مدل عمومی نوع EMT برای یک توربین بادی مبدل کامل مبتنی بر ژنراتور سنکرون
چکیده
یکپارچه سازی نیروگاه های بادی، پویایی جدیدی را در سیستم های قدرت (توان) ایجاد می کند و در نظر گرفتن مجدد نحوه مطالعه، طراحی و عملکرد آن ها را الزامی می کند. مدل های با کیفیت بالا برای این مطالعات ضروری هستند. به طور معمول مدل های توربین بادی دارای ویژگی میدان الکترومغناطیسی(EMT) تنها به عنوان جعبه سیاهی در دسترس قرار دارند که مانعی برای تحلیل و تحقیق هستند. این مقاله برای غلبه بر این مشکل مدل عمومی از نوع EMT را برای سیستم توربین بادی از نوع IV پیشنهاد می دهد که براساس اندازه گیری های میدانی از یک توربین بادی با همان نوع ارزیابی می شود. به طور دقیق تر، این مقاله مدل توربین بادی مبتنی بر سیستم ژنراتور سنکرون با تحریک خارجی و متصل به یک کانورتر (مبدل) کامل را پیشنهاد می دهد که شامل یکسوکننده دیودی شش پالسه، یک طبقه تقویت کننده dc-dc و یک مبدل منبع ولتاژ دو سطحی است. ویژگی های مورد نیاز برای کنترل و روش های حفاظت داخلی در نظر گرفته شده و توصیف می شوند دو استراتژی متفاوت کنترل خطا همراستا با دستورالعمل های موجود در شبکه پیاده سازی می شوند. همچنین نمایش مربوط به مدل ترکیبی از نوع EMT براساس مدار معادل های سوئیجینگ و مدل های متوسط گیری برای سخت افزار در نظر گرفته شده و طبقات الکترونیک قدرت توسعه داده شده است. علاوه بر این، امکان استفاده از گام های زمانی طولانی تر در شبیه سازی را فراهم می کند و در نتیجه زمان محاسبه را به طور قابل توجهی بهبود می دهد.
1. مقدمه
اپراتورهای سیستم های مدرن قدرت، فناوری های مبتنی بر معکوس کننده (اینورتر) را با سرعت زیاد ادغام می کنند که منجر به یکپارچگی توربین های بادی شده است [1]. افزایش پیچیدگی و پویایی جدید افزوده شده توسط این تجهیزات جدید از جمله ملاحظات اجباری در مطالعه، طراحی و کارکرد سیستم های قدرت است و در نتیجه نیازمند مدل سازی پیشرفته تر و روش های تحلیلی هستند.
در نتیجه، تامین مدل های گذرای الکترومغناطیسی (EMT) برای اتصال واحدهای جدید تولیدی در برخی مناطق شبکه برق اجباری شده است [2]. با این حال، به دلیل مسائل محرمانگی، این مدل ها اغلب به عنوان جعبه های سیاه ارائه شده و در نتیجه مانع دسترسی به سیستم های کنترل داخلی و پارامترهای سخت افزاری و در نهایت استفاده از تکنیک های تحلیل می شوند.
8. نتیجه گیری ها
این کار یک مدل عمومی از نوع EMT را برای توپولوژی سخت افزاری یک توربین بادی از نوع IV پیشنهاد می دهد. به ویژه، این سیستم یک ژنراتور تحریک خارجی و یک مبدل کامل سه طبقه شامل یک یکسوکننده پسیو، یک مبدل dc-dc و یک VSC دو سطحی را در نظر می گیرد.
تمامی عناصر اصلی و توپولوژی های کنترل کننده توسعه داده شده، مشخص شده و توضیح داده شده است. دو استراتژی متفاوت کنترل FRT پیاده سازی شده و فهرست بزرگی از الزامات دستورالعمل شبکه در سراسر جهان را پوشش می دهد. علاوه بر این، روش های حفاظت سخت افزاری و کنترل نیز در نظر گرفته شده است.
Abstract
The integration of wind power plants introduces new dynamics into power systems, forcing reconsiderations of how they are studied, planned, and operated. High quality models are essential to these studies. Manufacturer-specific electromagnetic transient (EMT) wind turbine models are usually available only as black-boxes, which hinders analysis and research. To overcome this issue, this paper proposes a generic EMT-type model for a specific type-IV wind turbine system, which is validated against field measurements from a wind turbine of the same type. More precisely, it proposes a wind turbine model based on an externally excited synchronous generator system connected to a full converter composed of a six-pulse diode rectifier, a dc–dc boost stage and a two-level voltage source converter. The required control features and internal protection schemes are considered and described. Two different fault ride-through control strategies, in line with existing grid codes, are implemented. A corresponding EMT-type hybrid model representation is also developed based on newly proposed switched equivalent circuits and average models for the considered hardware, control, and power electronics stages. It allows for the use of larger simulation time steps, hence considerably improving computation times.
I. INTRODUCTION
OPERATORS of modern power systems have been integrating inverter-based technologies at a fast pace, spurred on recently by the integration of wind turbines [1]. The increased complexity and new dynamics added by this new equipment are forcing reconsiderations in the way power systems are studied, planned and operated, thus yielding the need for more advanced modeling and analysis methods.
As one consequence, the provision of manufacturer-specific electromagnetic transient (EMT) models has already become a requirement for the connection of new generating units in some grid areas [2]. However, due to confidentiality issues, these models are often provided as black-boxes, thus hindering the access to internal control systems and hardware parameters and, therefore, the use of specific analysis techniques.
VIII. CONCLUSIONS
This work proposes a generic EMT-type model for a specific type-IV wind turbine hardware topology. More specifically, the system considers a gearless externally excited synchronous generator and a three-stage full converter composed of a passive rectifier, a dc-dc converter and a two-level VSC.
All main components and controller topologies were developed, characterized and explained. Two different FRT control strategies were implemented, covering a large list of Grid Code requirements worldwide. Moreover, hardware and control protection schemes were also taken into account.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. نمایش آیرودینامیکی، سیستم مکانیکی و کنترل ماشین سنکرون
3. کنترل مبدل سمت شبکه
4. کنترل جریان و طراحی فیلتر خروجی
5. استراتژی های کنترل FRT و حفاظت
6. پیاده سازی مدل ترکیبی
7. ارزیابی عملکرد براساس آزمایش های میدانی
8. نتیجه گیری ها
منابع
Abstract
I. INTRODUCTION
II. AERODYNAMIC REPRESENTATION, MECHANICAL SYSTEM AND CONTROL OF THE SYNCHRONOUS MACHINE
III. GRID-SIDE CONVERTER CONTROL
IV. CURRENT CONTROL AND OUTPUT FILTER DESIGN
V. FRT-CONTROL STRATEGIES AND PROTECTION
VI. HYBRID MODEL IMPLEMENTATION
VII. PERFORMANCE VALIDATION AGAINST FIELD TESTS
VIII. CONCLUSIONS
REFERENCES
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه