خلاصه

با گسترش فزاینده استفاده از نیروگاههای بادی در سطح دنیا و نیاز روز افزون به این انرژی ارزان و پاک ،اهمیت مطالعه گسترده در این گستره بیش از حد مد نظر می باشد.در این مقاله رایج ترین نوع توربین بادی یا ژنراتور القایی از دو سو تغذیه برای مطالعه بیشتر منتخب شده است.که به دلیل ارزانی و استحکام بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.بر اساس نتایج شبیه سازی ها که با نرم افزار متلب ودر محیط (سیمولینک)انجام گرفته است می توان با برسی شبیه سازی ها نتیجه گرفت که در شرایط مختلف خطا و همچنین با اعمال بلوک های کنترلی (جبران ساز سنکرون استاتیکی و سیستم حفاظتی)می توانیم عملکرد توربین بادی را بهبود ببخشیم.و به طور کلی چون توربین بادی ناپایدار می باشد و چون این توربین خود تولید کننده توان راکتیو است در هنگام بروز خطا به مشکلات خطرناکی برخورد می کند.که ممکن است آسیب شدیدی به شبکه برق رسانی و خود توربین وارد شود.که برای جلو گیری از این اتفاق خطرناک با اعمال سیستم حفاظتی می توان توربین و شبکه را محافظت کرد در برابر خطاهای گوناگون.و همچنین با اضافه کردن بلوک جبرانساز سنکرون استاتیکی توربین و شبکه که بعد از رفع خطا دچار مشکل ولتاژ و بارگذاری می شود بر بازیابی سریع و کنترل ولتاژ در شرایط ذکر شده از این المان کمک گرفته می شود.یعنی می توانیم پروفیل ولتاژ را افزایش بدهیم و یا در نقطه مورد نظر تثبیت بکنیم.

کلمات کلیدی: مزرعه بادی ، ژنراتور القائی از دو سو تغذیه، پایداری ولتاژ، سیستم کنترلی، جبران ساز سنکرون استاتیکی

.۱ مقدمه

افزوده شدن انرژی های تجدیدپذیر به شبکه های قدرت به طور قابل توجهی رو به رشد است .از میان گزینه های مختلف،انرژی بادی،منتخب ترین گزینه برای برای تولید انرژی الکتریکی در سال های آینده است.نیروگاههای بادی در شبکه های قدرت موجب افزایش تاثیر آنها در کل سیستم می شود،بنابراین برسی پایداری و کنترل ولتاژ در سیستم های قدرت همواره یکی از مهم ترین پارامترهای کیفیت برق بوده است.در این میان نیروگاههای بادی به دلیل استفاده از ژنراتورهای القایی که دارای مزایایی از قبیل طراحی،ساخت،تعمیر ونگهداری ساده تری نسبت به ژنراتورهای سنکرون دارند.استفاده از ژنراتورهای القایی را حائز اهمیت کرده است.اما با استفاده از این ژنراتورها شاهد کاهش پروفیل ولتاژ قابل توجهی در اکثر اوقات هستیم که دلیل آن هم مصرف توان راکتیو شبکه توسط ژنراتور القایی است که جزو معایب آن محسوب می شود.البته باید توجه داشت که DFIG در مقایسه با ژنراتور القایی مرسوم به خاطر وجود کنترل کانورترها،چندین مزیت به شرح زیر دارد(۱:[۱]قابلیت کارائی دینامیکی در رنج های سرعت زیرسنکرون و فوق سنکرون.(۲کنترل مجزای توان اکتیو وراکتیو تولیدی.(۳پایین بودن توان نامی کانورترهای مورد استفاده.(۴ظرفیت تولید توان اکتیو فرکانس ثابت.(۵قابلیت کنترل توان راکتیو ودر نتیجه ولتاژ.که به خاطر دلایل ذکر شده سعی براین شده است که از ژنراتور القایی از دو تغذیه استفاده شود.و همچنین در حالت کلی ازstatcom برای بهبود عملکردDFIG پس از وقوع خطا و بازیابی سریع و کنترل ولتاژ استفاده می شود.خطای گفته شده (سه فاز،دوفاز،تکفاز)که می تواند آسیب شدیدی هم به شبکه و خود توربین وارد کند را توسط سیستم حفاظتی در صدد برطرف کردن این مشکل هستیم. که شبیه سازی ها این ادعا را ثابت کرده است.

۱عنوان شغلی نویسندهاوّل(دانش آموخته مهندسی برق قدرت دانشگاه واحد هریس)

دومین همایش ملی پژوهش های کاربردی در »مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک«
۲nd National Conference on Applied Researches in Electrical, Mechanical and Mechatronics Engineering

.۱٫۱توربین بادی

معادلات توربین بادی به شکل زیر می باشد:
(۱)
( ۲ )
(۳)×
( ۴ )

۱
M = 2 3πR2CP( , )

=

PM =

PV P

=

توان مکانیکی توربین، چگالی هوا، سرعت باد، سرعت چرخش توربین، زاویه تیغه توربین بادی، گشتاور مکانیکی و شعاع توربین است.منحنی ضریب توان(( P ،برای یک پیک سرعت معین و همچنین مشخصه = ،توسط سازنده داده میشوند.قابل ذکر است که ضریب P نباید از حد بالای تئوری آن( PMAX = 16.27 ≅ ۰٫۵۹ )تجاوز کند که اصطلاحا این مقدار را حدBetzمینامند برای عملکرد حالت دائمی توربین های بادی به دست آمده است.[۱]

.۱٫۲ مدل ژنراتور

در شکل (۱)شماتیک یک ژنراتور القایی از دو سو تغذیه مشاهده می شود.

شکل-۱ مدل DFIG

مدل دینامیکی ژنراتور یاد شده در قاب مرجع سنکرون و به صورت دو فاز d-q درزیر بیان می شود.[۲]و لازم به ذکر است که، چون ما سه فاز متقارن فرض کرده ایم سیستم را، فقط دو فاز dو q وجود دارد در حوزه رفرنس فریم.
( ۵ ) − + =

(۶ ) + + =

( ۷ ) − ) − ( + =

(۸ ) − ) − ( + =

( ۹ ) + =

(۱۰ ) + =

(۱۱ ) + =