A novel scheme for control by active and reactive power utilized in gearless variable speed wind turbine system with PMSG connected to the grid
Вантажиться...
Дата
2022
Автори
ORCID
DOI
doi.org/10.20998/2074-272X.2022.2.09
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
As a result of increasing fossil fuel price and state-of-the-art technology, more and more residential and commercial consumers of electricity have been installing wind turbines. The motivation being to cut energy bills and carbon dioxide emissions. Purpose. The main goal of this work is developing a control scheme for a variable speed wind turbine generator in order to produce utmost power from varying wind types, and variable wind speed. Novelty. This research paper presents an IGBT power converter control scheme for active power in relation to wind speed and reactive power by adjusting Q-reference (Qref) value in a gearless variable speed wind turbine with permanent magnet synchronous generator. Methods. An effective modelling and control of the wind turbine with the suggested power converter is executed by utilizing MATLAB/Simulink software. The control scheme consists of both the wind turbine control and the power converter control. Simulation results are utilized in the analysis and deliberation of the ability of the control scheme, which reveals that the wind turbine generator has the capability to actively sustain an electric power grid network, owing to its ability to independently control active and reactive power according to applied reference values at variable wind speed. Practical value. This research can be utilized for assessing the control methodology, the dynamic capabilities and influence of a gearless variable-speed wind energy conversion system on electric power grids. A case study has been presented with a (3х10 MW = 30 MW) wind farm scheme.
Внаслідок зростання цін на викопне паливо та використання найсучасніших технологій, дедалі більше побутових та комерційних споживачів електроенергії встановлюють вітряні турбіни. Мотивація полягає в тому, щоб скоротити рахунки за електроенергію та викиди вуглекислого газу. Мета. Основною метою цієї роботи є розробка схеми управління вітряним генератором зі змінною швидкістю для отримання максимальної потужності від різних типів вітру та змінної швидкості вітру. Новизна. У даній дослідницькій роботі представлена схема управління силовим IGBT перетворювачем для активної потужності в залежності від швидкості вітру та реактивної потужності шляхом регулювання значення Q-еталона (Qref) у безредукторній вітровій турбіні з регульованою швидкістю та синхронним генератором із постійними магнітами. Методи. Ефективне моделювання та керування вітровою турбіною з запропонованим перетворювачем потужності здійснюється з використанням програмного забезпечення MATLAB/Simulink. Схема управління складається з управління вітряною турбіною і з управління силовим перетворювачем. Результати моделювання використовуються для аналізу та обговорення можливостей схеми управління, що показує, що генератор вітрової турбіни здатний активно підтримувати електроенергетичну мережу завдяки своїй здатності незалежно контролювати активну та реактивну потужність відповідно до застосовуваних еталонних значень при змінній швидкості вітру. Практична цінність. Це дослідження може бути використане для оцінки методології управління, динамічних можливостей та впливу безредукторної системи перетворення енергії вітру зі змінною швидкістю на електричні мережі. Наведено тематичне дослідження зі схемою вітряної електростанції (3х10 МВт = 30 МВт).
Внаслідок зростання цін на викопне паливо та використання найсучасніших технологій, дедалі більше побутових та комерційних споживачів електроенергії встановлюють вітряні турбіни. Мотивація полягає в тому, щоб скоротити рахунки за електроенергію та викиди вуглекислого газу. Мета. Основною метою цієї роботи є розробка схеми управління вітряним генератором зі змінною швидкістю для отримання максимальної потужності від різних типів вітру та змінної швидкості вітру. Новизна. У даній дослідницькій роботі представлена схема управління силовим IGBT перетворювачем для активної потужності в залежності від швидкості вітру та реактивної потужності шляхом регулювання значення Q-еталона (Qref) у безредукторній вітровій турбіні з регульованою швидкістю та синхронним генератором із постійними магнітами. Методи. Ефективне моделювання та керування вітровою турбіною з запропонованим перетворювачем потужності здійснюється з використанням програмного забезпечення MATLAB/Simulink. Схема управління складається з управління вітряною турбіною і з управління силовим перетворювачем. Результати моделювання використовуються для аналізу та обговорення можливостей схеми управління, що показує, що генератор вітрової турбіни здатний активно підтримувати електроенергетичну мережу завдяки своїй здатності незалежно контролювати активну та реактивну потужність відповідно до застосовуваних еталонних значень при змінній швидкості вітру. Практична цінність. Це дослідження може бути використане для оцінки методології управління, динамічних можливостей та впливу безредукторної системи перетворення енергії вітру зі змінною швидкістю на електричні мережі. Наведено тематичне дослідження зі схемою вітряної електростанції (3х10 МВт = 30 МВт).
Опис
Ключові слова
wind turbine, wind farm, gearless wind turbine, variable-speed wind turbine, IGBT power converter, multi-pole permanent magnet synchronous generator, full-scale power converter, вітряна турбіна, вітряна електростанція, безредукторна вітряна турбіна, турбіна з регульованою швидкістю, силовий IGBT перетворювач, багатополюсний cинхронний генератор, повномасштабний силовий перетворювач
Бібліографічний опис
A novel scheme for control by active and reactive power utilized in gearless variable speed wind turbine system with PMSG connected to the grid / S. Ghanem [et al.] // Електротехніка і Електромеханіка = Electrical engineering & Electromechanics. – 2022. – № 2. – С. 56-68.