متلب سایت MatlabSite.com

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "متلب سایت MatlabSite.com"

Ξάνθιππος Αγγελοπούλου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

11-F-REN-1712 بررسي اثر مبدلهاي ماتريسي در كاهش اثر نوسانات باد در توربينهاي بادي مغناطيس داي م چكيده علي رضا ناطقي دانشكده برق و كامپيوتر - دانشگاه شهيد بهشتي حسين كاظمي كارگر دانشكده برق و كامپيوتر

1 11-F-REN-1712 بررسي اثر مبدلهاي ماتريسي در كاهش اثر نوسانات باد در توربينهاي بادي مغناطيس داي م چكيده علي رضا ناطقي دانشكده برق و كامپيوتر - دانشگاه شهيد بهشتي حسين كاظمي كارگر دانشكده برق و كامپيوتر - دانشگاه شهيد بهشتي واژههاي كليدي: توربين بادي - ژنراتور سنكرون مغناطيس داي م نوسانات باد - ماتريس كانورتر انرژي نهفته شده در باد به علت تغييرات سرعت و جهت آن از كيفيت پاي يني بر خوردار است. فاكتورهاي زيادي بر روي رفتار باد تاثير ميگذارند لذا تغيير الگوي رفتاري سرعت و جهت باد به عنوان يك منبع انرژي متغير منجر به نوسانات توان ورودي توربين و تاثير بر عمكرد آن ميشود. اين تحقيق بر روي توربين بادي مدل درجه هفت با ظرفيت 660kW و ولتاژ 690 ولت با ژنراتور سنكرون مغناطيس داي م صورت گرفته است به نحوي كه ابتدا اثر نوسانات سرعت باد بر روي ولتاژ توربين بررسي شده و سپس براي كاهش نوسانات فوق و بهبود عملكرد توربين يك مبدل ماتريسي كنترل شده استفاده ميشود. در اين طرح جهت سنكرون كردن ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر با ولتاژ شبكه از ولتاژ شبكه نمونه برداري كرده و به عنوان ولتاژ مرجع به ماتريس كانورتر اعمال ميشود و سپس با مقايسه ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر و ولتاژ مرجع با يكديگر سيگنال خطا محاسبه شده و جهت تغيير در فرايند كليد زني و تصحيح خطا به كار گرفته مي- شود در انتها نتايج حاصل از شبيه سازي با نرم افزار Matlab مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. 1-1 مقدمه : امروزه به علت كاهش منابع انرژي و آلودگي ناشي از سوختهاي فسيلي استفاده از انرژي باد در توربينهاي بادي به عنوان يك منبع انرژي پاك و ارزان در بسياري از نقاط جهان مورد توجه قرار گرفته است. در توربينهاي بادي توان مكانيكي پرهها به طور مستقيم و يا توسط گيربكس به روتور مولد منتقل ميشود و انرژي توليد شده در اغلب موارد به شبكه توزيع برق انتقال داده ميشود درنتيجه كيفيت توان توليد شده از اهميت بالاي ي برخوردار است. يكي از فاكتورهاي تاثير گذار بر كيفيت توان توليد شده دامنه ولتاژ ژنراتور ميباشد[ 2-1]. از آنجا كه انرژي نهفته شده در باد به علت تغييرات سرعت و جهت آن از كيفيت پاي يني برخوردار است نوسانات آن منجر به تغييرات دامنه ولتاژ خروجي توربين ميگردد در اين راستا تحقيقات گستردهاي تا به حال صورت گرفته و راهكارهاي مختلفي براي بهبود كيفيت ولتاژ خروجي توربين اراي ه شده است يكي از اين روشها استفاده از مبدلهاي Back to Back ميباشد. در اين مولد ولتاژ متناوب توربين توسط يك مبدل به ولتاژ ثابت تبديل شده و سپس توسط يك اينورتر ولتاژي متناسب با ولتاژ شبكه توليد ميشود [4] روش

