بررسی رفتار گذرای ژنراتور القایی دوسو تغذیه متصل به سیستم‌ قدرت در هنگام بروز خطا در شبکه

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان‌

چکیده

با افزایش روزافزون سهم مزارع بادی در تأمین برق شبکه‌های قدرت، اهمیت بررسی رفتار گذرای ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه‌های بادی، در هنگام بروز خطا یا اغتشاشات شدید شبکه، بیش‌ازپیش احساس می‌شود. در این میان، بررسی رفتار ژنراتور القایی دوسو تغذیه به‌عنوان متداول‌ترین ژنراتور در صنعت تولید برق بادی اهمیت ویژه‌ای دارد. در این مقاله، ابتدا مدل ریاضی سیستم توربین‌ـ‌ ژنراتور بادی متصل به شبکۀ قدرت به‌منظور تحلیل دقیق شرایط خطا به کار گرفته شده است. این مدل ریاضی شامل یک مدل مرتبۀ پنج از ماشین القایی روتور سیم‌پیچی‌شده به‌همراه مدل دومحوری توربین است. در گام بعدی، ژنراتور القایی دوسو تغذیه متصل به شبکۀ قدرت در نرم‌افزار MATLAB/Simulink شبیه‌سازی و با اعمال خطاهای مختلف در شبکه، چگونگی پاسخ ژنراتور به این اغتشاشات شدید بررسی شده است. در نهایت نیز نقش عوامل و پارامتر‌های مختلف سیستم توربین‌ـ ژنراتور بر پایداری ماشین و قابلیت گذر از خطای آن مورد مطالعه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


 
]1[   کتابی، عباس، یزدخواستی، علی، «کنترل توان اکتیو و رآکتیو یک توربین بادی با ژنراتور دوسو تغذیه (DFIG) توسط روش کنترلی تک‌سیکلی»، نشریه علمى‌پژوهشى مدیریت انرژى، دورۀ 1، شمارۀ 2، صفحۀ 2-10 ،1390.
[2] Alsmadi, Y.M. and et al., "Detailed Investigation and Performance Improvement of the Dynamic Behavior of Grid-Connected DFIG Based Wind Turbines under LVRT Conditions", IEEE Transactions on Industry Applications, May 2018.
[3] Ngamroo, I., "Review of DFIG wind turbine impact on power system dynamic performances", IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2017.
[4]   Chowdhury, M. A., Hosseinzadeh, N., Shen, W. X. and Pota, H. R., "Comparative study on fault responses of synchronous generators and wind turbine generators using transient stability index based on transient energy function", Electrical Power and Energy Systems, 51, pp.145-152, 2013.  
[5] Yaghobi, H., "Out-of-step protection of generator using analysis of angular velocityand acceleration data measured from magnetic flux", Electric Power Systems Research 132, pp.10-21, 2016.
]6[   یعقوبی، حمید، «حفاظت از سنکرونیزم ژنراتور سنکرون در شبکۀ قدرت چندماشینه با استفاده از متغیر محلی»، نشریۀ مدل‌سازی در مهندسی، دورۀ 15، شمارۀ 51، صفحۀ 7-7، زمستان 1396.
[7] Alinezhad, B. and Karegar, H.K., "Out-of-step protection based on Equal Area Criterion", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 32, No. 2, pp. 968 – 977, March 2017. 
[8] Ariff, M. A. M. and Pal, B. C., "Adaptive Protection and Control in the Power System for Wide-Area Blackout Prevention", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 31, No. 4, pp. 1815-1825, August 2016.
[9] Paudyal, S., Ramakrishna, G. and Sachdev, S., "Application of equal area criterion conditions in the time domain for out-of-step protection", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 25, No. 2, pp. 600-609, 2010.
[10]    Shrestha B., Gokaraju R. and Sachdev M., "Out-of-Step Protection Using State-Plane Trajectories Analysis", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 28, No. 2, pp. 1083-1093, April 2013. 
[11]   Hossain M. J., Pota H. R., Mahmud M. A. and Ramos R. A., "Investigation of the Impacts of Large-Scale Wind Power Penetration on the Angle and Voltage Stability of Power Systems", IEEE Systems Journal, Vol. l6, No.1, pp. 76–84, 2012.
[12] Badrzadeh B. and Salman S. K., "Critical Clearing Time of Doubly Fed Induction Generator", IEEE Russia Power Tech Conference, June 2005.
[13]   Mehdipour, C., Hajizadeh, A., Mehdipour, I., "Dynamic modeling and control of DFIG-based wind turbines under balanced network conditions", Electrical Power and Energy Systems 83, pp. 560–569, 2016.
[14] Herberta, G.M., Iniyanb, S., Sreevalsanc, E. and Rajapandiand S., "A review of wind energy technologies", Renewable and Sustainable Energy Reviews 11, pp. 1117–1145, 2007.
[15]   Salman, S.K. and Badrzadeh, B., "New Approach for modeling Doubly-Fed Induction Generator for grid-connection studies", presented at the 8th European Wind Energy Conference and Exhibition, London, 2004.
[16] Sun, T., Chen, Z. and Blaabjerg, F., "Transient Stability of DFIG Wind Turbines at an External Short-circuit Fault", Vol. 8, pp. 345–360, 2005.
[17]  Pena, R., Clare, J.C. and Asher, G.M., "Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation", IEE Proceedings on Electric Power Applications., Vol. 143, No.3, pp. 231-241, May 1996.
[18] Yao, J., Li, H., Liao, Y. and Chen, Z., "An Improved Control Strategy of Limiting the DC-Link Voltage Fluctuation for a Doubly-Fed Induction Wind Generator", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 23, pp. 1205-1213, 2008.
[19] Munoz, J. and Canizares C., "Comparative Stability Analysis of DFIG Based Wind Farms and Conventional Synchronous Generators", Power System Conference and Exposition, March 2011.
[20] Duong, M., Nguyen, H., Le, K., phan T. and Mussetta M., "Simulation and Performance Analysis of a LVRT and Damping Control Scheme for DFIG wind Turbine", IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies, 2016.
[21]   Chowdhury, M. A., Shen, W. X., Hosseinzadeh, N. and Pota, H. R., "Quantitative Assessment and Comparison of Fault Responses for Synchronous Generator and Wind Turbine Generators Based on Modified Transient Energy Function", IET Renewable Power Generation, Vol. 8, No. 5, pp. 474-483, 2014.
[22] Jackson, J., Francis M. and Jin J., "Doubly-fed induction generator based wind turbines: A comprehensive review of fault ride-through strategies", Renewable and Sustainable Energy Rev 45, pp. 447–467, 2015.
[23] Lima, J. R., Damm, G., Benchaib, A. and Nobile, E., " Stability Criterion for the maximum clearing time of a DFIG: an equal area criterion’s equivalent for induction generators", 18th European Conference on Power Electronics and Applications, Karlsruhe, 2016.
 [24] Grilo, A. P., Mota, A. A., Mota, T. M., Freitas, W., "An Analytical Method for Analysis of Large-Disturbance Stability of Induction Generators", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 22, No. 4, pp. 1861-1869, November 2007. 
[25] Michalke, G., Anca D. and Hartkopf, T., "Dynamic behavior of a DFIG wind turbine subjected to power system faults", Proceedings of European Wind Energy Conference, Brussels, 2008.