نمودارهای زیر نمایانگر توانهای اکتیو در حالت اتصال و بدون اتصال میباشند. نمودار به رنگ آبی توان اکتیو شبکه در حالت بدون اتصالGSC به شبکه و نمودار به رنگ سبز توان اکتیو شبکه در حالت اتصالGSC به شبکه میباشد. در حالت بدون اتصال به شبکه توان اکتیو یک نوسان با دامنه ۸۰۰ وات بین زمانهای ۲.۲ تا ۳ ثانیه داشته و در لحظه ۳ ثانیه توان روی ۲۲۰۰ وات ثابت میگردد. در حالت اتصال به شبکه توان اکتیو یک نوسان با دامنه ۸۰۰ وات بین زمانهای ۲.۲ تا ۳ ثانیه داشته و در لحظه ۳ ثانیه توان روی ۳۰۰۰ وات ثابت میگردد، یعنی به میزان ۸۰۰ وات افزایش توان در شبکه مشاهده میگردد.
شکل (۴-۷) نمودار توانهای اکتیو در حالت با وبدون اتصال GSC به شبکه
شکل زیر نوسانات ولتاژ لینک DC را نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود نوسانات ولتاژ لینک DC به سه قسمت تقسیم شده است. در قسمت اول که مربوط به دوره زمانی ۰ تا۰.۶ میباشد نوسانات با دامنه تغییرات ۱.۲ ولت می با شند. در قسمت دوم بین دوره های زمانی ۰.۶ تا ۲.۵ ثانیه نوسانات با دامنه تغییرات ۰.۲ اتفاق می افتد. و بالاخره در قسمت سوم که در دوره زمانی ۲.۵ تا ۲۰ ثانیه اتفاق می افتد ولتاژ تقریبا در یک مقدار ثابت ۵۲۰.۳ قرار گرفته و نوساناتی در حدود ۰.۱ ولت دارد.
شکل (۴-۸) نوسانات ولتاژ لینک DC
۴-۳-۱-۲- عملکرد سیستم در حالت سرعت باد متغیر
در این مرحله سرعت باد متغیر و با بلوک (Repeating Sequence Stair) موجود درMATLAB simulink مدل شده است. در این بلوک میتوان سطوح مختلف باد را به صورت توابع پله شبیهسازی نمود. در این مدلسازی سطوح باد[۱، ۶، ۴، ۸، ۳] در دوره زمانی ۰ تا ۲۰ ثانیه در نظر گرفته شده است. ولتاژ شبکه روی ۴۰۰v تنظیم شده است.
شکل زیر گشتاور تبدیل یافته توسط گیربکس توربین میباشد که بطور مستقیم به ژنراتور DFIGاعمال میگردد. در حالتی که سرعت باد متغیر است،گشتاورهای متفاوتی را مشاهده میکنیم. در دوره ی زمانی اول سرعت باد ۳ m/s بوده و گشتاور توربین بادی معادل ۰.۵۸۲ (N.m)میباشد. در دوره زمانی دوم سرعت باد به ۸ m/s و گشتاور توربین به ۳.۹ (N.m)میرسد. دوره زمانی سوم سرعت و گشتاور به ترتیب به ۴ m/s و ۱ (N.m) کاهش مییابند. در دوره زمانی چهارم شاهد افزایش سرعت ۶ m/s و افزایش گشتاور ۲.۲ (N.m) هستیم. و بالاخره در دوره زمانی پنجم سرعت و گشتاور به ترتیب ۱ m/s و ۰.۰۷ (N.m) کاهش مییابند.
