Ибрагим А.А., Мирошниченко А.А., Соломин Е.В., Гордиевский Е.М., Ковалев А.А. Стратегия управления на основе отслеживания точки максимальной мощности асинхронного генератора двойного питания ветроэнергетической установки

скачать PDF

Аннотация

Энергия ветра в настоящее время играет важную роль в выработке экологически чистой и дешевой электроэнергии в мире. Во многих странах повышается количество ветроэнергетических установок, и доля возобновляемых источников в общей генерации энергии постоянно растет. Ученые и инженеры прилагают серьезные усилия для оптимизации использования этого типа энергии с помощью различных методов и подходов. Асинхронный электрический генератор с двойным питанием является неотъемлемой частью широкого спектра ветроэнергетических установок благодаря своей высокой эффективности в преобразовании энергии и наличием управления реактивной мощностью. В связи с непостоянством и флуктуациями ветрового потока растет и требование к системам отбора мощности, вследствие чего основной задачей управления ветроэнергетической установкой является отслеживание и регулирование тока нагрузки для достижения максимального использования энергии ветра. Статья представляет собой результаты изучения системы управления для отслеживания точки максимальной мощности ветроэнергетической установки. Изучение ее поведения в установившемся режиме осуществлялось с помощью программного комплекса MatLab / Simulink. Благодаря моделированию данной системы появилась возможность изучить процессы, возникающие в асинхронной машине двойного питания. Также удалось отследить искомую точку максимума отбора мощности и следовать по пути её максимальной генерации, с учетом оптимальных рабочих точек по графику коэффициента мощности при разных скоростях ветра и быстроходности ротора ветроэнергетической установки. Также данное исследование позволило изучить компьютерную модель ветроэнергоустановки и получить значения скорости вращения ротора, электромагнитного момента, составляющих тока ротора, напряжения на роторе, напряжения на статоре и значение токов на выводах ротора и статора в установившемся режиме. Полученные осциллограммы демонстрируют правильность теоретических данных и расчетов, а также дают возможность продолжить исследования в выбранном направлении.

Ключевые слова

Энергия ветра, модель ветровой турбины, отслеживание точки максимальной мощности, электрогенератор двойного питания, анализ установившегося режима, косвенный способ управления скоростью.

Ибрагим Ахмед Амер – аспирант, кафедра электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4352-3544.

Мирошниченко Алексей Александрович – студент, кафедра электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/ 0000-0003-4594-3806.

Соломин Евгений Викторович – д-р техн. наук, доцент, профессор, кафедра электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4694-0490.

Гордиевский Евгений Михайлович – студент, кафедра электрических станций, сетей и систем электроснабжения, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5049-5900.

Ковалёв Антон Александрович – магистрант, кафедра комплексного использования возобновляемых источников энергии, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

1. Pena R, Clare J.C., Asher G.M. “Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation”. IEEE Proceedings, 1996, 143(3):231-241 (in Eng.).

2. Gonzalo A., Jesus L., Miguel A.R, Luis M., Grzegorz I. “Doubly Fed Induction Machine”. IEEE press, Published by John Wiley & Sons, 2011:31-33 (in Eng.).

3. Abad, G., López, J., Rodríguez, M.A. et al. “Doubly Fed Induction Machine: Modeling and Control for Wind Energy Generation”, 2011:289 (in Eng.).

4. Jia Y., Yang Z., Cao B., “A new maximum power point tracking control scheme for wind generation,” Proc. Int. Conf. Power Syst. Technol., 2002:144–148(in Eng.).

5. Neammanee B., Krajangpan K., Sirisumrannukul S., Chatrattana S., “Maximum peak power tracking-based control algorithms with stall regulation for optimal wind energy capture,” Proc. Power Convers. Conf., 2007:1424–1430 (in Eng.).

6. Koutroulis E., Kalaitzakis K., “Design of a maximum power tracking system for wind-energy-conversion applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2006;53(2):486–494 (in Eng.).

7. Wang P., Liu H.Y., Guo C.S., Tao C.B., “MPPT control algorithms for wind power generation based on voltage disturbance,” Proc. 7th World Congr. Intell. Control Autom., 2008: 7398–7402 (in Eng.).

8. Fernandez L.M., Garcia C.A., Jurado F., Saenz J.R., “Control system of doubly fed induction generators based wind turbines with production limits,” Proc. IEEE Int. Elect. Mach. Drives Conf., 2005:1936–1941(in Eng.).

9. Abo-Khalil A.G., Lee D.C., “MPPT control of wind generation systems based on estimated wind speed using SVR,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2008;55(3):1489–1490 (in Eng.).

10. Guo P., “Research of a new MPPT strategy based on gray wind speed prediction,” Proc. 2nd Int. Symp. Knowl. Acquis. Model., 2009:120–123 (in Eng.).

11. Bianchi F., “Wind turbine control systems: principles, modelling & gain scheduling design”, 2006:186 (in Eng.).

12. Kazmierkowski M.P., Krishnan R., Blaagberg F., “Control in Power Electronics Selected Problems, 2002:543 (in Eng.).

13. Blaagberg F., Chen Z., “Power Electronics for Modern Wind Turbines”, 2006:511 (in Eng.).

14. Boldea I., Variable Speed Generators, 2006:244 (in Eng.).

15. Wu B., Lang Y., Zargari N., Kouro S. “Power Conversion and Control of Wind Energy Systems”, 2011:258 (in Eng.).

16. Sul K. “Control of Electric Machine Drive Systems”, 2011:444 (in Eng.).

17. Liu Q., He Y., Zhao R., “The maximal wind-energy tracing control of a variable speed constant frequency wind power generation system”. Automation of Electric Power Systems, 2003;27(20):62-67 (in Eng.).

18. Hansen A.D, Iov F., Sørensen P., “Overall control strategy of variable speed doubly-fed induction generator wind turbine”. Nordic wind power conference, 2004:113 (in Eng.).

19. Baroudi J.A., Dinavahi V., Knight A.M., “A review of power converter topologies for wind generators,” Proc. IEEE Int. Conf. Elect. Mach. Drives, 2005:458–465 (in Eng.).

20. Ben Alaya J., Khedher A., Mimouni M.F. «DTC and Non-Linear Vector Control Strategies applied to the DFIG operated at Variable Speed» WSEAS Transactions On Environment And Development, 2010;11(6):744-754 (in Eng.).

21. Tang Y., Xu L., "A flexible active and reactive power control strategy for a variable speed constant frequency generating system", IEEE Transactions On Power Electronics, 1996;10(4): 472 -478 (in Eng.).

22. Salles M., Cardoso J.R., Grilo A.P., Rahmann C., Hameyer K., “Control strategies of doubly fed induction generators to support grid voltage,” IEEE International Conference on Electric Machines and Drives (IEMDC'09). 2009:1551–1556 (in Eng.).

23. Blaabjerg, F., Chen Z., “Power Electronics for Modern Wind Turbines, 2006:294 (in Eng.).

24. Poitiers F., Bouaouiche T., Machmoum M. ‘’Advanced control of a doubly-fed induction generator for wind energy conversion’’ Electric Power Systems Research 2009;79:1085–1096 (in Eng.).

25. José Fernando Medina Padrón, Andrés Elías Feijóo Lorenzo ”Calculating Steady-State Operating Conditions for Doubly-Fed Induction Generator Wind Turbines” IEEE Trans. Power Syst, 2010;25(2):922-928 (in Eng.)

Подробности
Просмотров: 985