2 ديگر نمونه برداري از سرعت باد و تغيير زاويه پره ها متناسب با تغييرات سرعت باد است پاسخ اين روش كند و زمانبر ميباشد در ضمن با گذشت زمان فرسايش مكانيكي قطعات را نيز به همراه خواهد داشت[ 5 ] و در يك سري از مقالات افزايش ممان اينرسي شفت توربين براي كاهش اثر نوسانات آني باد پيشنهاد شده است[ 6 ]. در اين تحقيق با طراحي پياده سازي و كنترل يك مبدل ماتريسي عملكرد اين مبدل در الگويهاي مختلف تغييرات باد جهت تثبيت ولتاژ خروجي يك مولد مغناطيس داي م مورد بررسي قرار گرفته شده است. 2- بيان مسي له انرژي نهفته شده در باد به علت تغييرات سرعت و جهت آن از كيفيت پاي يني برخوردار است. تغييرات سرعت باد منجر به تغيير سرعت دوران پره هاي توربين و پيرو آن سرعت چرخش ژنراتور و نوسانات دامنه ولتاژ و فركانس توليد شده ميشود. فاكتورهاي زيادي بر روي رفتار باد تاثيرگذار هستند لذا بررسي آماري تغييرات سرعت باد در هر منطقه و تعيين الگوي رفتاري سرعت و جهت باد براي مدل سازي دقيقتر آن به عنوان يك منبع انرژي متغير براي محاسبه توان خروجي توربين ضروري است. در شكل (1) نمونه برداري سرعت باد در بازههاي زماني معين و نمودار متناسب با آن نشان داده شده است. در اين حالت سرعت متوسط باد محاسبه شده و نوسانات آن با مجموعهاي از هارمونيكها بارنج فركانسي 0/1 تا 10 هرتز مدل ميشوند. 1 sin (1) رابطه زير نيز براي مدل نمودن تابع تغييرات باد و توان مكانيكي بيان شده است. در اين رابطه مقدار ضرايب u,1 u 0 u,3 u 2 متناسب با داده هاي نمونه برداري شده تعيين ميگردند كه در مرجع شماره [3] به طور كامل مورد بررسي قرار گرفته است. (2) 3- بررسي توان باد در توربينهاي بادي انرژي موجود در باد با عبور از داخل پرههاي به شفت توربين و سپس به ژنراتور انتقال يافته و به انرژي الكتريكي تبديل ميشود. توان تبديلي و گشتاور اعمال شده به شفت توربين به تراكم باد مساحت ناحيه جاروب شده توسط پره و مكعب سرعت باد بستگي دارند[ 7 ]. ثابتهاي, ρa, ρa A و (3) (4) به ترتيب بيانگر مساحت ناحيه جاروب شده توسط پره و چگالي باد ميباشند و ضريب بهره توان توربين با متغير C P زاويه پره و سرعت سرپره است. نشان داده شده است اين متغير تابعي از 4- بررسي اثر نوسانات باد بر روي فركانس و دامنه ولتاژ ژنراتور اندازه فركانس و ولتاژ توليد شده در ژنراتور با سرعت روتور متناسب ميباشند لذا در صورت نوسانات سرعت دوران فركانس و دامنه ولتاژ توليد شده ژنراتور تغيير ميكند. در روابط زير وابستگي اندازه فركانس و دامنه ولتاژ توليد شده ژنراتور بيان شده اند (5) n سرعت سنكرون بر حسب دور بر دقيقه p تعداد 2 شكل 1 : نمونه برداري و تقريب تابع تغييرات سرعت باد

3 قطبهاي روتور f فركانس ولتاژ القاي ي و E f ولتاژ توليد شده N ضريب سيم پيچي است. شار هر قطب تعداد دور سيم بندي هر فاز و k w 5- بررسي عملكرد مبدل ماتريسي ماتريس كانورتر يك مبدل مستقيم توان سينوسي است به نحوي كه با نمونه برداري از ولتاژ فازهاي ورودي و ولتاژ مرجع ولتاژي سينوسي با دامنه و فركانسي دلخواه در شكل : 2 بلوك دياگرام كنترل الگوي زمانبندي سويچ زني خروجي توليد ميكند كه حداكثر دامنه قابل دسترس آن به 50 تا 86 در صد ولتاژ ورودي محدود ميباشد. اين مبدل داراي 9 كليد دو طرفه ميباشد و الگوي زمانبندي وفرايند كنترل اتصال كليدها متناسب با دامنه ولتاژ ورودي و ولتاژ مرجع توسط رابطه ( 6 )تعيين ميشود. m 1 V V T K=A,B,C V j=a,b,c (6) در اين رابطه t jk T S j زمان نمونهبرداري بازه زماني اتصال فاز ورودي k به خروجي m jk سيكلكاري سوي يچ حداكثر دامنه ولتاژ ورودي Vولتاژ k لحظهاي ورودي فازk V in S kj V ولتاژ لحظهاي خروجيj و ماتريس كانورتر ميباشد[ 5 ]. در اين طرح براي سنكرون كردن ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر با ولتاژ شبكه از ولتاژ شبكه نمونهبرداري كرده و به عنوان ولتاژ مرجع به ماتريس كانورتر اعمال شده است و همچنين با مقايسه خروجي ماتريس كانورتر و ولتاژ مرجع از سيگنال خطا جهت تغيير در فرايند كليد زني و تصحيح تغييرات احتمالي استفاده شده است. شكل( 3 ) شماي كلي سيستم به شكل 3 : طرح كلي توربين بادي مغناطيس داي م با مبدل ماتريسي 6- شبيه سازي كامپيوتري طرح در اين مرحله ابتدا الگوي رفتاري تغييرات باد مدل شده و سپس با اعمال مدل باد به مدل توربين بادي تغييرات فركانس و دامنه ولتاژ ژنراتور در محيط نرم افزار Matlab مورد بررسي قرار گرفته شده است.شكل (4) مدل باد شبيهسازي شده در اين طرح با سرعت متوسط هرتز را نشان ميدهد. 10 m/s و فركانس نوسانات 10 كارگرفته در اين طرح نشان داده شده است. شكل 4 : مدل سرعت باد 3