شکل (۴-۹) گشتاور تولیدی توسط توربین در سرعت باد متغیر
همانطور که از شکل زیر مشاهده میگردد گشتاور الکترومغناطیسی در ابتدا تا مدت زمان ۵.۶ ثانیه در حالت موتوری بوده که نسبت به حالت ایدهآل ۳.۱ ثانیه افزایش یافته است. تبدیل از حالت موتوری به ژنراتوری در زمان ۵.۶ ثانیه صورت گرفته و در زمانهای بعد شاهد گشتاور منفی هستیم که پس از یک نوسان ۱.۴ ثانیه ای گشتاور در مقدار ۳.۹- ثابت میگردد این مقدار گشتاور بدین معناست که سرعت باد در موقعیت ۸ m/sمیباشد (این نتیجه را میتوان از نمودار شکل (۹-۴) بدست آورد).بعد از گذشت ۸ ثانیه سرعت باد تغییر کرده و گشتاور را دچار نوسان ۱.۴ ثانیه ای میکند و در زمان ۹.۴ ثانیه گشتاور در مقدار -۱ (N.m) ثابت میگردد که نمایانگر سرعت ۴ m/s باد میباشد. تغییرات دورهای چهارم گشتاور در زمان ۱۲ ثانیه اتفاق میافتد که دوباره پس از ۱.۴ ثانیه یعنی در زمان ۱۳.۴ ثانیه شاهد سطح جدید گشتاور به مقدار -۲.۲ (N.m) هستیم که معادل با سرعت باد ۶ (m/s)میباشد. و بالاخره در دوره پنجم روند تغییر گشتاور در زمان ۱۶ ثانیه اتفاق افتاده و پس از ۱.۴ ثانیه نوسان گشتاور در زمان ۱۷.۴ به مقدار ثابت -۰.۰۷ (N.m)میرسد که معادل سرعت باد ۱ m/sمیباشد.
شکل (۴-۱۰) گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور DFIG در سرعت باد متغیر
شکل زیر نمودار سرعت DFIG را تحت سرعتهای مختلف باد را نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود همان سیر افزایش سرعت و رسیدن به سرعت ثابت با کمی تغییرات نسبت به نمودار شکل (۵-۴) تکرار میگردد. اولین تغییر در زمان ۴ ثانیه اتفاق می افتد. این زمانی است که سرعت باد از ۴ m/s به ۸ m/s تغییر حالت میدهد. در این وضعیت نمودار سرعت با شیب بیشتری شروع به رسیدن به حالت تعادل میکند. در زمان ۵.۶ ثانیه یک overshoot داشته که سرعت را به ۳۲۷ (rad/s) می رساند که این تغییر سرعت معادل تغییر از حالت موتوری به ژنراتوری در نمودار گشتاور الکترومغناطیسی در شکل (۱۰-۴) میباشد. زمان رسیدن به سرعت ثابت در این حالت نسبت به حالت ایده آل حدود ۳.۱ ثانیه افزایش یافته است. بعد از گذشت ۸ ثانیه یک نوسان با دامنه ۵ اتفاق میافتد و پس از ۱.۴ ثانیه سرعت به حالت تعادل ۳۱۴ m/sمیرسد. تغییر سرعت بین زمانهای ۱۲ تا ۱۶ ثانیه در حدود ۱ (rad/s) افزایش و بین زمانهای ۱۶ تا ۲۰ ثانیه ۱ (rad/s) کاهش مییابد.
شکل (۴-۱۱)سرعت روتور برحسب (rad/s) در سرعت باد متغیر
نمودارهای زیر نمایانگر توانهای اکتیو در حالت اتصال و بدون اتصال میباشند. نمودار به رنگ آبی توان اکتیو شبکه در حالت بدون اتصالGSC به شبکه و نمودار به رنگ سبز توان اکتیو شبکه در حالت اتصالGSC به شبکه میباشد. تغییرات مشهودی که در توانهای اکتیو نسبت به حالت ایدهآل میتوان مشاهده نمود، زمان رسیدن به مقادیر ثابت است که نسبت به حالت ایده آل ۳.۳ ثانیه افزایش یافته است. در زمانهای ۸ ، ۱۲ و ۱۶ نوساناتی مشاهده میشود که ناشی از تغییرات سرع
ت و گشتاور میباشد.
