Naslov (eng)

Control algorithm of brushless doubly-fed reluctance generator under unbalanced grid voltage conditions: doctoral dissertation : doctoral dissertation

Autor

Taluo, Taufik Mohamed, 1974-

Doprinosi

Ristić, Leposava, 1965-
Đurović, Željko, 1964-
Vasić, Veran, 1972-
Brković, Bogdan, 1970-
Đurišić, Željko, 1984-
Terzić, Mladen V.

Opis (srp)

The growing demand for electrical energy, especially from renewable sources, has motivated the scientific community to develop new technologies for producing electrical energy more efficiently,reliably and economically. Over the years, many wind energy conversion system (WECS)topologies with large wind turbines have been proposed, which may be generally classified intothree types: fixed speed, variable speed with a partial scale power converter, and variable speedwith a full-scale power converter.Wind turbines based on doubly fed induction generators (DFIGs), with converters rated at about25%-30% of the generator rating, have been widely used for large-scale wind generation because oftheir ability to provide variable speed operation and independent active and reactive power controlin a cost-effective way.More recently, a brushless doubly-fed reluctance generator (BDFRG) has been proposed as apotential alternative to the existing solutions for wind power applications since it retains most oftheir merits while offering high reliability.The BDFRG is a prominent economical solution regarding reliability and maintenance ofbrushes and slip-rings which are characteristic problems of the traditional DFIG in WECS. Suchadvantages should be particularly attractive for off-shore wind turbines, where the operation andmaintenance costs of brush generators are considerable.Since wind power plants are often installed in remote areas with weak grids where unbalancedvoltages are common which may force the wind generator to be disconnected from the grid, thisresearch work has been dedicated to and focused on the performance and control of the BDFRGunder unbalanced grid voltage conditions (UGVCs). A new control algorithm is developed andproposed in this thesis based on vector control. Application of this algorithm provides an increase inthe robustness of the system, as well as an improvement in controllability.In order to achieve this goal, the research work in this thesis was conducted as follows:1. A review of the existing literature on the topic of the doctoral thesis was carried out in order toidentify the best solutions for the synthesis of the control algorithm in the considered case;2. Dynamic models of the BDFRG were developed under conditions of unsymmetrical(unbalanced) grid voltage by applying equations for the direct and inverse system;3. A new control algorithm based on vector control was developed with the aim of eliminating thenegative influence of components of the inverse voltage system on the performance of the windgenerator.4. The performance of the proposed control algorithm was analyzed using computer simulations inMatlab/Simulink software;5. The performance of the proposed control algorithm was analyzed using Maxwell / Simplorer /Simulink co-simulation for the small-scale BDFRG;6. A 1.5 MW BDFRG was designed for implementation in real-time simulations;iii7. The performance of a newly designed large-scale wind generator with the implemented newcontrol algorithm was analyzed under conditions of unsymmetrical grid voltage on a HIL setup,where the C code is compiled in dSPACE® from a Simulink® model using Real-TimeWorkshop.Based on the research conducted according to the introduced plan, the main scientificcontributions are formulated and presented in the thesis.

Opis (srp)

Electrical engineering and computer science - Power converters and drives / Електротехника и рачунарство - Енергетски претварачи и погони Datum odbrane: 03.07.2023.

Opis (eng)

Растућа потражња за електричном енергијом, посебно из обновљивих извора, мотивисалаје научну заједницу последњих деценија да развија нове технологије за ефикаснију,поузданију и економичнију производњу електричне енергије. Добар пример за то представљапроизводња електричне енергије из енергије ветра, која је последњих година у сталномпорасту.Током година је предложено много различитих системских решења за применуветроагрегата велике снаге, која се генерално могу сврстати у три категорије: топологије санепроменљивом брзином, топологије са променљивом брзином и енергетским претварачемпарцијалне снаге ветроагрегата и топологије са променљивом брзином и енергетскимпретварачем пуне снаге ветроагрегата.Двострано напајани асинхрони генератори (Doubly-fed Induction Generator, DFIG) кодкојих се ротор напаја из енергетског претварача чија снага износи око 25%–30% номиналнеснаге генератора, широко су заступљeни у системима са ветроагрегатима велике снаге збогњихове важне карактеристике да раде са променљивом брзином и независном контроломактивне и реактивне снаге на економичан начин.У новије време се двострано напајани релуктантни генератор без четкица на ротору(Brushless Doubly-Fed Reluctance Generator, BDFRG), у даљем тексту само двостранонапајани релуктантни генератор јер се код савремених машина са релуктантним роторомподразумева да немају четкице на овом делу машине, предлаже као потенцијалнаалтернатива постојећим решењима у ветроенергетици. BDFRG, задржавајући већинупредности постојећих решења, нуди и високу поузданост у раду. BDFRG представљаекономично решење за проблеме које има класичан DFIG са поузданошћу и одржавањемчеткица и клизних прстенова у системима за конверзију енергије ветра у електричнуivенергију (Wind Energy Conversion Systems, WECS). Као што је поменуто, ове особине су одпосебног интереса за ветроелектране на мору, код којих су значајни трошкови рада иодржавања четкица ветрогенератора.Будући да се ветроелектране често постављају у удаљеним руралним подручјима, где јеочекивано присуство слабих мрежа са несиметричним (неуравнотеженим) напонима којимогу да доведу до искључења ветрогенератора са мреже, истраживачки рад спроведен у овојдокторској дисертацији посвећен је и фокусиран на перформансе и управљање BDFRG-ом уусловима несиметричног мрежног напона. У раду је развијен и предложен нови алгоритамуправљања заснован на векторском управљању. Применом овог алгоритма обезбеђује сеповећање робусности система на појаву инверзних компоненти мрежног напона, као иукупно побољшање перформанси система као резултат примене јнапређеног начинауправљања.Да би се остварио овај циљ, истраживачки рад у тези је спроведен на следећи начин:1. Извршен је детаљан преглед постојеће литературе из области докторске тезе у циљуидентификације најбољих решења за синтезу алгоритма управљања у разматраном случају;2. Динамички модели BDFRG-а развијени су у условима несиметричног мрежног напонаприменом једначина за директан и инверзни систем;3. Развијен је нови алгоритам управљања заснован на векторском управљању са циљемелиминисања негативног утицаја компоненти инверзног напонског система на перформансеветрогенератора;4. Перформансе предложеног алгоритма управљања анализиране су коришћењемрачунарских симулација у софтверу Matlab/Simulink;5. Перформансе предложеног алгоритма управљања су анализиране коришћењем Maxwell/ Simplorer / Simulink косимулације за BDFRG мале снаге;6. BDFRG од 1,5 MW је пројектован за примену у симулацијама у реалном времену;7. Перформансе новопројектованог ветрогенератора велике снаге са имплементиранимновим алгоритмом управљања анализиране су у условима несиметричног мрежног напона наHIL поставци, где се C код компајлира у dSPACE® из Simulink ® модела користећи Real-Time Workshop.На основу истраживања спроведеног према утврђеном плану, формулисани су и представљени главни научни доприноси у докторској дисертацији.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Električne mašine. Transformatori. Ispravljači

Wind energy, brushless doubly-fed reluctance generator, unbalanced grid voltage, design methodology, Maxwell/Simplorer/Simulink co-simulation, Hardware-In-the-Loop

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Električne mašine. Transformatori. Ispravljači

ветроенергетика, двострано напајани релуктантни генератор, несиметричан мрежни напон, пројектовање машина, Maxwell/Simplorer/Simulink косимулација, Hardware- In-the-Loop