSCF trí chothú ar an fréamhais, meastacht, fás, agus ordú fás an phoiblíochta atá á soláthar do shnáitheanna an rothara. Ó tá an comhshórtáil ag tabhairt amach ach cumas slis, is féidir a chumas a laghdú go mór.
Go hiondúil, úsáideann córais éan éadaí dhobailte comhshórtáil AC/AC nó AC/DC/AC. Tá comhshórtáil AC/AC tar éis a bheith ina áit aige de bharr a chumhacht harmonics ard, a chomhchime uaireanta íseal, agus a chuid uirlisí cumhachta ollmhóra. Cé gur scrúdaíodh comhshórtáil matríochta do chórais dobailte, tá a struchtúr casta, a choincheap buailteachta voltaí ard, agus a rialú isteach/amach nach bhfuil decoupled ag teorainn a úsáid i gcúrsaí éan éadaí.
Bhí forbairt a déanamh sa staidéar seo ar chóras éan éadaí dhobailte AC/DC/AC bunaithe ar fhórsa voltáil rialaithe ag DSP de dhá chuid. Úsáideann an comhshórtáil greasán-voltáil vector control, agus úsáideann an comhshórtáil rothara vector control státar-flux. Dheimhníonn tionscadail go díríonn an córas ar sreabhadh cumhachta dá-theas, rialú neamhspleách ar chomhchime isteach/amach, harmonics íseal, obair raon leathan stiúrtha, agus giniúint cumhachta airde ó fhórsaí neamhshocraithe cosúil le gaoth.
2 Cúram Córais
Mar a léirítear in iomlán 1, cuirtear an córas ar a chéile as cúig chuid:
- Gineadóir dobailte (gineadóir idirghníomhaíoch rothara)
- Comhshórtáil AC/DC/AC bidirectional PWM bunaithe ar fhórsa voltáil (comhshórtáil/inverter trí-phás orthu IPM modules)
- Rialóir DSP dhá-chuid (DSP pinn reatha TMS320LF2407A + DSP pinn eitice TMS320VC33)
- Díoghaireacht cónspóide greasán (contactor rothara/státar)
- Turbín gaoithe inmharfach (motóir DC + SIEMENS SIVOREG speed control system thyristor)
Príomh-eolais
- Ceangal an comhshórtáil: trí phás inductors ar an taobh greasáin; trí slip rings/brushes chuig snáitheanna rothara an ghineadóra.
- Ról DSP dhá-chuid: LF2407A ag déileáil le comhroinnt sonraí, gníomhú PWM, agus samplaí greasáin; VC33 ag rith algoritmi príomha; dual-port RAM ag cnuasaigh sonraí in ama réala; CPLD ag proiseáil decodeáil adrese.
- Díoghaireacht greasán: nuair a tharlaíonn deifect, scarfaí contacter státar agus blocaí PWM ar dtús; fuinneamh sular oscailte contacter rothara.
3 Rialú Vector do Gineadóir Dobailte
3.1 Príomhbhunús Rialú
Sa ráma rothu cothrom (d-axis aligned with stator flux), is é an model do gineadóir dobailte:
usd=Rsisd+dψsddt-ωsψsq{u_{sd} = R_s i_{sd} + \frac{d\psi_{sd}}{dt} - \omega_s \psi_{sq}}usd=Rsisd+dtdψsd-ωsψsq
usq=Rsisq+dψsqdt+ωsψsd{u_{sq} = R_s i_{sq} + \frac{d\psi_{sq}}{dt} + \omega_s \psi_{sd}}usq=Rsisq+dtdψsq+ωsψsd
urd=Rrird+dψrddt-ωslipψrq{u_{rd} = R_r i_{rd} + \frac{d\psi_{rd}}{dt} - \omega_{\text{slip}} \psi_{rq}}urd=Rrird+dtdψrd-ωslipψrq
urq=Rrirq+dψrqdt+ωslipψrd{u_{rq} = R_r i_{rq} + \frac{d\psi_{rq}}{dt} + \omega_{\text{slip}} \psi_{rd}}urq=Rrirq+dtdψrq+ωslipψrd
Cothromais:
ψsd=Lmims+Lsisd=Lmims{\psi_{sd} = L_m i_{ms} + L_s i_{sd} = L_m i_{ms}}ψsd=Lmims+Lsisd=Lmims
ψsq=-Lmirq{\psi_{sq} = -L_m i_{rq}}ψsq=-Lmirq
ψrd=Lrird+Lmisd{\psi_{rd} = L_r i_{rd} + L_m i_{sd}}ψrd=Lrird+Lmisd
ψrq=Lrirq+Lmisq{\psi_{rq} = L_r i_{rq} + L_m i_{sq}}ψrq=Lrirq+Lmisq
Cothromais torque:
Te=-npLmimsirqLs{T_e = -\frac{n_p L_m i_{ms} i_{rq}}{L_s}}Te=-LsnpLmimsirq
Neglecting stator resistance voltage drop, stator flux satisfies:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0
Straitéis rialú:
- Constant stator generalized excitation current imsi_{ms}ims → Electromagnetic torque Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te∝irq
- For unity power factor, excitation current fully supplied by rotor (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims=ird)
- After feedforward decoupling compensation, regulate urdu_{rd}urd and urqu_{rq}urq to control rotor flux and torque, respectively.
3.2 Rialú Greasán
- Soft Grid-Connection:
- When wind speed reaches cut-in value, turbine drives generator to minimum speed.
- Activate converter to match stator voltage to grid (amplitude, phase, frequency).
- Automatic synchronization upon meeting grid-connection conditions.
- Disconnection: Gradually unload to no-load state before disconnecting. Must operate within permitted speed range.
4 Rialú Vector Comhshórtáil Greasán
Sa ráma rothu cothrom dhá-phás (d-axis aligned with phase-A voltage), is é an model do comhshórtáil PWM:
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-ωsLiq+sdudc
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+ωsLid+squdc
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(sdid+sqiq)-iload
Cothromais cumhachta:
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=udid,Q=udiq
Lógic rialú:
- Constant grid voltage → Regulate idi_did to control active power; iqi_qiq for reactive power.
- Control equations with voltage compensation:
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-ωsLiq+ud
uq*=(R+Lddt)iq+ωsLid{u_q^* = (R + L\frac{d}{dt})i_q + \omega_s L i_d}uq*=(R+Ldtd)iq+ωsLid
5 Torthaí Tionscadail
Príomh-dheimhniú:
- Reliable soft grid-connection across a wide speed range;
- Independent power factor regulation (stator/grid side both reach unity);
- Bidirectional power flow capability of AC/DC/AC converter meets generation demands.
6 Conclúid
Bhí forbairt a déanamh sa staidéar seo ar chóras éan éadaí dhobailte AC/DC/AC bunaithe ar dhá-chuid DSP. Le comhshórtáil greasán-voltáil agus vector control státar-flux, léiríonn tionscadail:
- The system achieves bidirectional power flow and independent input/output power factor regulation;
- Low harmonics and high power factor ensure power quality;
- Soft grid-connection/disconnection reduces mechanical/electrical stress;
- Applicability to megawatt-class large-scale wind power installations.