شکل (۴-۱۲) نمودار توانهای اکتیو در حالت با وبدون اتصال GSC به شبکهدر سرعت باد متغیر
شکل زیر نوسانات ولتاژ لینک DC را نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود نوسانات ولتاژ لینک DC به پنج دوره زمانی تقسیم شده است. دوره زمانی اول و بخشی از دوره زمانی دوم یعنی از ۰ تا ۵.۶ ثانیه مربوط به افزایش سرعت روتور تا رسیدن به سرعت متعادل میباشد که مشاهده میگردد میزان نوسان نسبت به دوره های بعدی بیشتر میباشد. یک تغییر سطح ولتاژ بین زمان ۲.۷ تا ۳.۱ اتفاق افتاده که مربوط به تغییر سرعت باد از ۳ به ۸ متر بر ثانیه میباشد. نیمه دوم دوره دوم یعنی زمان ۶ تا ۸ ثانیه سطح ولتاژ ثابت شده و میزان نوسانات کاهش مییابد.در دوره زمانی سوم یعنی بین ۸ تا ۱۲ ثانیه زمانی است که از ۸ به ۴ متر بر ثانیه کاهش مییابد و شاهد افت ولتاژ در ولتاژ لینک DC به میزان ۵۱۵.۴ ولت هستیم. در دوره زمانی چهارم که سرعت باد از ۴ به ۶ متر بر ثانیه افزایش مییابد شاهد یک افزایش ولتاژ به میزان ۵۱۶.۱ ولت تا نصف دوره و دوباره کاهش سطح ولتاژ به ۵۱۵.۵ تا زمان ۱۶ ثانیه هستیم. و در نهایت در سرعت باد ۱ m/s سطح ولتاژ در مقدار ۵۱۵.۶ ثابت باقی میماند.
شکل (۴-۱۳) نوسانات ولتاژ لینک DC در سرعت باد متغیر
۴-۳-۱-۳- عملکرد سیستم در حالت تغیرات ولتاژ
در این مرحله سرعت باد ثابت است و افت ولتاژ ۵۰ درصد سه فاز متقارن درمدت زمان ۰.۲ ثانیه (۴-۱۲) به سیستم اعمال میگردد. شکل (۴-۱۳) تغییرات سطح ولتاژ را نشان میدهد.
شکل (۴-۱۴) افت ولتاژ ۵۰ درصد سه فاز متقارن
با توجه به شکل (۴-۱۴) مشاهده میشود که در زمان افت ولتاژ شبکه گشتاور به شدت دچار نوسان شده و ماکزیمم دامنه نوسان گشتاور در این زمان به ۸.۳ نیوتن متر میرسد.بعد از گذشت ۱.۵ ثانیه نوسانات برطرف شده و دوباره گشتاور ثابت میگردد.
شکل (۴-۱۵) نمودار گشتاور الکترومغناطیسی در هنگام بروز افت ولتاژ
شکل زیر نمودار سرعت DFIG را تحت افت ولتاژ لحظهای شبکه نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میشوددرنمودار سرعت روتور یک برآمدگی با دامنه ۹ ایجاد میگردد و سرعت را به ۳۲۶ (rad/s) میرساند که ناشی از افت ولتاژ شبکه میباشد. بعد از ۱.۵ ثانیه سرعت به حالت اولیه خود باز میگردد.
شکل (۴-۱۶) سرعت روتور بر حسب (rad/s) در هنگام بروز افت ولتاژ
نمودار زیر توانهای اکتیو در حالت اتصال GSC و بدون اتصال GSC به شبکه میباشند که به ترتیب با رنگهای سبز و آبی نشان داده شدهاند. همانگونه که مشاهده میشود در هنگام بروز افت ولتاژ در شبکه شاهد یک تغییر قابل ملاحظهای در سطح توان اکتیو در زمان ۱۴ ثانیه خواهیم بود بطوری که یک افت توان شدیدی داشته و پس از ۱.۵ ثانیه به مقدار توان اولیه خود باز میگردند.
شکل (۴-۱۷) نمودار توانهای اکتیو در حالت با وبدون اتصال GSC به شبکه در هنگام بروز افت ولتاژ
شکل زیر نوسانات ولتاژ لینک DC را نشان میدهد.همانطور که از شکل مشاهده میگردد در فاصله زمانی ۱۴ تا ۱۴.۲ شاهد افزایش سطح ولتاژ اندکی هستیم و پس از آن ولتاژ لینک DC خازن در یک حالت تعادل جدید قرار میگیرد.
شکل (۴-۱۸) نوسانات ولتاژ لینک DC در هنگام بروز افت ولتاژ
۴-۳-۱-۴- عملکرد سیستم در حالت تغییرات همزمان ولتاژ و سرعت باد
در این مرحله سرعت باد متغیر است و افت ولتاژ ۵۰ درصد سه فاز متقارن درمدت زمان ۰.۲ ثانیه (۱۴-۱۴.۲) به سیستم اعمال میگردد. شکل (۴-۱۴) تغییرات سطح ولتاژ و شکل (۴-۹) تغییرات گشتاور با تغییر سرعت باد را نشان میدهند.
