Rannsókn á upphetsunarfrekvensbreytara fyrir breytan hraða fast frekvens vindkraftavélar
1 Inngangur
Vindorka er endurmótandi orkuráð sem hefur stórt þróunarmagn. Í nýlegum árum hefur vindorkutekni fengið mikil athygli frá vísindamönnum um allan heim. Sem aðalátvís í þróun vindorku, notast breytistofna fastfrekni (VSCF) teknin við tvímeðfedda vindorkukerfi sem bestu lausn. Í þessu kerfi tengjast stöðugufjölgarnir beint við rafmagnarkerfið, en VSCF-stýring er náð með stjórnun frekunnar, styrks, hliðstæðu og hliðstæðuröðunar rafmagns til rofsvifsins. Þar sem umskiftarið sendir aðeins sleppisrafmagn, getur verið mun minnst.
Núverandi tvímeðfedd vindorkukerfi nota áttundarlega AC/AC eða AC/DC/AC umskiftara. AC/AC umskiftara hafa mest verið skipt út fyrir spennuskil-AC/DC/AC umskiftara vegna hára útflutningsharmonika, lágs innflutningsrafmagnsflokks og of margra rafmagnsvéla. Þrátt fyrir að fylki umskiftara hafi verið prófað fyrir tvímeðfedd kerfi, takmarka sérstök eiginleik þeirra eins og flóknar bygging, há spennutólfræði og óauðlinda inntak/útflutningarkontroll stöðu þeirra í vindorkuviðmóti.
Þetta rannsókn höfnar spennuskil-AC/DC/AC tvímeðfedd vindorkukerfi stýrt af tvöföldu DSP. Umskiftarinn á stöðuguhliðinum notar spennaáttastýringu, en rofsíðanotar stöðugureikningsstýringu. Rannsóknir staðfestu að kerfið styður tveggjaáttar rafmagnsflæði, óháðan stýringu á inntaks/útflutningsrafmagnsflokki, lágt harmonikaviðbrot, örugga víða virkni og gott rafmagnsgjöf af óöruggum orkuráðum eins og vindur.
2 Kerfisskipulag
Svo fram kemur í Mynd 1, kerfið samanstendur af fimm hlutum:
- Tvímeðfeddur myndara (bandaður rofsíðumyndara)
- Spennuskil-AC/DC/AC tveggjaáttar PWM umskiftari (back-to-back þriggjafásar réttfram/snarvirka með IPM einingum)
- TVÖ-DSP stýrikerfi (fastpunktur DSP TMS320LF2407A + flytispunktur DSP TMS320VC33)
- Rafmagnskerfisverndareining (rofs/stöðugur kontaktrar)
- Lítilmyndaður breytistofna vindmylla (DC motor + SIEMENS SIVOREG thyristor hraðastýringarkerfi)
Kynnisferðaratriði
- Umskiftaratenging: Stöðuguhliðin gegnum þriggjafásar induktora; rofsíðan gegnum glit/skúr til rofsíðumyndara.
- TVÖ-DSP hlutverk: LF2407A svarar fyrir gögnasviðskipti, PWM framleiðslu og rafmagnssignals; VC33 keyrir kjarna reiknirit; tvíhlutar RAM leyfir rauntíma gögnadeilingu; CPLD fer með vistfangslestri.
- Rafmagnskerfisvernd: Við villur, koppla af stöðugur kontaktrar og lokar PWM fyrst; biður síðan yfir á að opna rofsíðukontakt.
3 Reikningsstýring fyrir tvímeðfedda myndara
3.1 Stýringarákvæði
Í samhliða snúningshrám (d-ás samhliða stöðugureikning), tvímeðfeddu myndara líkan er:
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
Reikningsjöfnur:
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
Momentjafna:
Te=−npLmimsirqLs{T_e = -\frac{n_p L_m i_{ms} i_{rq}}{L_s}}Te=−LsnpLmimsirq
Eftir að hafa sleppt spennuvalsfalli stöðugu, stöðugurreikningur uppfyllir:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0
Stýringsstrategía:
- Fast stöðugur almenn reikningsströkur imsi_{ms}ims → Elektrisk moment Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te∝irq
- Fyrir einnig rafmagnsflokk, fullkominn reikningsströkur úr rofsíðu (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims=ird)
- Eftir framanreiknings auðlindar, stýra urdu_{rd}urd og urqu_{rq}urq til að stýra rofsíðureikning og moment, á sama tíma.
3.2 Rafmagnskerfisstýring
- Mjúk tenging við rafmagnskerfi:
- Þegar vindhraði náir við skurðgildi, drifur mylla myndara í lægsta hraða.
- Virkja umskiftara til að passa stöðuguspennu við rafmagnskerfi (styrk, hliðstæða, frekni).
- Sjálfsameining við að uppfylla tengingarbetingi.
- Aftenging: Minnka stillingu á óþrýsta stöðu áður en aftenging. Skal vera í leyfðu hraðabili.
4 Spennuskil-réttframstýring fyrir stöðuguhlið
Í tveggjafásar samhliða snúningshrám (d-ás samhliða A-fásar spennu), PWM réttframstillandi líkan er:
ud=Ldidddt+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−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
Rafmagnsjöfnur:
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=udid,Q=udiq
Stýringarrök:
- Fast rafmagnskerfisspenna → Stýra idi_did til að stýra virkt rafmagn; iqi_qiq fyrir óvirk rafmagn.
- Stýringarjöfnur með spennuauðlindar:
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 Rannsóknarútkomur
Keyrsla átti við:
- Örugg mjúk tenging við rafmagnskerfi yfir víða hraðabil;
- Óháð stýring á rafmagnsflokki (stöðuguhlið/rafmagnskerfi bæði ná einnig);
- Tveggjaáttar rafmagnsflæði AC/DC/AC umskiftara uppfyllir framleiðslubundi.
6 Ályktun
Þetta rannsókn höfnar tvímeðfedd vindorkukerfi byggt á tvöföldu DSP. Saman með stöðuguspennaáttastýring á stöðuguhlið og stöðugurreikningsstýring á rofsíðu, rannsóknir sýna:
- Kerfið náir tveggjaáttar rafmagnsflæði og óháð stýring á inntaks/útflutningsrafmagnsflokki;
- Lágt harmonikaviðbrot og há rafmagnsflokksfjöldi tryggja rafmagnsgæði;
- Mjúk tenging/aftenging minnka verkfræðilega/rafmagnslega straum;
- Notkun á megawatt-stigi stóru vindorkuviðmóti.
