متغیر رفتار سے مسلب توان کنورٹر کے لیے تحقیق برائے متغیر رفتار مستقل تکان فریکوئنسی وینڈ ٹربینز
1 تعارف
پنھواں ایک نوآورانہ توانائی کا ذریعہ ہے جس میں قابل توجہ ترقی کا پوتینٹیل ہے۔ حوالہ سالوں میں پنھواں توانائی کی ٹیکنالوجی دنیا بھر کے ماہرین کی طرف سے وسیع توجہ حاصل کر چکی ہے۔ پنھواں توانائی کی ترقی کا ایک بنیادی رخ متغیر رفتار مستقل فریکوئنسی (VSCF) ٹیکنالوجی ہے جس میں ڈبلی فیڈ پنھواں نظام کو ایک مزید برتر حل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس نظام میں جنریٹر کے سٹیٹر وائنڈنگز کو ڈائریکٹلی گرڈ سے جوڑا جاتا ہے، جبکہ VSCF کنٹرول روتر وائنڈنگ پاور سپلائی کی فریکوئنسی، امپلی ٹیوڈ، فیز اور فیز سیکونس کو ریگولیٹ کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے۔ کونورٹر صرف سلپ پاور کو منتقل کرتا ہے، لہذا اس کی کیپیسٹی کو معاونت سے کم کیا جا سکتا ہے۔
ابتدائی طور پر ڈبلی فیڈ پنھواں نظام AC/AC یا AC/DC/AC کنورٹرز کا استعمال کرتے تھے۔ AC/AC کنورٹرز کی بہت زیادہ آؤٹ پٹ ہارمونکس، کم ان پٹ پاور فیکٹر اور زیادہ پاور ڈیوائسز کی وجہ سے وولٹیج سروس AC/DC/AC کنورٹرز کی طرف سے بدل دیے گئے ہیں۔ میٹرکس کنورٹرز کو ڈبلی فیڈ نظام کے لیے تحقیق کی گئی ہے، لیکن ان کی پیچیدہ ساخت، زیادہ ولٹیج تحمل کی ضرورت اور غیر منسلک ان پٹ/آؤٹ پٹ کنٹرول کی وجہ سے ان کا استعمال پنھواں توانائی کے اطلاقیات میں محدود ہے۔
اس مطالعے میں ڈوئل DSPs کے ذریعہ کنٹرول کردہ وولٹیج سروس AC/DC/AC ڈبلی فیڈ پنھواں نظام کو تیار کیا گیا ہے۔ گرڈ سائیڈ کنورٹر کو وولٹیج آرینٹڈ ویکٹر کنٹرول کا استعمال کرتا ہے، جبکہ روتر سائیڈ کنورٹر کو سٹیٹر فلکس آرینٹڈ ویکٹر کنٹرول کا استعمال کرتا ہے۔ تجربات کی تصدیق کرتے ہیں کہ نظام دونوں طرف سے پاور فلو کی حمایت کرتا ہے، مستقل ان پٹ/آؤٹ پٹ پاور فیکٹر کی ریگولیشن، کم ہارمونکس ڈسٹورشن، پایدار وسیع رینج کی آپریشن، اور پنھواں جیسے غیر مستحکم توانائی کے ذریعہ عالی معیار کی توانائی کی تولید کرتا ہے۔
2 نظام کی ترتیب
فگر 1 میں دکھایا گیا ہے، نظام پانچ حصوں پر مشتمل ہے:
- ڈبلی فیڈ جنریٹر (وائنڈنگ-روٹر انڈکشن جنریٹر)
- وولٹیج سروس AC/DC/AC دونوں طرف سے PWM کنورٹر (IPM ماڈیولز کے ساتھ بیک-ٹو-بیک تین فیز ریکٹیفائر/اینورٹر)
- ڈوئل-DSP کنٹرولر (فکسڈ پوائنٹ DSP TMS320LF2407A + فلٹنگ پوائنٹ DSP TMS320VC33)
- گرڈ کنکشن پروٹیکشن ڈیوائس (روٹر/سٹیٹر کنٹیکٹرز)
- ویچول ویریبل رفتار پنھواں ٹربائن (DC موتر + SIEMENS SIVOREG تھریسٹر سپیڈ کنٹرول سسٹم)
مہم تفصیلات
- کنورٹر کنکشن: گرڈ سائیڈ تین فیز انڈکٹرز کے ذریعے؛ روتر سائیڈ سلپ رنگز/برشز کے ذریعے جنریٹر روتر وائنڈنگز کے ساتھ۔
- ڈوئل-DSP کے کردار: LF2407A ڈیٹا ایکسچینج، PWM جنریشن، اور گرڈ سگنلز کو ہندسی؛ VC33 کور الگورتھمز کو اجرا کرتا ہے؛ ڈوئل پورٹ RAM ریل ٹائم ڈیٹا شیئرنگ کی اجازت دیتا ہے؛ CPLD آدرس ڈیکوڈنگ کو پروسیس کرتا ہے۔
- گرڈ پروٹیکشن: خرابی کے وقت، سٹیٹر کنٹیکٹر کو ڈسکنیکٹ کریں اور پہلے PWM کو بلاک کریں؛ روتر کنٹیکٹر کو کھولنے سے پہلے ڈیلے کریں۔