همانگونه که از شکل مشاهده میگردد، با وجود سرعتهای مختلف باد سیستم عملیات کنترلی خود را به خوبی انجام میدهد. در دوره چهارم یک افت ولتاژ ۵۰ درصد ۰.۲ ثانیهای به سیستم اعمال میگردد. با وجود این خطا سیستم از کنترل خارج نشده و پس از ۱.۵ ثانیه به سطح گشتاور قبلی خود باز میگردد.
شکل (۴-۱۹) نمودار گشتاور الکترومغناطیسی در هنگام بروز افت ولتاژ و سرعت باد متغیر
شکل زیر نمودار سرعت DFIG را تحت افت ولتاژ لحظهای شبکه و سرعت باد متغیر نشان میدهد. نکته جالب توجه در این نمودار اضافه شدن نوسان در زمان ۱۴ ثانیه میباشد که ناشی از افت ولتاژ لحظه ای شبکه است. در این حالت سرعت از ۳۱۵.۶ به ۳۲۰ رسیده و پس از ۱.۵ ثانیه به سرعت قبلی خود باز میگردد.
شکل (۴-۲۰) سرعت روتور بر حسب (rad/s) در هنگام بروز افت ولتاژ و سرعت باد متغیر
نمودار زیر توانهای اکتیو در حالت اتصال GSC و بدون اتصال GSC به شبکه میباشند که به ترتیب با رنگهای سبز و آبی نشان داده شدهاند. سیستم در شرایط افت ولتاژ و سرعت باد متغیر مورد بررسی قرار میگیرد. نوسانات کوچکی که مشاهده میشود مربوط به تغییر سطوح سرعت باد که متناسب با آن سطح توان تغییر میکند، و نوسان بزرگ مربوط به افت ولتاژ شبکه میباشد که باعث ایجاد افت توان بزرگی در شبکه میگردد.
شکل (۴-۲۱) نمودار توانهای اکتیو و راکتیو مربوط به استاتور در هنگام بروز افت ولتاژ و سرعت باد متغیر
شکل زیر نمایانگر نمودار ولتاژ لینک DC تحت شرایط افت ولتاژ شبکه و سرعت متغیر باد میباشد. با توجه به نمودار سرعت شکل (۴-۲۰) زمان بین ۰ تا ۵.۶ ثانیه مربوط به سرعت گرفتن ژنراتور تا رسیدن به سرعت متعادل میباشد که متناسب با تغییرات سرعت، ولتاژ لینک DC نیز دچار نوساناتی میشود در زمان بین ۲ تا ۳ ثانیه تغییراتی در سطح ولتاژ مشاهده میگردد که ناشی از تغییرات سرعت میباشد. در نیمه دوم دوره دوم یعنی زمان بین ۵.۶ تا ۸ ثانیه به یک سطح ولتاژ ثابت میرسیم. در این دوره زمانی سرعت باد معادل ۸ m/sمیباشد. دوره زمانی ۸ تا ۱۲ ثانیه سرعت باد از از ۸ به ۴ متر بر ثانیه کاهش مییابد که متناسب با آن ولتاژ لینک DC هم دچار افت ۲ vمیگردد. زمان بین ۱۲ تا ۱۶ ثانیه زمانی است که هم تغییر سرعت باد از ۴ به ۶ متر بر ثانیه و هم افت ولتاژ شبکه اتفاق میافتد. بنابراین ولتاژ لینک DC به افزایش خود تا زمان ۱۴ ثانیه ادامه میدهد. در زمان (۱۴-۱۴.۲) افت ولتاژ ۵۰ درصد شبکه اتفاق افتاده که متناسب با آن ولتاژ لینک DC هم کاهش مییابد. در زمان بین ۱۶ تا ۲۰ ثانیه، ولتاژ در مقدار ۵۱۴.۳ v ثابت میگردد که معادل با سرعت باد ۱ m/sمیباشد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
شکل (۴-۲۲) نوسانات ولتاژ لینک DC در هنگام بروز افت ولتاژ و سرعت باد متغیر
۴-۳-۱-۵- عملکرد سیستم در حالت تغییرات نامتقارن ولتاژ
در این مرحله سیستم تحت تغییرات نامتقارن ولتاژ و سرعت باد ثابت ۸ (m/s) مورد بررسی قرار میگیرد. برای ایجاد نامتقارنی، ولتاژ فاز a مقدار ۳۰۰ ولت و ولتاژ فازهای b و c مقدار ۴۰۰ ولت در نظر گرفته شده است.
