چکیده : این مقاله یک روش کنترل مستقیم توان راکتیو و اکتیو (DPC) جدید ژنراتور القایی دوسو تغذیه  (DFIG) متصل به شبکه، که دریک نیروگاه بادی نصب شده است را ارائه نموده است . 

روش DPC پیشنهادی، ولتاژکنترل موردنیاز روتوررا با یک روش کنترل غیر خطی با مد لغزشی، بطورمستقیم محاسبه می کند به طوریکه خطاهای لحظه ای توان های راکتیور و اکتیوبدون تبدیل هرگونه مختصات سنکرون حذف می شوند. 

در نتیجه نیازی به حلقه  های کنترل جریان نبوده بنابراین با ساده شدن طراحی سیستم میزان عملکرد گذرا بهبود می یابد . فرکانس سوئیچ زنی مبدل ثابت با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی بدست می آید بطوری که طراحی مبدل توان و فیلتر هارمونیک ac را ساده می کند .

دراین مقاله نتایچ شبیه سازی مربوط به شبکه ای است که متصل به ژنراتور دوسو تغذیه (DFIG) با ظرفیت 2MW  بوده، که با نتایج روش معمولی کنترل برداری ولتاژ و نتایج بدست آمده از جدول کنترل توان مستقیم ( DPC- LUT ) مقایسه می شوند .بنابراین DPC پیشنهادی ،همانند  DPC- LUT  میزان عملکرد گذرای  بهبود یافته را فراهم می کند. و دیگری اینکه مثل روش کنترل بردار ((VC هارمونیک حالت دائم را در همان سطح نگه می دارد . 

کلمات کلیدی : فرکانس کلیدزنی و سوئیچ زنی ثابت ، کنترل توان مستقیم (DPC) ، ژنراتورهای القایی دو سوتغذیه (DFGs) ، کنترل مد لغزش (SMC) ، نیروگاه بادی . 

 چکیده- این مقاله یک راهبرد کنترلی جدید برای سیستم تبدیل انرژی بادی (WECS) نوع ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) متصل به شبکه ارائه می‌کند. راهبردهای کنترلی برای مبدل‌های سمت شبکه و سمت روتور که در مدار روتور DFIG قرار گرفته‌اند به همراه مدل ریاضی پیکربندی به کار رفته برای WECS بیان می‌شوند. توپولوژی ارائه شده شامل یک سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) است تا نوسانات توان شبکه که ناشی از طبیعت متغیر و غیرقابل‌ پیش‌بینی باد است را کاهش دهد. تشریح جزئیات طراحی، یافتن اندازه و مدلسازی BESS برای تنظیم توان شبکه داده شده است. در کنار راهبرد معرفی شده "تنظیم توان شبکه"، به دیگر راهبردهای کنترلی موجود مثل استخراج بیشترین توان نقطه‌ای از توربین بادی و عملکرد با ضریب توان واحد DFIG نیز پرداخته شده است. تجزیه و تحلیلی برحب تسهیم توان اکتیو بین DFIG و شبکه انجام شده است که در آن توان ذخیره‌ای یا تخلیه‌ شده توسط BESS بسته به انرژی بادی موجود در نظر گرفته شده است. سپس راهبرد ارائه شده در محیط سیمولینک MATLAB شبیه سازی شده و برای پیش‌بینی رفتار از این مدل توسعه یافته بهره گرفته شده است. در مقایسه با کارهای موجود در رابطه با هدایت سیستم‌های تبدیل انرژی بادی نوع DFIG با تغذیه شبکه، تلاش شده است تا این کار به عنوان یک کار جدید و یکتا معرفی شود. 

عبارات کلیدی- سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)، ژنراتور القائی دو سو تغذیه (DFIG)، تنظیم توان شبکه، کنترل برداری، سیستم تبدیل انرژی بادی (WECS). 

I.مقدمه

استفاده از منابع تجدیدپذیر برای تولید توان الکتریکی نسبت به دهه گذشته تغییر اساسی داشته است. مشکلات اقتصادی و بوم‌شناختی رو به رشد باعث شده است تا محققان روش‌های بهتر و جدیدتری برای تولید انرژی الکتریکی را کشف کنند. در این رقابت، سیستم‌های تبدیل انرژی بادی (WECS) نسبت به دیگر منابع تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی که به دلیل هزینه بالای به ازای هر کیلووات ساعت توان الکتریکی تولیدی دچار عقب ماندگی است، طرفدار بیشتری دارد. در مجموع، مشارکت این سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر  با سیستم برق طی دو دهه اخیر با سرعت زیادی افزایش یافته است [1]. در بین تمام فناوری‌های موجود برای سیستم‌های تبدیل انرژی بادی، ژنراتور القائی دو سو تغذیه (DFIG) محبوبیت بیشتری دارد چون از مبدل‌هایی با توان کم استفاده می‌کند و به دلیل عملکرد سرعت متغیر توان توان مفیدی کسب می‌کند. 

