یک روش کنترلی جدید در ژنراتور القایی دو سیم پیچه استاتور در حالت اتصال مستقیم به شبکه با هدف جذب حداکثر انرژی باد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران مرکز تحقیقات ریز شبکه‌های هوشمند، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

2 کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، واحد نایین، دانشگاه آزاد اسلامی، نایین، ایران

چکیده

در این مقاله یک ساختار کنترلی جدید برای توربین های بادی و ژنراتور‌های القایی سه فاز قفسه سنجابی با دو سیم‌پیچ استاتور، در شرایط اتصال مستقیم به شبکه و به منظور بهره‌مندی از حداکثر انرژی باد معرفی شده است. این ژنراتور از دو سیم‌پیچ سه فاز متقارن ایزوله بهره-مند می‌باشد. اولین سیم‌پیچ سه فاز استاتور برای تأمین توان راکتیو مورد نیاز ماشین در نظر گرفته شده و می‌توان با تغذیۀ کنترل شدۀ این سیم‌پیچ اهداف کنترلی مورد نظر در این مقاله را پیاده‌سازی نمود. سیم‌پیچ دوم استاتور نیز بعنوان ترمینال خروجی ژنراتور می‌باشد. این ژنراتور می‌تواند ولتاژی با فرکانس ثابت و مستقل از سرعت چرخش محور یا میزان بار را تولید و در خروجی خود تحویل نماید. علاوه بر ویژگی ذاتی فوق، در این مقاله با طراحی سیستم کنترلی مناسب، امکان بهره‌مندی از حداکثر انرژی باد را در سرعت‌های مختلف فراهم نموده و علاوه بر آن امکان کنترل دلخواه بر روی میزان تبادل توان اکتیو بین ژنراتور و شبکه فراهم شده است. به این منظور تغذیه سیم‌پیچ تحریک از طریق یک مبدل پشت به پشت کنترل شده‌ای صورت می‌گیرد که خود بعنوان تأمین‌کننده توان راکتیو ماشین و حتی شبکه از یکسو و مسیری برای خروج انرژی تبدیل یافته از ژنراتور به سمت بار از سوی دیگر تلقی می شود. سیستم کنترلی پیشنهادی به کمک یک برنامۀ نوشته شده به زبان C++ شبیه سازی گردیده و نتایج بدست آمده، مؤید عملکرد صحیح و مؤثر سیستم بوده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A New Control System for a Dual Stator-Winding Cage Rotor Induction Generator in Direct Grid Connected Condition with Maximum Power point tracking of Wind Turbine

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Moradian 1
  • Abolfazl Soltani Mohammadi 2
1 Assistant prof./Islamic Azad University, Najafabad Branch
2 Department of Electrical Engineering, Naein Branch, Islamic Azad University, Naein, Iran.
چکیده [English]

In this research a new control system for MPPT in a grid connected three-phase squirrel cage induction wind turbo-generator is presented. This generator is consisted of two Isolated three-phase windings. The first winding is considered to provide the reactive power required by the machine. Obviously, by a controlled feeding of the winding, the desired control goals in this research will be implemented. The second winding is introduced as the main output of the generator. The generator can produce electricity by constant frequency and independent of the axis rotation speed or load and deliver on its output. In addition to the intrinsic qualities above, in this research by designing the proper control system provides the possibility to use maximum wind energy at different speeds, besides that an arbitrary control over the amount of active power exchange between the generator and the grid is provided. For this purpose, feeding the stimulus winding is done by a controlled back-to-back convertor which itself is considered as the supplier of the reactive power of the machine and even the grid on the one hand and the path to the energy output turned from the generator to the load on the other. The proposed control system is simulated by a C++ computer program and the results show the capability and effectiveness of the proposed control method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Double Stator Winding Induction Generator
  • Maximum power point tracking
  • Wind Turbine
1. G. Shahgholian, K. Khani, M. Moazzami, "Frequency control in autanamous microgrid in the presence of DFIG based wind turbine", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 6, No. 23, pp. 3-12, Dec. 2015 (in Persian).

