O'zgaruvchan tezlikdagi doimiy chastotali shamol turbinlari uchun vozbujdeniya chastota konverterini o'rganish

1 Kirish​
Shamol energiyasi - bu katta rivojlanish potentiale ega bo'lgan yangi energiya manbasi. O'xirgi yillarda shamol energiyasi texnologiyasi butun jahondagi ilimxonlar orasida keng ahamiyatga erishdi. Shamol energiyasi rivojlanishining asosiy yo'nalishi sifatida, o'zgaruvchan tezlikdagi doimiy chastotali (VSCF) texnologiya ikki tarmaqli shamol energiyasi tizimini optimallashtirish uchun ishlatiladi. Bu tizimda, generatorning stator spiral lari to'g'ridan-to'g'ri elektr tarmog'iga ulanadi, VSCF boshqaruv esa rotor spiral lari energiyasi chastotasi, amplitudasi, fazasi va fazalik tartibini boshqarish orqali amalga oshiriladi. Konverter faqat skol'ziyatsiya energiyasini uzatadi, shuning uchun uning quvvati o'zroq kamaytirilishi mumkin.

Hozirgi paytda, ikki tarmaqli shamol energiyasi tizimlari asosan AC/AC yoki AC/DC/AC konverterlardan foydalanadi. AC/AC konverterlari ularning yuqori chiquvchi garmoniklari, past kirish quvvat faktori va ko'p energiya qurilmalari sababli voltaj manbalidagi AC/DC/AC konverterlarga o'rnini berdi. Ikki tarmaqli tizimlar uchun matritsa konverterlari ham o'rganildi, lekin ularning murakkab tuzilishi, yuqori voltaj talabi va dekuplyatsiya qilingmagan kirish/chiquvchi boshqaruv ularni shamol energiyasi tarmoqlarida ishlatishni cheklab turadi.

Bu tadqiqot ikki DSP-ni boshqaradigan voltaj manbalidagi AC/DC/AC ikki tarmaqli shamol energiyasi tizimini ishlab chiqaradi. Tarmoq tomonga konverteri voltaj yo'naltirilgan vektor boshqaruvni, rotor tomonga konverteri esa stator flux yo'naltirilgan vektor boshqaruvni ishlatadi. Tadbirlar tizimning ikki tarafli energiya oqimi, mustaqil kirish/chiquvchi quvvat faktorini boshqarish, past garmonik inhosilash, barqaror keng tezlik diapazoni ishlashi va shamol kabi o'zgaruvchan energiya manbalardan yaxshi sifatdagi energiya ishlab chiqarishini ta'minlaydini tasdiqlaydi.

​2 Tizim tuzilishi​
Rasm 1-qa ko'ra, tizim quyidagi besh qismdan iborat:

• Ikkita tarmaqli generator (spiral ro'yxatli induksiya generatori)
• Voltaj manbalidagi AC/DC/AC ikki tarafli PWM konverter (IPM modullaridan foydalanadigan orqa-orqa uch fazadan tortish/bo'shatish qurilmasi)
• Dual-DSP boshqaruvchi (fixlangan nuqtali DSP TMS320LF2407A + suzuvchi nuqtali DSP TMS320VC33)
• Tarmoqga ulash himoyasi qurilmasi (rotor/stator kontaktorlari)
• Virtual o'zgaruvchan tezlikdagi shamol turbinasi (GZD motor + SIEMENS SIVOREG tiristorni tezlikni boshqarish tizimi)

​Asosiy tafsilotlar​

• Konverter ulanishi: Tarmoq tomonga uch fazadan induktorlar orqali; rotor tomonga esa slip ring/brush lar orqali generator rotor spiral lariga.
• Dual-DSP vazifalari: LF2407A ma'lumot almashishini, PWM generatsiyasini va tarmoq signallarini boshqaradi; VC33 asosiy algoritmlarni bajaradi; ikki portli RAM haqiqiy vaqt ma'lumot almashishini ta'minlaydi; CPLD manzil dekodlashini bajaradi.
• Tarmoq himoyasi: Xato paytida, birinchi stator kontaktorisini ajratib, PWM ni bloklaydi; so'ngra rotor kontaktorisini ochishga vaqt beradi.

