Badanie stanów dynamicznych elektrowni wiatrowej z generatorem PMSG na stanowisku laboratoryjnym

• Autorzy: Baran Janusz , Jąderko Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.01.58

Warianty tytułu

EN

Experimental research of dynamic conditions of a wind energy conversion system with PMSG on a laboratorysStand

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy badań eksperymentalnych na stanowisku laboratoryjnym (emulator elektrowni) stanów dynamicznych układu o zmiennej prędkości przetwarzającego energię wiatru z trójfazowym generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi (PMSG) sterowanym z falownika napięcia. Zastosowany algorytm sterowania opiera się na estymacji efektywnej prędkości wiatru z dynamicznym obserwatorem momentu aerodynamicznego. Moment aerodynamiczny jest obliczany na podstawie zadanej prędkości wiatru jako wyjście z modelu matematycznego turbiny wiatrowej i wytwarzany przez silnik indukcyjny sprzężony z PMSG. Algorytm układu sterowania i model turbiny wiatrowej są zbudowane w środowisku Matlab/Simulink przy użyciu zestawu narzędzi Simscape Electrical i uruchamiane w czasie rzeczywistym na komputerze PC sprzężonym z emulatorem elektrowni poprzez kartę pomiarową. Przedstawiono wyniki eksperymentalne zarejestrowane dla znormalizowanych podmuchów wiatru oraz dla warunków pracy powyżej nominalnej prędkości wiatru z ograniczeniem mocy wyjściowej.

EN

The paper deals with experimental investigations of the dynamic states of a variable speed wind energy conversion system (WECS) with a 3-phase permanent magnet synchronous generator (PMSG) controlled from a voltage source inverter (VSI) on a laboratory stand. The employed control algorithm is based on the effective wind speed estimation with a dynamic disturbance observer of the aerodynamic torque. The instantaneous aerodynamic torque is emulated by an induction motor coupled with the PMSG. Its command torque is calculated as the output from a wind turbine mathematical model. The control system algorithm and the wind turbine model are built in the Matlab/Simulink environment using the Simscape Electrical toolbox and run on a PC in the real time. Experimental results recorded for standardized wind gusts and for operating conditions above the nominal wind speed with output power limitation are presented.

Słowa kluczowe

PL

turbina wiatrowa; generator synchroniczny z magnesem trwałym; obserwator zakłóceń; odtwarzanie efektywnej prędkości wiatru; standaryzowane podmuchy wiatru; ograniczanie mocy wyjściowej

EN

wind turbine; permanent magnet synchronous generator; disturbance observer; effective wind speed estimation; standardized wind gust; output power limitation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 1
• Strony: 286--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Baran Janusz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-200 Częstochowa

autor

Jąderko Andrzej

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Baran J., Jąderko A., An MPPT Control of a PMSG-Based WECS with Disturbance Compensation and Wind Speed Estimation, Energies, 2020, 13(23), 6344, doi: 10.3390/en13236344
• [2] Bianchi F., De Battista H., Mantz R., Wind Turbine Control Systems. Principles, Modelling and Gain Scheduling Design (2007), Springer
• [3] Neammanee B., Sirisumrannukul S., Chatratana S., Control Strategies for Variable-speed Fixed-pitch Wind Turbines, Wind Power, Ed. By S.M. Muyeen (2010), InTech, 209-232
• [4] Baran J., Jąderko A., Sterowanie elektrownią wiatrową z estymacją momentu aerodynamicznego przy dużych prędkościach wiatru, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2020) nr 12, ss. 146-149
• [5] Bourlis D., A Complete Control Scheme for Variable Speed Stall Regulated Wind Turbines, Fundamental and Advanced Topics in Wind Power, Ed. By R.Carriveau (2011), InTech, 309-338
• [6] Baran J., Jąderko A., Sterowanie turbiną wiatrową z odtwarzaniem momentu aerodynamicznego, Przegląd Elektrotechniczny, 94 (2018) nr 5, ss. 47-52
• [7] Krzemiński Z., Cyfrowe sterowanie maszynami asynchronicznymi, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Postępy Napędu Elektrycznego i Energoelektroniki, PAN Komitet Elektrotechniki, 2001
• [8] Simscape Electrical User’s Guide, The Mathworks Inc., 2019
• [9] PN-EN 61400-2: Turbozespoły wiatrowe. Część 2: Wymagania projektowe dotyczące małych turbozespołów wiatrowych, PKN 2008

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).