هموارسازی نوسانات و برداشت حداکثر توان در توربین باد متصل به dfig با ساختار مبدل ماتریسی

استفاده از نیروگاه های بادی به عنوان تامین کننده نیازهای رو به افزایش انرژی الکتریکی و یا جایگزینی برای منابع تولید مرسوم، در دو دهه اخیر مورد توجه بسیار قرار گرفته است. بنابراین، بررسی همه جانبه مشکلات احتمالی ناشی از انرژی باد و یافتن روش هایی برای حل آن ها ضروری و حائز اهمیت فراوان است. یکی از این مشکلات، مربوط به ماهیت نوسانی و غیر قابل پیش بینی باد است؛ که منجر به نوسانات ناخواسته در توان الکتریکی خروجی توربین های باد می شود. توربین های مدرن مبتنی بر فناوری ژنراتورهای سرعت متغیر نوسانات توان کمتری نسبت به ژنراتورهای سرعت ثابت تولید می کنند. اما با فراگیر شدن استفاده از انرژی باد و افزایش میزان نفوذ آن در شبکه های قدرت، توان نوسانی بیشتری به شبکه تزریق می شود؛ این مساله می تواند مشکلاتی در زمینه کنترل فرکانس شبکه قدرت بوجود آورد. به عبارت دیگر، اگر سطح نفوذ انرژی باد زیاد شود، تولیدکنندگان سنتی در کنترل فرکانس شبکه و تثبیت آن دچار مشکل خواهند شد. لذا در این زمینه مطالعات بسیاری صورت گرفته و روشهای هموارسازی توان خروجی در سیستم های شامل ژنراتور سرعت ثابت و سرعت متغیر مبتنی بر مبدل پشت به پشت ارائه شده است. با توجه به مزایای مبد ل های ماتریسی و امکان بکارگیری آن ها در توربین های باد متصل به dfig، برای اولین بار در این رساله نوسانات توان خروجی توربین باد متصل به dfig بر مبنای ساختار مبدل ماتریسی مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، روش های کنترلی ارائه گردیده که منجر به هموارسازی توان خروجی و حفظ استحصال حداکثر توان خواهد شد. جهت ارزیابی کمی میزان نوسانات توان خروجی و درجه هموارسازی و همچنین بهینگی توان برداشتی از باد، دو شاخص جدید معرفی شده است. این شاخص ها در حوزه فرکانس محاسبه می شوند. با توجه به اینکه مطالعه انجام شده در این رساله مربوط به بازه فرکانسی چند صدم تا یک هرتز است، برای بدست آوردن دقت کافی در محاسبات نیاز به انجام شبیه سازی ها در بازه های چند صد ثانیه ای است. از طرف دیگر، به دلیل فرکانس کلیدزنی بالای مبدل ماتریسی و در نتیجه زمان بر بودن شبیه سازی، یک مدل دینامیکی برای مبدل ماتریسی معرفی شده است که سرعت شبیه سازی را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. دقت مدل پیشنهادی بر اساس نتیجه شبیه سازی های انجام شده در محیط نرم افزاری pscad/emtdc و همچنین یک نمونه آزمایشگاهی، مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور طراحی یک الگوریتم هموارسازی موثر، بازه های فرکانسی حساس در سیستم تک ناحیه ای و دو ناحیه ای شامل واحدهای حرارتی و آبی شناسایی شده است. علاوه بر این، تاثیر پارامترهای مختلف توربین و ژنراتور، نوع مبدل (ماتریسی و پشت به پشت) بر نوسانات توان خروجی بررسی شده است. یک نمونه آزمایشگاهی از توربین باد متصل به dfig و مبدل ماتریسی فراهم و الگوریتم هموارسازی پیشنهادی بر روی آن اعمال و نتایج تحلیل شده است.