Akwụkwọ na mmeri nke Freqwensị Kọnvẹta maka Turbin Wọndu na Nsogbu Nke Mgbalị Nke Ọnọdụ Freqwensị
1 Introduksioni
Energia e vetit është një burim i rishikur i energjisë me potencial zhvillimor të thellë. Në vitet e fundit, teknologjia e energjisë eolike ka marrë vesh shumë interes nga akademikët në nivel botëror. Si një drejtim kryesor për zhvillimin e energjisë eolike, teknologjia e shpejtësisë ndryshuese dhe frekuencës së përhershme (VSCF) përdor sistemën eolike dyfishë si zgjidhje optimale. Në këtë sistem, bobinat statorore lidhen direkte me rrjetin, ndërsa kontrolli VSCF realizohet duke regulluar frekuencën, amplituden, fazën dhe vargut faza të furnizimit të energjisë në bobinat rotorore. Për shkak se konverteri transmeton vetëm fuqinë e lëvizjes, kapaciteti i tij mund të ulhet në mënyrë thellë.
Actualisht, sistemet eolike dyfishë përdorin në mënyrë kryesore konvertere AC/AC ose AC/DC/AC. Konverterët AC/AC janë zëvendësuar në mënyrë të plotë nga konverterët e burimit tensioni AC/DC/AC për shkak të harmonikave të larta të prodhuara, faktorit të pakëndshëm të fuqisë së hyrjes dhe numrit të madh të pajisjeve elektronike. Megjithëse janë hulumtuar edhe konverterët matricë për sisteme dyfishë, struktura e tyre komplekse, kërkesat e larta për tensionin dhe kontrolli i jo-dekopland i hyrjes/daljes kanë limituar përdorimin e tyre në aplikacionet e energjisë eolike.
Ky studim zhvillon një sistem eolik dyfishë me burim tensioni AC/DC/AC të kontrolluar nga dy DSP. Konverteri anës rrjeti përdor kontroll vektorial orientuar-në-tension, ndërsa konverteri anës rotor përdor kontroll vektorial orientuar-në-flux stator. Eksperimentet konfirmon se sistemi mbështet fluxin e dydrejtingerë të energjisë, regulimin e pavarur të faktorit të fuqisë së hyrjes/daljes, distorzimin e ulët të harmonikave, funksionimin të qëndrueshëm në gama të gjerë, dhe prodhimin e cilësisë së lartë të energjisë nga burime të paqëndrueshme si veti.
2 Konfigurimi i Sistemit
Siç tregohet në Figurën 1, sistemi përbëhet nga pesë pjesë:
- Gjeneratori dyfish (gjenerator induktiv me rotor bobitur)
- Konverteri AC/DC/AC bidirekshëm me burim tensioni (konverteri tri-fazë rectifier/inverter back-to-back duke përdorur modulat IPM)
- Kontrolluesi dy-DSP (DSP me pikë fikse TMS320LF2407A + DSP me pikë fluturuese TMS320VC33)
- Pajisja e mbrojtjes së lidhjes me rrjetin (kontaktoret rotor/stator)
- Turbina eoliqe virtuale e shpejtësisë ndryshuese (motor DC + sistemi i SIEMENS SIVOREG për kontrollin e shpejtësisë me tiristorë)
Detaje Kryesore
- Lidhja e konverterit: Anës rrjeti përmes induktorëve tri-fazë; anës rotor përmes slip rings/brushes te bobinat rotorore të generatorit.
- Rollet e dy-DSP: LF2407A menaxhon shërbimin e të dhënave, prodhimin e PWM, dhe signale të rrjetit; VC33 ekzekutron algoritmet kryesore; RAM dyportash lejon ndarjen e të dhënave në kohë reale; CPLD proceson dekodimin e adresave.
- Mbrojtja e rrjetit: Në rast të dështimesh, shkëputni kontaktorin stator dhe bllokoni PWM së pari; pastaj, hapni kontaktorin rotor pas një vonesë.
3 Kontrolli Vektorial për Gjeneratorin Dyfish
3.1 Principeve të Kontrollit
Në rrafshin e rotacionit sinkron (d-axis i lidhur me fluxin stator), modeli i gjeneratorit dyfish është:
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
Ekuacionet e fluxit:
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
Ekuacioni i momentit:
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
Strategjia e kontrollit:
- Fluxi general i përgjithshëm i statorit imsi_{ms}ims → Momenti elektromagnetik Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te∝irq
- Për faktor të fuqisë një, kurri i nxitjes plotësisht furnizohet nga rotor (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims=ird)
- Pas kompensimit të dekopland, reguloni urdu_{rd}urd dhe urqu_{rq}urq për të kontrolluar fluxin dhe momentin e rotorit, respektivisht.
3.2 Kontrolli i Rrjetit
- Lidhja e butë me rrjetin:
- Kur shpejtësia e vetit arrin në vlerën e prezentimit, turbinja drejon gjeneratorin në shpejtësinë minimale.
- Aktivizoni konverterin për të përputuar tensionin stator me rrjetin (amplitudën, fazën, frekuencën).
- Sinkronizimi automatik kur kushtet e lidhjes me rrjetin janë të plota.
- Shkëputja: Zhvendosni në gjendje pa terheqje përpara se ta shkëputni. Duhet të funksiononi brenda rangut të lejuar të shpejtësisë.
4 Kontrolli Vektorial i Rektifikatorit anës Rrjeti
Në rrafshin e rotacionit sinkron dyfazë (d-axis i lidhur me tensionin e fazës A), modeli i rektifikatorit PWM është:
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
Ekuacionet e fuqisë:
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=udid,Q=udiq
Logjika e kontrollit:
- Tensioni i rrjetit i përhershëm → Reguloni idi_did për të kontrolluar fuqinë aktive; iqi_qiq për fuqinë reaktivë.
- Ekuacionet e kontrollit me kompensim tensioni:
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 Rezultate eksperimentale
Verifikimet kryesore:
- Lidhje e butë me rrjetin në mënyrë të sigurt në gama të gjerë të shpejtësisë;
- Regulimi i pavarur i faktorit të fuqisë (anës stator/rrjeti të arrijnë në një);
- Kapabiliteti i fluxit dydrejtingerë të konverterit AC/DC/AC plotëson kërkesat e prodhimit.
6 Përfundimi
Kjo studim zhvillon një sistem eolik dyfish me burim tensioni AC/DC/AC të bazuar në dy-DSP. Kombinuar me kontroll vektorial orientuar-në-tension anës rrjeti dhe kontroll vektorial orientuar-në-flux stator anës rotor, eksperimentet tregojnë:
- Sistemi arrin fluxin e dydrejtingerë dhe regulimin e pavarur të faktorit të fuqisë së hyrjes/daljes;
- Distorzimi i ulët i harmonikave dhe faktori i lartë i fuqisë sigurojnë cilësinë e energjisë;
- Lidhja e butë/dishkëputja e rrjetit reducojnë strehin mekanik/elktrik;
- Aplikueshmëria në instalime të mëdha të energjisë eolike në klasën e megavatash.
