基于中小企业的DVR减少电压波动直接电流矢量控制PMSG风力涡轮机

押撒安Varghese¹,S.Bharath²,Aswathy’变为贬义词¹

打开学生,电气电子工程系,SNS技术学院,印度哥印拜陀
电气电子工程系副教授,SNS技术学院,印度哥印拜陀

文摘

风力涡轮机技术迅速发展的最成熟的可再生能源发电技术。电力电子技术的发展,永磁同步发电机(PMSGs)越来越吸引风力涡轮机制造商的利益。提高资产利用率,促进可再生能源的渗透,提高灵活性,可靠性和电网的效率、超导磁能源存储(中小企业)技术已发展中小企业技术有潜力把实权存储特性来保护消费者的负载从电网电压波动在各种故障条件。这个项目分析PMSG风力涡轮机在故障条件下的性能,减少电压波动利用基于中小企业的DVR和它的设计是基于简单的PI控制方法来补偿电压跌落。超导磁的性能能源存储是通过使用MATLAB SIMULINK仿真验证,结果表明,中小企业可以是一个有用的替代直流源的DVR。

关键字

中小企业、动态电压调节器(DVR),功率调节系统(pc),脉冲宽度调制

介绍

保护不可再生资源的激励探索资源发电的新途径,可以清洁、安全、最有价值的长期服务社会。选择了大量的源是一个举手的一部分我们的自然环境和生态友好的可再生能源(RES)。当今最快速增长的可再生能源的风能。

风力发电机运行在一个固定的速度或变速[1]。基于变速操作与音高控制使用PMSG或DFIG[2],大多数主要的风力涡轮机制造商正在开发新的兆瓦风力涡轮机.PMSG规模是一种同步发电机的励磁字段是一个永久磁铁而不是一个线圈。PMSG的优点是:1)无齿轮建设[3];2)更高的效率和能源产量;3)消除直流励磁系统[4];4)改进的热特性PMSG由于缺乏领域损失;5)完整系统的可控性最大风能提取和网格界面;6)在完成fault-ride通过和网格支持[5]。因此DFIG风力涡轮机相比,[6],基于VSC - PMSG的效率和可靠性评估风力涡轮机是更高。

能源存储设备可以分为两个不同的类别,根据他们的应用程序:短期反应能量存储设备和长期反应能量存储设备[7]。短期反应能源设备包括飞轮、超级电容器、中小企业而长期反应能量存储设备包括压缩空气,氢燃料电池,电池,氧化还原流体[7]。在这里我们更关注短期响应能源设备。中小企业已经被用于提高电力系统的性能是高额定功率与最大效率比其他任何能源存储设备。最近的发展和超导和电力电子技术的进步使得中小企业的应用(超导磁储能)系统的一个可行选择带来的一些问题的解决方案经验丰富的电力系统。电力行业的需求更加灵活、可靠和快速的实权补偿设备为中小企业提供了理想的机会应用[8]。

中小企业用于各种应用,如电能质量、定制电源稳定,电压/无功控制,负载匀染、动态响应、热备用、频率控制应用程序[9]。然而,这里我们处理中小企业电能质量应用程序基于DVR凹陷补偿。电压凹陷补偿,动态电压调节器(DVR)作为串联拓扑结构是一个更具成本效益的解决方案[10]。本文介绍了超导磁储能单元的能量存储单元DVR。

PMSG风力发电

一个VSC-based PMSG风力涡轮机是图1所示。它主要由三部分组成:风力涡轮机驱动列车,PMSG和两个背靠背电压源转换器[11]。涡轮传动系,转子叶片的风力涡轮机捕获风能,然后转移到发电机。标准的PMSG用于把机械能转化为电能的定子绕组通过变频器直接连接到电网。变频器是由两个电流控制电压源脉冲宽度调制(PWM)转换器:获得理学硕士学位,GSC的直流电压之间的链接[11],[12],[13]。

PMSG系统有三个控制水平。发电机水平,风力涡轮机,风力发电站水平如图1所示[11],[14]。每个两个vsc控制通过解耦dq发电机矢量控制的水平。MSC PMSG的控制器的功能是实现最大的能源开采风。gridside转换器控制器是用来维持一个恒定的直流环节电压和调整从电网吸收无功功率转换器。风力涡轮机级别包含两个控制器:一个速度控制器和电源控制器。速度控制器给出了功率/扭矩,是指在低风速基于MSC控制器最大能量捕获的原则。在高风速、功率限制控制器增加或减少风力发电机的转子叶片的俯仰运动防止涡轮超过额定功率。整个工厂的电力生产是在风力发电站级别确定基于网格的要求。参考功率信号,根据网格需要每个风力涡轮机是由中央控制系统发送; while the local turbine control system ensures that the reference power signal sent by the central control system is reached [14].

a .控制器电路机侧变换器(MSC)

MSC的直流矢量控制策略,是一个嵌套循环结构,如图2所示。它由三个部分组成:

1)转换速度控制和电流控制。

2)直接电流控制的发展机制

3)从当前控制信号转换电压控制信号

b .电网侧变换器控制器电路

GSC的直流矢量控制策略图3所示是通过一个嵌套循环控制器实现以下方法:

1)改变直流环节电压和无功功率控制d -和q-axis电流控制。

2)开发直接电流控制方案。

3)将电流控制信号转换为电压控制信号[14]。

首先,直流母线电压控制转换通过直流环节电压控制器,d-axis电流控制和交流系统无功功率控制转换q-axis通过无功功率控制器电流控制。第二,一个内部电流环控制器开发了基于直流矢量控制机制通过生成d -和q-axis调优我'sd 'sq电流信号通过一个自适应调优策略[15],[16]。电流环控制器的目的是保证电能质量最高的交流系统的谐波和不平衡。因此,类似的消除当前循环GSC控制不是一个选择。第三,d和我'sd 'sq q-tuning电流信号产生的电流环控制器传输到d -和q-voltage信号v * d1和v * q1 GSC由于VSC结构。电流电压控制信号的转换是通过实现的

V * d1 =射频我−ωsLf 'q + vd

V * q1 = Rfi 'q +ωsLfi会(2)

中小企业的配置

直到1970年代超导磁储能(SMES)技术在电力系统第一次被提出。能量存储在循环直流电流所产生的磁场超导线圈。从图4可以看出,中小企业系统由几个子系统组成。一个大型超导线圈是一个中小企业的核心系统,包含在低温恒温器或杜瓦组成的真空容器和液体容器中,冷却线圈[17]。低温系统还用于保持温度低于超导体的临界温度。ac / dc电脑是用于两个目的:一是将电能从直流到交流,另一个是充电和放电线圈。最后,一个变压器提供了与电力系统的连接,减少了电脑操作电压可以接受的水平。

中小企业系统,电感储能在焦耳(E)和额定功率(P在瓦特)通常给定的规范中小企业设备,并且可以表示如下:

L是线圈的电感,我是直流电流通过线圈,和V的电压线圈。尽管中小企业系统可能不符合成本效益,目前,他们有一个积极的成本和环境影响,减少燃料消耗和排放。

集成DVR的中小企业

基于中小企业的DVR的基本结构是图5所示。它由超导磁储能单元,电容器银行,电压源逆变器(VSI)、低通滤波器和电压注入变压器。

在中小企业是基于其简单的原则设计的。它的能量释放电路模型,如图6所示。

电路模型有三个操作:

1)Energy-charging状态(关闭K1和K3,打开K2);

2)储能状态(关闭K2和K3,打开K1);

3)能量放电状态(关闭K2,打开K1和K3)。

充电周期,电磁线圈在直流源的地方。当一定数量的能源存储在线圈直流源移除&电磁线圈通过超导体材料做空。所以持续电流流过线圈没有衰变和能量存储在电磁线圈。电磁线圈放电的能量,负电压线圈。为了减轻模拟电压凹陷在实际应用程序中,一个离散PWM-Based控制方案实施,参照DVR如图7所示。控制方案的目的是维持一个恒定电压级敏感负载点,在系统干扰。控制系统只措施rms电压负载点;DVR控制系统施加一个电压的角度控制如下:

电压凹陷是在创建终端负载的三相故障如图4所示。负载电压转换成单位数量和通过一个序列分析仪。然后大小是与参考电压(Vref)通过误差信号被用来喂养PI控制器。这个电压是美联储触发电路。脉冲宽度调制(PWM)控制技术应用于逆变器开关,以产生一个三相50 Hz正弦电压在负载终端。斩波频率范围内的几千赫。与PI控制器控制IGBT逆变器为了保持1部件电压电压负载终端即视为基地= 1 p.u。

PI控制器处理误差信号并生成所需的角δ驱动误差为零,例如;rms的负载电压带回参考电压。应该注意的是,一个假设的平衡网络和操作条件。调节角δ或δPWM发生器的应用阶段,而阶段B和C是转移的角度分别为240°和-120°和120°。

弗吉尼亚州=罪(ωt +δ)

VB =罪(ωt +δ-2π/ 3)

VC =罪(ωt +δ+ 2π/ 3)

比例积分控制器的一个优势是,积分项引起的稳态误差为零阶跃输入。比例积分控制器的输入是一个启动信号Vref和Vin的区别。控制器的输出块的形式的一个角δ,它引入了附加相位滞后/三相电压中的铅。误差检测器的输出

Vref-Vin。

Vref等于1部件电压

Vin电压在负载终端部件。

控制器的输出相比在PWM信号发生器的结果所需的序列。

仿真和结果

第一个模拟进行了不基于中小企业的DVR和单相接地故障应用于系统与故障点电阻0.44Ω的时间。3 0,结果电压下降如图8所示为单相接地故障和图9和10两个阶段,三个阶段分别接地故障。

第二个模拟是基于中小企业的DVR的测试系统。它是由一个110千伏,50赫兹生成系统,养活一个分销网络通过变压器连接在Y /Δ,115/11 kV。我们验证了DVR的电压补偿0.44欧姆故障电阻的固定时间0。3。DVR的性能存在超导磁储能单元(中小企业)对称三相接地故障,分析了两相接地故障和单相接地故障。仿真结果的测试系统使用基于中小企业的DVR在各种故障图11所示,图12和图13所示

结论

一个新的设计,结合了超导磁储能模块作为缓解的直流电压源电压凹陷在故障条件下基于PMSG的风力涡轮机和提高配电系统的电能质量基于DVR提出了。仿真结果证明,中小企业可以是一个有用的替代直流源的DVR。

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