4 توان و گشتاور مكانيكي اعمال شده به شفت توربين با كمك مدل سرعت باد و روابط (2-1) تعيين و به توربين اعمال ميشوند. شكلهاي (6-5) تغييرات پوش ولتاژخروجي ژنراتور و فركانس آن متناسب با نوسانات باد نشان داده شده است. شكل 5 : پوش دامنه ولتاژ خروجي توربين شكل 6 : فركانس ولتاژ خروجي توربين با توجه به نتيجه شبيه سازي كه در شكل (7) نشان داده شده است ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر ولتاژ مرجع را به خوبي دنبال ميكند لذا در اين حالت ميتوان خروجي ماتريس را با يك ترانس به شبكه متصل نمود. شكل 8 : مدل سرعت باد در اين طرح براي اطمينان از عملكرد مبدل طراحي شده الگوي دومي براي باد در نظر گرفته و اثر آن بررسي شده است. شكل شماره (7) الگوي فوق را نمايش ميدهد. با پياده سازي مدل فوق پوش منحني تغييرات دامنه ولتاژ تغييرات سرعت باد را همانطور كه در شكل (9) نشان داده شده است دنبال ميكند. شكل 9 : پوش دامنه ولتاژ خروجي توربين در شكل (10) عملكرد مناسب ماتريس كانورتر براي مدل دوم باد نمايش داده شده است دراين حالت نيز ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر در مدت زمان بسيار كوچكي ولتاژ شبكه را دنبال ميكند. 4 شكل 7 : ولتاژ نمونه و ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر شكل 10 : ولتاژ نمونه و ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر

5 7- نتيجه گيري منحني توزيع تغييرات سرعت باد متناسب با شرايط جغرافياي ي و آب و هواي هر منطقه تغيير ميكند و در اين راستا عملكرد توربين تحت تاثير نوسانات آن قرار ميگيرد لذا در اين تحقيق با توجه به پاسخ سريع بلوك هاي سخت افزاري از يك مبدل ماتريسي كنترل شونده توسط ولتاژ مرجع شبكه و حلقه كنترلي استفاده شد كه اين امر همانطور كه در نتيجه شبيه سازي ولتاژ خروجي ماتريس كانورتر مشاهده شد بدون نياز به پيش بيني الگوي رفتاري تغييرات باد كه منجر به تغييرات ولتاژ ژنراتور و فركانس ان در محدوده 0/01 تا 10 هرتز ميشوند ولتاژي با دامنه ثابت توليدميشود لذا ميتوان خروجي ماتريس كانورتر را با يك ترانسفورماتور به شبكه متصل نمود. مراجع -8 [1] Thiringer, T.; Petru, T.; Lundberg, S.; Flickercontribution from wind turbine installations, EnergyConversion, IEEE Transactions on, Volume: 19,Issue: 1, March 2004 Pages: [2] Thiringer, T.; Power quality measurements performed on a low-voltage grid equipped with two wind turbines, Energy Conversion, IEEE Transactions on, Volume: 11, Issue: 3, Sept Pages: [3]Akhmatov, V.; Knudsen, H. & Nielsen, A. H. (2000). Advanced simulation of windmills in the electric power supply. Int. J. Electr. Power Energy Syst., Vol. 22, No. 6, August 2000, pp , ISSN: [4]Schulz, D.; Hanitsch, R.E.; Investigation of thecurrent harmonic parameters of wind energyconverters, Power Tech Conference Proceedings, 2003 IEEE Bologna, Volume: 3, June 2003 Pages:8 pp. Vol.3. [5]R. Melício, V. M. F. Mendes, and J. P. S. Catalão, "Fractional-order control and simulation of wind energy systems with PMSG/full-power converter topology," Energy Conv. Manag., vol. 51, no. 6, pp , Jun [6]Akhmatov, V.; Knudsen, H. & Nielsen, A. H. (2000). Advanced simulation of windmills in the electric power supply. Int. J. Electr. Power Energy Syst., Vol. 22, No. 6, August 2000, pp , ISSN: [7] A John Wiley and Sons, Ltd Publication "WIND ENERGY GENERATION Modelling and Control" published

Σχετικά έγγραφα

در اين آزمايش ابتدا راهاندازي موتور القايي روتور سيمپيچي شده سه فاز با مقاومتهاي روتور مختلف صورت گرفته و س سپ مشخصه گشتاور سرعت آن رسم ميشود.

ك ي آزمايش 7 : راهاندازي و مشخصه خروجي موتور القايي روتور سيمپيچيشده آزمايش 7: راهاندازي و مشخصه خروجي موتور القايي با روتور سيمپيچي شده 1-7 هدف آزمايش در اين آزمايش ابتدا راهاندازي موتور القايي روتور