​3 Ikkita tarmaqli generator uchun vektor boshqaruv​
​3.1 Boshqaruv printsiplari​
Sinxron aylanish kadrdagi (d-quti stator flux bilan mos keladi), ikki tarmaqli generator modeli:
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​

​Flux tenglamalari:​​
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​

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

Stator quvvat zanjiri qisman eshitmayotgan holda, stator flux quyidagicha qanoatlantiradi:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd​≈usq​/ωs​,ψsq​≈0

​Boshqaruv strategiyasi:​​

• Doimiy stator umumlashtirilgan excitation current imsi_{ms}ims​ → Elektromagnit torque Te∝irqT_e \propto i_{rq}Te​∝irq​
• Birlik quvvat faktori uchun, excitation current to'liq rotor tomonidan ta'minlanadi (ims=irdi_{ms} = i_{rd}ims​=ird​)
• Oldindan decoupling kompensatsiyadan keyin, urdu_{rd}urd​ va urqu_{rq}urq​ ni boshqarish orqali rotor flux va torque ni boshqarish.

​3.2 Tarmoq boshqaruv​

• Yengil tarmoq ulanishi:
1. Shamol tezligi kirish qiymatiga yetkazganda, turbin generatorni eng past tezlikka olib boradi.
2. Konverterni yoqish orqali stator voltajini tarmoqga moslashtiring (amplituda, fazasi, chastotasi).
3. Tarmoq ulanish shartlari qanoatlantirilganda avtomatik sinxronlash.
• Ajratish: Ajratish oldidan beqar hollarga qadar yukni kamaytirish. Izinket etilgan tezlik diapazonida ishlash zarur.

​4 Tarmoq tomonga ulangan PWM rectifier vektor boshqaruv​
Ikki fazada sinxron aylanish kadrdagi (d-quti fazalar A voltajiga mos keladi), PWM rectifier modeli:
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​−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(sdid+sqiq)−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​

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

​Boshqaruv logikasi:​​

• Doimiy tarmoq voltaji → Aktiv quvvatni boshqarish uchun idi_did​ ni boshqaring; reaktiv quvvat uchun iqi_qiq​ ni boshqaring.
• Voltaj kompensatsiyasi bilan boshqaruv tenglamalari:
  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 Tadbir natijalari​
​Asosiy tekshiruvlar:​​

• Keng tezlik diapazonida ishonchli yengil tarmoq ulanishi;
• Mustaqil quvvat faktorini boshqarish (stator/tarmoq tomonalari ham birlikka erishadi);
• AC/DC/AC konverterning ikki tarafli energiya oqimi quvvati ishlab chiqarish talablarni qanoatlantiradi.

​6 Xulosa​
Bu tadqiqot ikki DSP-ni boshqaradigan voltaj manbalidagi AC/DC/AC ikki tarmaqli shamol energiyasi tizimini ishlab chiqaradi. Tarmoq tomonga voltaj yo'naltirilgan va rotor tomonga stator flux yo'naltirilgan vektor boshqaruv bilan, tadbirlar quyidagilarni tasdiqlaydi:

1. Tizim ikki tarafli energiya oqimi va mustaqil kirish/chiquvchi quvvat faktorini boshqarishni ta'minlaydi;
2. Past garmoniklar va yuqori quvvat faktori energiya sifatini ta'minlaydi;
3. Yengil tarmoq ulanishi/ajratishi mekanik/elektr stressni kamaytiradi;
4. Megavatt dasturli katta shamol energiyasi tarmoqlariga qo'llanilishi mumkin.