2. H. Polinder, J.A. Ferreira, B.B. Jensen, A.B. Abrahamsen, K. Atallah, “Trends in wind turbine generator systems”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 1, No. 3, pp. 174–185, Sep. 2013.

3. S. Basak, C. Chakraborty, “Dual stator winding induction machine: Problems, Progress, and Future Scope”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 62, No. 7, pp. 4641-4652, July 2015.

4. J. Bjornstedt, F. Sulla, O. Samuelsson, “Experimental investigation on steady-state and transient performance of a self-excited induction generator”, IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 5, No. 12, pp. 1233–1239, Dec. 2011.

5. H.S. Che, E. Levi, M. Jones, M.J. Duran, W. Hew, N.A. Rahim, “Operation of a six-phase induction machine using series-connected machine-side converters”,  IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 61, No. 1, pp. 164-176, Jan. 2014.

6. Y. Hu, W. Huang, Y. Li, “A novel instantaneous torque control scheme for induction generator systems”, IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 25, No. 3, pp. 795-803, Sep. 2010.

7. M. Tavoosi, B. Fani, E. Adib, "Stability analysis and control of DFIG based wind turbine using FBC strategy", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 4, No. 15, pp. 31-42, Dec. 2013 (in Persian).

8. M. Fooladgar, E. Rok-Rok, B. Fani, Gh. Shahgholian, Evaluation of the trajectory sensitivity analysis of the DFIG control parameters in response to changes in wind speed and the line impedance connection to the grid DFIG",

Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 5, No. 20, pp. 37-54, March 2015 (in Persian).

9. S. Jenab, B. Fani, H. Ghasvari, "Transient performance iprovement of wind turbines with doubly fed induction generators using fractional order control strategy", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 4, No. 16, pp. 17-28, March 2014 (in Persian).

10. S. Shao, T. Long, E. Abdi, RE.A. McMahon, “Dynamic control of the brushless doubly fed induction generator under unbalanced operation”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 60, No. 6, pp. 2465-2476, Jun. 2013.

11. B. Singh,  S.S. Murthy, S. Gupta, "A stand-alone generating system using self-excited induction generators in the extraction of petroleum products|, IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 46, No. 1, pp.94-101, Jan./Feb. 2010.

12. M. Moradian, J. Soltani, "A novel control method for an isolated three-phase induction generator with constant frequency and adjustable output voltage", International Trans. on Electrical Energy Systems, Vol. 26, No. 10, pp. 2074-2086, Oct. 2016.

13. M. Moradian, J. Soltani, "Sliding mode control of a new wind-based isolated three-phase induction generator system with constant frequency and adjustable output voltage, Journal of Power Electronics, Vol. 16, No. 2, pp. 675-684, March 2016.

14. M. Moradian, J. Soltani, "An Isolated three-phase induction generator system with dual stator winding sets under unbalanced load condition", IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 31, No. 2, pp. 531-539, Jan. 2016.

15. F. Bu, H. Liu, W. Huang, H. Xu, Y. Hu, "Recent advances and developments in dual stator-winding induction generator and system", IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 33, No. 3, pp. 1431-1442, Jan. 2018.

16. K.A. Chinmaya, G.K. Singh, "Performance evaluation of multiphase induction generator in stand-alone and grid-connected wind energy conversion system", IET Renewable Power Generation, Vol. 12, No. 7, pp. 823-831, May 2018.

17. G. Semrau, "Dynamic modeling and characterization of a wind turbine system leading to controls development", M.Sc. Thesis in Mechanical Engineering, Kate Gleason College of Engineering, Rochester New York, August 2010.

18. Vas P. Electrical machines and drives: A space-vector theory approach. Clarendon Press; Oxford, United Kingdom. 1992.