Математичне моделювання в реальному часі асинхронного генератора з інвертором напруги в колі ротора

2019;
: cc. 25 - 35
1
Національний університет “Львівська політехніка”, кафедри електроприводу і комп'ютеризованих електромеханічних систем
2
Технологічно-природничий університет ім. Яна і Єнджея Снядецьких у Бидгощі

Описано математичну модель електромеханічної системи із асинхронним генератором з регулюванням струму ротора перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги, керованим регуляторами струму.

Асинхронні генератори завдяки їх простоті доволі широко використовують у вітроенергетичних установках. Регулювання струмів ротора за допомогою перетво- рювача частоти дає змогу регулювати швидкість та коефіцієнт потужності в колі статора. Потужність перетворювача частоти визначається діапазоном зміни ковзання і може становити 25–30 % сумарної потужності генератора.

Синтез відповідної системи керування вимагає розроблення математичної моделі, яка повинна враховувати нелінійність магнітних зв’язків в асинхронній машині та взаємні впливи між компонентами системи. Поєднання реальної системи керування з математичною моделлю силової схеми системи генерування електроенергії за технологією «hardware-in-the-loop», яка працює у реальному часі, дає змогу провести випробування та налаштування системи керування.

Для створення математичної моделі застосовано оригінальний авторський метод середніх напруг на кроці числового інтегрування для математичного моделювання електричних кіл. Застосування цього методу забезпечує високу швидкодію та числову стійкість і створює умови для неперервної роботи моделі в режимі реального часу у поєднанні із фізичними об’єктами (наприклад, з фізичним контролером). Це дає змогу використати її для синтезу та тестування систем керування асинхронним генератором.

Реалізована в моделі система векторного керування забезпечує регулювання швидкості обертання генератора та реактивної потужності в колі статора і створює умови для використання зазначеної системи, наприклад, для вітроенергетичних установок.

W. Qiao, «Dynamic modeling and control of doubly fed induction generators driven by wind turbines,»2009 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition, Seattle, WA, 2009, pp. 1-8.
https://doi.org/10.1109/PSCE.2009.4840245

Pak L-F., Dinavahi V., Real-time simulation of wind energy system based on the doubly-fed induction generator, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 3 (2009), 1301-1309
https://doi.org/10.1109/TPWRS.2009.2021200

Wang C., Fang X., Yongjie F., Comparative simulation of dynamic characteristic of wind turbine doubly-fed induction generator based on RTDS and Matlab, IEEE International Conference on Power System Technology, (2010), 1-8

Wu F., Zhang X. P., Godfrey K., Ju P., Small signal stability analysis and optimal control of a wind turbine with doubly fed induction generator, IET- Generation, Transmission and Distribution, vol. 1, no. 5 (2007), 751-760
https://doi.org/10.1049/iet-gtd:20060395

T. Lei, M. Barnes and M. Ozakturk, «Doubly-fed induction generator wind turbine modelling for detailed electromagnetic system studies,» in IET Renewable Power Generation, vol. 7, no. 2, pp. 180-189, March 2013.
https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2012.0222

R. A. Ufa, A. S. Vasilev and A. A. Suvorov, «Development of hybrid model of B2B HVDC,» 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), St. Petersburg, 2017, pp. 1-5.
https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2017.8076224

K. Ou et al., «MMC-HVDC Simulation and Testing Based on Real-Time Digital Simulator and Physical Control System,» in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 4, pp. 1109-1116, Dec. 2014.
https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2337512

Plachtyna O. A hybrid model of the electrical power generation system / Plachtyna O., Kutsyk A. // Proceeding of 10th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), IEEE Conference Publications. 2016. PP. 16 - 20.
https://doi.org/10.1109/CPE.2016.7544031

Plachtyna O. G. Chyslowyj odnokrokowyj metod anlizu elektrychnych kil i joho zastosuvannia v zadachah elektromechaniky. [Numerical one-step method for the analysis of electric circuits and its application in the problems of electromechanics] // Visnyk NTU "Harkivskij politehnichnyj instytut". 2008. No. 30. pp. 223-225. (ukr.)

Plachtyna E.G. Matematicheskoje modelirovanie elektromashyno-ventilnyh sistem. [Mathematical modeling of elektromechanical systems with semiconductor converters ]. Lviv: Vyshcha shkola, 1986. 161 p. (rus.)

Plachtyna O. G., Kutsyk A. S., Tutka V. V. Synhronizacija rozrahunkovogo chasu funkcionuvannia matematychnych modelej elektromashynoventylnyh system z realnym chasom. [Synchronization of the calculated time of electromechanical systems mathematical models with a real-time] // Visnyk NU "Lviv Politechnic" "Electric power and electromechanical systems" 2009. No. 637. - P. 67-70