3 ڈبلی فیڈ جنریٹر کے لیے ویکٹر کنٹرول
3.1 کنٹرول کے اصول
سنکرون روتیٹنگ فریم میں (d-اکس سٹیٹر فلکس کے ساتھ مطابقت)، ڈبلی فیڈ جنریٹر کا ماڈل ہے:
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
فلکس کے مساوات:
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
ٹورک کا مساوات:
Te=−npLmimsirqLs{T_e = -\frac{n_p L_m i_{ms} i_{rq}}{L_s}}Te=−LsnpLmimsirq
سٹیٹر ریزسٹنس ولٹیج ڈراپ کو نظر انداز کرتے ہوئے، سٹیٹر فلکس کی تسکین کرتا ہے:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0
کنٹرول کا نقطہ نظر:
- مستقل سٹیٹر مجموعی ایکسائٹیشن کرنٹ imsi_{ms}ims → الیکٹرو میگنیٹک ٹورک Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te∝irq
- ایکائی پاور فیکٹر کے لیے، ایکسائٹیشن کرنٹ کو پورا روتر (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims=ird) سے فراہم کیا جاتا ہے۔
- فیڈفوروارڈ ڈی کوپلنگ کمپینسیشن کے بعد، urdu_{rd}urd اور urqu_{rq}urq کو ریگولیٹ کرتے ہوئے روتر فلکس اور ٹورک کو کنٹرول کیا جاتا ہے۔
3.2 گرڈ کنٹرول
- سمارٹ گرڈ کنکشن:
- جب ہواؤ کی رفتار کٹ-ان قدر تک پہنچتی ہے، تو ٹربائن جنریٹر کو کم سے کم رفتار تک چلاتا ہے۔
- کنورٹر کو فعال کریں تاکہ سٹیٹر ولٹیج کو گرڈ (امپلی ٹیوڈ، فیز، فریکوئنسی) کے مطابق کیا جا سکے۔
- گرڈ کنکشن کے شرائط کے موافقت پر خود کار سنکرونائزیشن۔
- ڈسکنیکٹ: ڈسکنیکٹ کرنے سے پہلے کھالی کی حالت تک کم کریں۔ متعینہ رفتار کے رینج کے اندر کام کرنا ضروری ہے۔
4 گرڈ سائیڈ ریکٹیفائر کا ویکٹر کنٹرول
دو فیز سنکرون روتیٹنگ فریم میں (d-اکس فیز-A ولٹیج کے ساتھ مطابقت)، PWM ریکٹیفائر کا ماڈل ہے:
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
پاور کے مساوات:
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=udid,Q=udiq
کنٹرول کا منطق:
- مستقل گرڈ ولٹیج → idi_did کو ریگولیٹ کر کر ایکٹیو پاور کو کنٹرول کریں؛ iqi_qiq کو ریاکٹیو پاور کے لیے۔
- ولٹیج کمپینسیشن کے ساتھ کنٹرول کے مساوات:
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 تجرباتی نتائج
مہم تصدیقات:
- وسیع رفتار کے رینج پر موثوق سمارٹ گرڈ کنکشن؛
- مستقل پاور فیکٹر کی ریگولیشن (سٹیٹر/گرڈ سائیڈ دونوں ایکائی تک پہنچتے ہیں)؛
- AC/DC/AC کنورٹر کی دونوں طرف سے پاور فلو کی قابلیت پیداوار کی ضرورتوں کو پورا کرتی ہے۔
6 نتیجہ
اس مطالعے میں ڈوئل-DSP مبنی وولٹیج سروس AC/DC/AC ڈبلی فیڈ پنھواں نظام کو تیار کیا گیا ہے۔ گرڈ سائیڈ وولٹیج آرینٹڈ اور روتر سائیڈ سٹیٹر فلکس آرینٹڈ ویکٹر کنٹرول کے ساتھ تجربات کی تصدیق کرتے ہیں:
- نظام دونوں طرف سے پاور فلو اور مستقل ان پٹ/آؤٹ پٹ پاور فیکٹر کی ریگولیشن حاصل کرتا ہے؛
- کم ہارمونکس اور زیادہ پاور فیکٹر پاور کی کیفیت کو یقینی بناتے ہیں؛
- سمارٹ گرڈ کنکشن/ڈسکنیکٹ مکینکل/الیکٹریکل سٹریس کو کم کرتا ہے؛
- میگا واٹ کلاس کے بڑے پیمانے پر پنھواں توانائی کے اطلاقیات کے لیے قابل اطلاق ہے۔
