Simulation of an induction generator for a wind farm

Abstract

A pressing problem in the modern economy is still the problem of generating a sufficient amount of electricity. The situation is aggravated by envi-ronmental problems when using so-called carbon energy, as well as when using hydro and nuclear energy. The development of alternative sources of electricity is now impossible to imagine without the use of wind power plants. Wind energy is practically free energy, but its use involves the use of electric generators. Currently these are mainly synchronous generators, but induction (asynchronous) generators are also used. Despite the relative cheapness and reliability, however, induction generators occupy a very modest place in percentage terms among wind generators. One of the prob-lems with using induction wind generators is that they require very significant reactive power during operation, which either comes from the network or is compensated by a capacitor bank. The latter is typical for autonomous induction generators. Computer modeling of induction wind generators is complicated by significant nonlinearity, which is caused by the magnetization curve or, what is the same, the no-load characteristics of the generator. As a rule, in computer modeling or simulation the inductive reactance of the magnetization branch is assumed to be constant, which is not entirely correct, since it is reliably known that it depends on the rotor rotation speed. A number of models of an induction generator are known, but so far there is no one most reliable mathematical model that allows computer studies of an induction generator with a squirrel-cage rotor, taking into account all its features. The MATLAB 2023b software package contains a mathematical model of an induction wind generator, which is of scientific and practical interest. The article examines the capabilities of this model, its advantages and disadvantages. The dependences of the influence of machine parameters on the generated active power and consumed reactive power were obtained, the influence of the inductive resistance of the magnetization branch and the influence of the nature of the load on the generated energy by the generator were assessed.

Актуальною проблемою сучасної економіки все ще залишається проблема вироблення достатньої кількості електроенергії. Ситуація погір-шується екологічними проблемами при використанні так званої вуглецевої енергетики, а також при використанні гідро- та атомної енерге-тики. Розвиток альтернативних джерел електроенергії неможливо зараз уявити без використання вітроелектростанцій. Енергія вітру прак-тично дармова енергія, проте її використання передбачає застосування електрогенераторів. В даний час це переважно синхронні генерато-ри, але також використовуються і асинхронні генератори. Незважаючи на відносну дешевизну та надійність, проте, асинхронні генератори займають дуже скромне місце у відсотковому відношенні серед вітрогенераторів. Однією з проблем використання асинхронних вітрогене-раторів є те, що їм потрібна при роботі дуже значна реактивна потужність, яка надходить з мережі або компенсується батареєю конденса-торів. Останнє й у автономних асинхронних генераторів. Комп'ютерне моделювання асинхронних вітрогенераторів ускладнюється суттє-вою нелінійністю, яка обумовлена кривою намагнічування або, що, те саме, характеристикою холостого ходу генератора. Як правило, при комп'ютерному моделюванні індуктивний опір вітки намагнічування приймається постійним, що є не зовсім коректним, оскільки достовір-но відомо, що воно залежить від частоти обертання ротора. Відомий ряд моделей асинхронного генератора, але поки що не існує однієї найбільш достовірної математичної моделі, що дозволяє проводити комп'ютерні дослідження асинхронного генератора з короткозамкненим ротором з урахуванням усіх його особливостей. У програмному пакеті MATLAB 2023б є математична модель асинхронного вітрогенерато-ра, яка представляє науковий та практичний інтерес. У статті досліджено можливості даної моделі, її переваги та недоліки. Отримано зале-жності впливу параметрів машини на активну і реактивну потужність, що виробляється та споживається відповідно, оцінено вплив індук-тивного опору гілки намагнічування і вплив характеру навантаження на вироблювану енергію генератором.