کنترل پس گام ناظر از مولدهای DFIG برای توربین های بادی با سرعت متغیر
چکیده
در این مقاله، ما یک روش جدید برای کنترل سیستم های انرژی توربین های بادی ارائه میدهیم که این روش ، یک کنترل مقاوم غیر خطی توان فعال و واکنشی با استفاده از روش پس گام تطبیقی است که در مولد های آسنکرون ( غیر همزمان) دو تغذیه ای قرار گرفته است (مولد DFIG). نخست، یک برنامه ی MPPT برای استخراج بیشترین توان از مولد های توربین ها در این مقاله ارائه شده است . سپس، یک تکنیک کنترل جدید برای سیستم های بادی ارائه میشود. این سیستم کنترل بر اساس روش کنترل قرار گیری قطب ها به صورت تطبیقی است که در یک سیستم کنترل پس گام، یکپارچه شده است. پایداری این سیستم با استفاده از تکنیک های لیاپانوف نشان داده شده است. با استفاده از FPGA برای پیاده سازی دستور ها، میتوانیم سرعت بهتری را در این کنترل کننده به دست بیاوریم. یک مرجع کیفی نیز با ایجاد نمونه ی اولیه بر اساس مولد DFIG، FPGA و توربین های بادی محقق شده است؛ نتایج آزمایشی به دست آمده در این مقاله نشان دهنده ی تاثیر و فواید این روش میباشند.
1. مقدمه
امروزه، انرژی بادی، همراه با دیگر منابع انرژی تجدید پذیر، یکی از راه حل های ممکن برای تولید انرژی میباشد. در حالی که اکثریت توربین های بادی با سرعت ثابت کار میکنند، تعداد توربین هایی که با سرعت متغیر کار میکنند در حال افزایش میباشد. مولد های آسنکرون با تغذیه ی دوگانه(DFIG) با کنترل پس گام ماشینی است که عملکرد بسیار خوبی دارد و به صورت رایج در صنعت توربین های بادی مورد استفاده قرار میگیرد. دلایل زیادی برای استفاده از مولد های آسنکرون با تغذیه ی دوگانه (DFIG)برای توربین های بادی با سرعت متغیر وجود دارد، از جمله کاهش تلاش بر روی قسمت های مکانیکی، کاهش نویز و امکان کنترل توان فعال و واکنشی، میباشد. سیستم های بادی که از مولد های DFIG و مبدل های "پشت به پشت" استفاده میکند که روتور مولد و شبکه را به هم متصل میکند، دارای فواید بسیار زیادی هستند. یکی از فواید این ساختار این است که مبدل های توان مورد استفاده به گونه ای ابعاد بندی شده اند که میتوانند کسری از توان سیستم کلی را منتقل کنند. این موضوع موجب کاهش هدر رفت توان در اجزای الکترونیکی میشود. عملکرد و تولید توان نه تنها مبتنی بر مولد DFIG، بلکه مبتنی بر حالتی است که دو بخش از مولد " پشت به پشت" کنترل میشوند. قسمت مبدل توان ماشین با نام " مبدل طرف روتور (RSC) " و توان طرف شبکه ی مبدل با نام " مبدل طرف شبکه (GSC)" شناخته میشود. مبدل RSC توان فعال و توان واکنشی ایجاد شده توسط ماشین را کنترل میکند. مشابه مبدل GSC، ای مبدل ، ولتاژ باس DC و ضریب توان در طرف شبکه را کنترل میکند. عملکرد سرعتی بخش جدید و انعطاف پذیری ذاتی تمام راه حل های قابل برنامه نویسی، امروزه فرصت های زیادی در زمینه ی اجرای دیجیتال سیستم های کنترلی فراهم آورده است. برای راه حل های نرم افزاری مانند ریز پردازنده ها یا DSP ها( پردازنده های سیگنال های دیجیتال) نیز همین فرصت ها وجود دارد. اما، سخت افزار های خاص با قابلیت برنامه نویسی مانند آرایه ی گیت های برنامه پذیری میدانی (FPGA) را نیز میتوان به عنوان یک راه حل بسیار خاص برای بهبود عملکرد کنترل کننده ها در نظر گرفت. در واقع، این اجزای عمومی، به لطف قابلیت پیکربندی مجددشان، استفاده از ابزار نرم افزاری ساده و تراکم یکپارچگی بالا و پر اهمیت شان، توسعه ی کم هزینه ای دارند.
