بررسی مقایسه‌ای سه نوع کنترل کننده ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه (DFIG) در سیستم تبدیل انرژی باد
چکیده
این مقاله، یک استراتژی کنترل پیشرفته را برای سیستم تبدیل انرژی باد (WECS) با استفاده از ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه (DFIG) ارائه می‌دهد. کنترل قوی مد لغزشی فراپیچشی (SWT) برای توربین بادی متغیر سرعت، به منظور تولید گشتاور آیرودینامیکی مطلوب و بهبود عملکرد دینامیکی WECS طراحی شده است. گشتاور الکترومغناطیسی DFIG به طور مستقیم با استفاده از کنترل پیشنهادی برای دستیابی به بهره برداری از حداکثر توان دنبال می‌شود. عملکرد و کارایی استراتژی کنترل STW، با مد لغزشی عادی (SM) و کنترل کننده‌های تناسبی-انتگرالی (PI) مورد مقایسه قرار می‌گیرند. الگوریتم پیشنهادی STW ویژگیهای جالبی را از لحاظ کاهش چترینگ، زمان همگرایی محدود و پایداری در برابر تغییر پارامترها و اختلالات سیستم نشان می‌دهد.
1. مقدمه
در طی دهه گذشته، انرژی باد جایگاه بسیار مهمی را در زمینه تولید انرژی الکتریکی اتخاذ کرده است. این نوع منبع انرژی به علت افزایش جهانی تقاضا برای برق و روندهای تولید منابع انرژی تجدید پذیر و غیر آلاینده در جهان توسعه یافته است (1). در واقع، در سیستم تبدیل انرژی باد (WECS) حداکثر قدرت باد هنگامی به دست می‌آید که نسبت سرعت-نوک توربین با مقدار مطلوبی برای الگوهای مختلف سرعت باد حفظ شود (2). بنابراین، لازم است که استراتژیهای پیشرفته‌تری برای کنترلWECS توسعه یابند. برای این منظور، چندین روش کنترل مانند کنترل بردار برای تولید انرژی باد طراحی و اجرا شده است که بر اساس بردار شارگرا و ولتاژگرا با استفاده از قاب چرخشی d-q برای جدا سازی توان اکتیو و راکتیو می‌باشد (3،4). در واقع، این استراتژی نسبت به تغییر پارامترهای سیستم از جمله تغییرات القایی و مقاومت حساس است. برای غلبه بر این مسئله، کنترل مستقیم گشتاور (DTC) توسط (5،6) برای کنترل مستقیم گشتاور ژنراتور و جریان استاتور با استفاده از جدول مراجعه از پیش تعیین شده بر اساس برآورد شار استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی معرفی شده است. کنترل توان مستقیم (DPC) پیشنهادی در (7) از همان مفهوم روش DTC استفاده کرده است. استراتژی کنترل DPC بر مبنای تفکیک و کنترل مستقیم توان اکتیو و راکتیو است (8). در واقع، رفتارهای غیر خطی قطعات مکانیکی و الکتریکی WECS، و همچنین تغییر پارامترهای الکترومکانیکی، مشکلات مهمی را نشان می‌دهند (9). علاوه بر این، توربین بادی (WT) تحت تغییرات بالای سرعت باد کار می‌کند، که موجب می‌شود کنترل آن به یک چالش جدی تبدیل شود (10). در نتیجه، تکنیک‌های متعدد کنترل غیرخطی از جمله منطق فازی (11)، شبکه‌های عصبی (12)، و کنترل مد لغزشی مرتبه بالا (13) در مقالات برای WT مطرح شده است.
Abstract
This paper presents an enhanced control strategy for Wind Energy Conversion System (WECS) using Doubly-Fed Induction Generator (DFIG). A robust Super-Twisting (STW) sliding mode control for variable speed wind turbine is developed to produce the optimal aerodynamic torque and improve the dynamic performance of the WECS. The electromagnetic torque of the DFIG is directly tracked using the proposed control to achieve maximum power extraction. The performance and the effectiveness of the STW control strategy are compared to conventional Sliding Mode (SM) and Proportional-Integral (PI) controllers. The proposed STW algorithm shows interesting features in terms of chattering reduction, finite convergence time and robustness against parameters variations and system disturbances.
1 Introduction
Over the last decade, wind energy has taken an increasingly important place in the field of electric energy generation. This kind of energy source is developed due to the global growing of electricity demand and the trend towards renewable and non-polluting energy sources in the world [1]. Indeed, in wind energy conversion system (WECS), the maximum wind power could be extracted when the tip-speed-ratio of the turbine is maintained at its optimum value for different wind speed patterns [2]. Thus, it is necessary to develop more advanced control strategies for WECS. To this end, several control methods have been designed and implemented for wind energy generation such as, vector control which is based on voltage and flux oriented vector using the d-q rotating frame to decouple the active and reactive power, [3, 4]. In fact, this strategy is sensible to parameters variations of the system such as resistance and inductance variations. To overcome this problem, direct torque control (DTC) has been introduced by [5, 6] to directly control generator torque and stator flux using a predefined lookup table based on the estimation of the stator flux and electromagnetic torque. Direct power control (DPC) proposed in [7], has used the same concept of the DTC method. DPC control strategy is based on decoupling and direct control of reactive and active power [8]. In fact, the non-linear behaviors of mechanical and electrical parts of WECS as well as variations of electromechanical parameters represent crucial problems [9]. In addition, wind turbine (WT) works under high wind speed variations, which makes its control a serious challenge [10]. As result, several nonlinear control techniques have been developed in the literature for WT, such as fuzzy logic [11], neural networks [12], and high-order sliding mode control [13].
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. استراتژی کنترل مد لغزشی
2.1. کنترل مد لغزشی مرتبه اول
2.2. کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
3. توصیف سیستم
4. کنترل توربین
4.1. برآورد گشتاور
4.2. کنترل گشتاور آیرودینامیکی
5. کنترل GFIG
5.1. کنترل کننده PI
5.2. کنترل مد لغزشی
5.3. کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
6. نتایج شبیه سازی و بحث
6. نتیجه
اختصارات
منابع
Abstract
1 Introduction
2 Sliding mode control strategy
2.1 First order sliding mode control
2.2 Second order sliding mode control
3 System description
4 Control of the turbine
4.1 Torque estimation
4.2 Aerodynamic torque control
5 Control of the DFIG
5.1 PI controller
5.2 Sliding mode control
5.3 Second order sliding mode control
6 Simulation results and discussion
7 Conclusion
Abbreviations
References
- 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