سیستم تبدیل انرژی بادی مبتنی بر ژنراتور القایی با سیم‌پیچ استاتور دوگانه جهت تغذیۀ بار AC مستقل

نویسندگان

دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه کاشان

چکیده

با توجه به نوسانات سرعت باد در سیستم‌های تبدیل انرژی باد، به‌علت مشکلات ناشی از ‌ژنراتورهای بادی سرعت ثابت، ژنراتور‌های بادی سرعت متغیر بر آن‌ها ترجیح داده می‌شوند. یکی از ‌ژنراتور‌های سرعت متغیر، ژنراتور القایی با سیم‌پیچ استاتور دوگانه است. این نوع ژنراتور در مقایسه با ژنراتور‌های القایی دوسو تغذیه که متداول‌ترین نوع ژنراتور سرعت متغیر در بین توربین‌های بادی محسوب می‌شود، به‌علت حذف جاروبک‌ها و حلقه‌های لغزان، دارای ساختمان مقاوم‌تر و هزینۀ تعمیر و نگهداری کمتر می‌باشد، همچنین به‌علت ساختار روتور قفس سنجابی نسبت به ژنراتورهای القایی دوسو تغذیه بدون جاروبک با ساختار روتور آشیانه‌ای دارای ساختمان ساده‌ترند.
در این مقاله سیستم تبدیل انرژی باد سرعت متغیر با به‌کارگیری ژنراتور القایی با سیم‌پیچ استاتور دوگانه برای تغذیۀ بار جریان متناوب مستقل از شبکه معرفی می‌شود. سپس با به‌کارگیری مبدل‌های الکترونیک قدرت یک ساختار مناسب پیشنهاد می‌شود. به‌منظور تنظیم توان و تثبیت ولتاژ با دامنه و فرکانس مطلوب برای بار مستقل از شبکه تحت شرایط تغییرات بار و سرعت باد با در نظر گرفتن روش‌های کنترلی مناسب حلقه‌های کنترلی برای مبدل‌های الکترونیک قدرت طراحی می‌شود. برای اعتبارسنجی سیستم تحت مطالعه و روش‌ کنترلی مورد نظر، نتایج شبیه‌سازی در محیط SIMULINK نرم‌افزار MATLAB ارائه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] Chinmaya, K. A. and Singh, G. K., "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. [2] Bu, F., Hu, Y., Huang, W., Zhuang, S. and Shi, K., "Wide-Speed-Range-Operation Dual Stator-Winding Induction Generator DC Generating System for Wind Power Applications", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, No. 2, pp. 561-573, Feb. 2015. [3] Shi, K. et al., "Grid-connected dual stator-winding induction generator wind power system for wide wind speed ranges", Journal of Power Electronics, Vol. 16, , No. 4, pp. 1455-1468, 2016 [4] Kavousi, A., Fathi, S. H., Milimonfared, J. and Soltani, M. N., "Application of Boost Converter to Increase the Speed Range of Dual-Stator Winding Induction Generator in Wind Power Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 11, pp. 9599-9610, Nov. 2018. [5] Bu, F., Huang, W., Hu, Y. and Shi, K., "An Excitation-Capacitor-Optimized Dual Stator-Winding Induction Generator With the Static Excitation Controller for Wind Power Application", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 26, No. 1, pp. 122-131, Mar. 2011. [6] Blaabjerg, F. and Ma, K., "Future on Power Electronics for Wind Turbine Systems", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 1, No. 3, pp. 139-152, Sep. 2013. [7] Chen, Z., Guerrero, J. M. and Blaabjerg, F., "A Review of the State of the Art of Power Electronics for Wind Turbines", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, No. 8, pp. 1859-1875, Aug. 2009. [8] Yaramasu, V., Wu, B., Sen, P. C., Kouro, S. and Narimani, M., "High-power wind energy conversion systems: State-of-the-art and emerging technologies", Proceedings of the IEEE, Vol. 103, No. 5, pp. 740-788, May 2015. [9] Nian, H. and Song, Y., "Direct Power Control of Doubly Fed Induction Generator Under Distorted Grid Voltage" IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 2, pp. 894-905, Feb. 2014. [10] Li, H. and Chen, Z., "Overview of different wind generator systems and their comparisons", IET Renewable Power Generation, Vol. 2, No. 2, pp. 123-138, Jun. 2008. [11] Basak, S. and Chakraborty, C., "A New Optimal Current Control Technique for Dual Stator Winding Induction Generator", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 5, No. 2, pp. 820-832, Jun. 2017. [12] Barrado-Rodrigo, J. A. Talpone, J. I. and Martinez-Salamero, L., "Variale-speed wind energy conversion system based on a dual stator-winding induction generator", IET Renewable Power Generation, Vol. 11, No. 1, pp. 73-80, Aug. 2017. [13] Basak, S. and Chakraborty, C., "Dual Stator Winding Induction Machine: Probles, Progress, and Future Scope", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 62, No. 7, pp. 4641-4652, Jul. 2015. [14] Basak, S., Chakraborty, C., and Pal, B. C., "A New Configuration of Dual Stator nduction Generator Employing Series and Shunt Capacitors", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 33, No. 2, pp. 762-772, Jun. 2018. [15] Safaeinejad, A. and Rahimi, M., "Control and performance analysis of grid-connected variable speed wind turbine with dual stator-winding induction generator for the contribution of both stator windings in active power transmission", IET Renewable Power Generation, Vol. 14, No. 5, pp. 2348-2358, October 2020. [16] Hamitouche, K., Chekkal, S., Amimeur, H. and Aouzellag, D., "A new control strategy of dual stator induction generator with power regulation", Journal Européen des Systèmes Automatisés, Vol. 53, No. 4, pp. 469-478, Sept 2020. [17] Reznik, A., Simões, M. G., Al-Durra, A. and Muyeen, S. M., "$LCL$ Filter Design and Performance Analysis for Grid-Interconnected Systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 50, Vo. 2, pp. 1225-1232, March-April 2014. [18] Bin, Y. L., Zargari, N. and Kouro, S., "Appendix B:Generator Parameters", Power Conversion and Control of Wind Energy Systems1st ed. ed. Hoboken, NJ, USA, Wiley-IEEE Press, pp. 319-326, 2011.