نمودار شکل زیرنمایانگر گشتاور الکترومغناطیسی در شرایط ولتاژنامتقارن شبکه میباشد. همان گونه که ملاحظه میگردد حالت تبدیل موتوری به ژنراتوری صورت میگیرد ولی پس از زمان ۴ ثانیه گشتاور سریعاً به مقدار صفر رسیده و از حالت ژنراتوری خارج میگردد.
شکل (۴-۲۳) نمودار گشتاور الکترومغناطیسی در شرایط ولتاژ نامتقارن
شکل زیر سرعت روتور در شرایط نامتعادل ولتاژ را نشان میدهد. در زمان ۲.۹ ثانیه سیستم به سرعت نامی خود میرسد، اما نامتعادلی ولتاژ سبب میگردد سرعت ثابت نبوده و شیب افزایشی داشته باشد و از حالت کنترل خارج گردد.
شکل (۴-۲۴) نمودار سرعت روتور بر حسب (rad/s)در شرایط ولتاژ نامتقارن
نمودار زیر توانهای اکتیو در حالت اتصال GSC و بدون اتصال GSC به شبکه میباشند که به ترتیب با رنگهای سبز و آبی نشان داده شدهاند. با مقایسه شکل زیر و شکل (۷-۴) ملاحظه میگردد نوسانات توان افزایش یافته است. بطوری که نوسانات توان در حالت نامتقارن به میزان ۱۸۰۰ وات میباشد.
شکل (۴-۲۵) نمودار توانهای اکتیو در حالت با وبدون اتصال GSC به شبکه در شرایط ولتاژ نامتقارن
شکل زیر مربوط به نوسانات ولتاژ لینک DC در هنگام ایجاد نامتقارنی ولتاژ شبکه میباشد. با مقایسه نمودار شکل زیر با شکل (۴-۸) ملاحظه میگردد علاوه بر افت ولتاژ ۱ ولت میزان نوسانات ولتاژ لینک DC نیز بیشتر شده است.
شکل (۴-۲۶) نوسانات ولتاژ لینکDC در شرایط ولتاژ نامتقارن
۴-۳-۲- تحلیل سیستم در دستگاه مرجع سنکرون
۴-۳-۲-۱- عملکرد سیستم در حالت ایدهآل
در این مرحله ژنراتور القایی دو سو تغذیه در دستگاه مرجع سنکرون بررسی میگردد و سیستم تحت حالت ایده آل تست میشود که جزئیات آن در هر بخش توضیح داده شده است. در این مرحله سرعت باد ثابت و معادل ۸ m/sو ولتاژ شبکه روی ۴۰۰v تنظیم شده است.
نمودار شکل زیر گشتاور تبدیل یافته توسط گیربکس توربین میباشد که بطور مستقیم به ژنراتور DFIGاعمال میگردد. در حالتی که سرعت باد ثابت است.
شکل(۴-۲۷) گشتاور تولیدی توسط توربین بادی برای تحلیل در دستگاه مرجع سنکرون
همانطور که از شکل زیر مشاهده میگردد گشتاور الکترومغناطیسی در ابتدا تا مدت زمان ۲ ثانیهداری نوسانات شدیدی بوده و پس از این زمان گشتاور ثابت -۲۰ (N.m) مشاهده میگردد.
شکل (۴-۲۸) گشتاور الکترومغناطیسی ژنراتور DFIG در دستگاه مرجع سنکرون
همانطور که از شکل مشاهده میگردد، سرعت روتور یک سیر افزایشی را تا زمان ۰.۲۵ ثانیه دارد. یک overshoot، سرعت را به ۱۳۸ (rad/s) رسانده و در زمان ۰۹/۲ ثانیه سرعت روتور به مقدار ثابت ۱۰۶ (rad/s)میرسد.