ژنراتورهاي سنكرون ماشيني است كه براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي ac  به كار مي رود.در ژنراتور سنكرون يك ولتاژ  dc به رتور داده مي شود تا ميدان مغانطيسي رتور شكل بگيرد و سپس رتور به حركت در مي ايد و در سيم پيچ هاي استاتور ولتاژ سه فاز القاء مي كند.براي رساندن جريان dc به رتور مكانيزم خاصي مورد نظر است

1-رساندن توان از يك منبع خارجي به رتور توسط حلقه هاي لغزان و جاروبكها(در اين حالت استهلاك زياد است وبيشتر در ژنراتورهاي كوچك كاربرد دارد)

2-رساندن توان از يك منبع خاص كه مستقيما بر روي محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهاي بزرگ)

ژنراتورهاي سنكرون طبق تعريف سنكرون هستند.بدين معنا كه فركانس الكتريكي توليد شده با سرعت چرخش مكانيكي قفل مي گردد. ولتاژ داخلي توليد شده داخلي در ژنراتور مستقيما با فوران و فركانس متناسب است.

ژنراتورها به عنوان توليد كننده انرژي به صورت سنكرون با شبكه در حال بهره برداري بوده تحت تاثير شبكه مصرف و تغييرات مداوم بار واقع مي باشند بهره برداري مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به كيفيت بهره برداري شبكه بستگي داشته در صورت بروز هرگون اختلال در شبكه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنكرون موجود مي باشد.

Pf  جديد ترين ماشين سنكرون فشار قوي است كه بدون نياز به كليد ژنراتور  (Generator C.B) ، ترانسفورماتور افزاينده و تجهيزات جانبي آن ، توان الكتريكي را مستقيماٌ به شبكه انتقال ، تحويل  مي دهد . Pf يك ژنراتور AC سه فاز با يك روتور معمولي است . تفاوت قابل مقايسه آن با ژنراتور هاي معمولي در طرز قرار گرفتن سيم پيچ هاي استاتور مي باشد ايده جديد بكار گرفته شده ، استفاده از كابل به عنوان سيم پيچ استاتور مي باشد . توليد توان در سطوح مختلف ولتاژهاي شبكه انتقال ، توسط اين ماشين ، مديون پيشرفت در فناوري و ساخت كابلهايي مي باشد كه جايگزين شينه بندي در استاتور ژنراتورهاي متعارف شده است . 

Pf  بعنوان مولد در ژنراتورهاي آبي ( هيدروژنراتورها ) و همچنين نيروگاههاي حرارتي  ( توربوژنراتورها ) مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . در شكل (1) برش عرضي يك توربو پاورفورمر نشان داده شده است . 

Pf در مقايسه با ژنراتورهاي معمولي در ولتاژ بالا و جريان پايين كار مي كند به عبارت ديگر اساس كار پاورفورمر بر مبناي افزايش ولتاژ و كاهش جريان مي باشد . 

ماكزيمم ولتاژ خروجي اين ژنراتور با تكنولوژي كابل محدود مي گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژي بالاي ساخت كابلها ، مي توان ولتاژ آنرا تا سطح KV400 طراحي نمود . هادي استفاده شده در Pf بصورت دوار است در حاليكه در ژنراتورهاي معمولي اين هادي بصورت مستطيلي مي باشد . در نتيجه ميدان الكتريكي در Pf يكنواخت تر خواهد بود . ابعاد سيم پيچ بر اساس ولتاژ سيستم و ماكزيمم قدرت ژنراتور تعيين مي گردد. در Pf لايه خارجي كابل در تمام طول كابل زمين مي گردد . اين امر موجب مي شود كه ميدان الكتريكي در طول كابل محدود گردد و ديگر مانند ژنراتورهاي معمولي ، نياز به كنترل ميدان در ناحيه انتهايي سيم پيچ نباشد . مزاياي زمين كردن كابل سيم پيچ استاتور،اين است كه ديگر خطر كرنا  يا تخليه جزئي  در هيچ ناحيه اي از سيم پيچ وجود ندارد و همچنين ايمني افراد بهره بردار و يا تعمير كار افزايش مي يابد. سر بنديها و اتصالات معمولاً در فضاي خالي مورد دسترس در محل انجام مي گيرد. بنابراين محل اين اتصالات در يك نيروگاه نسبت به نيروگاه ديگر متفاوت  مي باشد. اما در هر حال اين اتصالات در خارج از هسته استاتور مي باشد. براي مثال اتصالات و سربندي ها ممكن است زير ژنراتور و يا خارج از قاب استاتور انجام گيرد. بدين ترتيب اتصالات و سر بندي ها ، مشكلات ناشي از ارتعاشات و لرزشهاي بوجود آمده در ماشينهاي معمولي را نخواهند داشت.

تفاوت مهم پاورفورمر و ژنراتور هاي معمولي اين است كه پاورفورمر مي تواند مستقيماً به شبكه قدرت متصل شود . اين طراحي باعث حذف مدار بريكر ژنراتور، شين جريان بالا و ترانسفورماتور افزاينده نيروگاه مي شود چرا كه پاورفورمر عمل ژنراتور و ترانسفورماتور افزاينده را با هم در خود دارد (شكل (2) را ببينيد).