abstract
In this paper, we present a new contribution for the control of Wind-turbine energy systems, a nonlinear robust control of active and reactive power by the use of the Adaptative Backstepping approach based in double-fed asynchronous generator (DFIG-Generator). Initially, a control strategy of the MPPT for extraction of maximum power of the turbine generator is presented. Thereafter, a new control technique for wind systems is presented. This control system is based on an adaptive pole placement control approach integrated to a Backstepping control system. The stability of the system is shown using Lyapunov technique. Using the FPGA to implement the order gives us a better rapidity. A Benchmark was realized by a prototyping platform based on DFIG-generator, FPGA and wind-turbine; the experimental results obtained show the effectiveness and the benefit of our contribution.
1. Introduction
Today, wind energy has become a viable solution for the production of energy, in addition to other renewable energy sources. While the majority of wind turbines are fixed speed, the number of variable speed wind turbines is increasing [1]. The Doubly-Fed Asynchronous Generator (DFIG) with Backstepping control is a machine that has excellent performance and is commonly used in the wind turbine industry [2,3]. There are many reasons for using the Doubly-Fed Asynchronous Generator (DFIG) for wind turbine a variable speed, such as reducing efforts on mechanical parts, noise reduction and the possibility of control of active power and reactive. The wind system using DFIG generator and a “back-to-back” converter that connects the rotor of the generator and the network has many advantages. One advantage of this structure is that the power converters used are dimensioned to pass a fraction of the total system power [5,6]. This allows reducing losses in the power electronics components. The performances and power generation depends not only on the DFIG generator, but also the manner in which the two parts of “back-to-back” converter are controlled. The power converter machine side is called “Rotor Side Converter” (RSC) and the converter Grid-side power is called “Grid Side Converter” (GSC). The RSC converter controls the active power and reactive power produced by the machine. As the GSC converter, it controls the DC bus voltage and power factor network side. The speed performance of new components and the flexibility inherent of all programmable solutions give today many opportunities in the field of digital implementation for control systems. This is true for software solutions as microprocessor or DSP (Digital Signal Processor). However, specific programmable hardware technology such as Field Programmable Gate Array (FPGA) can also be considered as an especially appropriate solution in order to boost performances of controllers [1e3]. Indeed, these generic components combine low cost development, thanks to their reconfigurability, use of convenient software tools and more and more significant integration density [4,5].
چکیده
1.مقدمه
2.مدل سازی توربین های بادی
3.استخراج بیشترین توان ( کنترل MPPT)
4.سیستم مدل DFIG
5.کنترل کننده ی پس گام اعمال شده بر روی ژنراتور DFIG
5.1سرعت کنترل کننده ی پس گام
5.2شار کنترل کننده ی پس گام
5.3تخمین و مشاهده ی پارامتر های DFIG
6.اجرای مبتنی بر FPGA بر روی سیستم های کنترل پس گام مقاوم
6.1توسعه ی اجرایی
6.2روند های شبیه سازی
7.شبیه سازی ها و نتایج
7.1عملکرد DIFG
7.2عملکرد توربین بادزی
8.مقایسه ها و مباحث
9.جمع بندی
abstract
1. Introduction
2. Modelling of the wind-turbine
3. Extraction of maximum power (MPPT control)
4. DFIG model system
5. Backstepping controller applied to DFIG generator
5.1. Backstepping controller speed
5.2. Backstepping controller flux
5.3. Estimation and observation of parameters DFIG
6. FPGA-based implementation of an robust backstepping control system
6.1. Development of the implementation
6.2. Simulation procedure
7. Simulation & results
7.1. DFIG performances
7.2. Wind-turbine performances
8. Comparison and discussion
9. Conclusion
- 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