Analysis of Methods of Electrical Load of Permanent Magnet Synchronous Generator for Small Wind Turbines

• Autorzy: Shchur I. , Rusek A. , Klymko V. , Gastołek A. , Sosnowski J.

Warianty tytułu

PL

Analiza sposobów elektrycznego obciążania generatora synchronicznego z magnesami trwałymi w elektrowniach wiatrowych z osiami pionowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article compares the different ways to create and regulate electrical load of synchronous generator with permanent magnets (PMSG) in the low-power wind turbines with vertical axis (VAWT). Briefly describes the methods that allow you to adjust the electromotive force of PMSG. But focuses on such in which the simplest unregulated three phase PMSG is applied, and control of electric load is carried out by means of semiconductor converters. The methods of adjusting the electrical load were relied to each other in terms of complexity and thus of realize cost and of the value and energy efficiency. As a compromise between these indicators a combined method with a low-power DC-DC-converter, which operate at low winds, and passive control –at high winds is proposed. The research was conducted by computer simulation in Matlab/Simulink.

PL

W artykule porównano różne sposoby powstawania i regulowania obciążenia elektrycznego generatorów synchronicznych z magnesami trwałymi (PMSG) w elektrowniach wiatrowych małej mocy, o pionowej osi obrotu (VAWT). Krótko opisano metody regulujące siłę elektromotoryczną PMSG. Skupiono się na metodach, w których stosuje się najprostsze trójfazowe PMSG, a regulację ich obciążenia elektrycznego prowadzi się za pomocą przetworników półprzewodnikowych. Sposoby regulowania obciążenia elektrycznego porównano pod względem efektywności energetycznej. Jako kompromis między tymi wskaźnikami zaproponowano mieszany sposób z DC-DC-przekształtnikiem małej mocy, pracującym przy niskich wiatrach i sterowaniem pasywnym – przy dużych wiatrach. Badania prowadzono z użyciem symulacji komputerowej w środowisku Matlab/Simulink.

Słowa kluczowe

EN

Wind turbine; PMSG; electric load control; active rectifier; DC-DC converter; energy efficiency

PL

elektrownia wiatrowa; PMSG; regulowanie obciążenia elektrycznego; prostownik aktywny; sprawność; przekształtnik DC-DC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 1 (105)
• Strony: 75--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Shchur I.

• Politechnika Czestochowska, Czestochowa

autor

Rusek A.

• Politechnika Czestochowska, Czestochowa

autor

Klymko V.

• Politechnika Lwowska, Lwów

autor

Gastołek A.

• Politechnika Częstochowska, Częstochowa, Revico, Płock

autor

Sosnowski J.

• Politechnika Częstochowska, Częstochowa, Revico, Płock

Bibliografia

• [1]. Tytko R., Kalinichenko V.: Renewable Energy Sources (Experience of Poland to Ukraine). Warsaw, Poland, OWG, 2010. (Ukrainian)
• [2]. Simic Z., Havelka J., Vrhovcak M.: Small wind turbines – a unique segment of the wind power market. Renewable Energy, 2014, no. 50, pp. 1027-1036.
• [3]. Bhutta M., Hayat N., Farooq A., Ali Z., Jamil S., Hussain Z.: Vertical axis wind turbine – a review of various configurations and design techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, no. 16, pp. 1926-1939.
• [4]. Mirecki A., Roboam X., Richardeau F.: Architecture complexity and energy efficiency of small wind turbines. IEEE Trans. Industr. Electr., 2007, vol. 54, no.1, pp. 660-669.
• [5]. Eriksson S., Bernhoff H.: Loss evaluation and design optimization for direct driven permanent magnet synchronous generators for wind Power Applied Energy, 2011, no. 88, pp. 265-271.
• [6]. Andriollo M., De Bortoli M., Martinelli G., Morini A., Tortella A.: Control strategies for a VAWT driven PM synchronous generator. Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2008, pp. 804-809.
• [7]. Shchur I., Turlenko O.: Energy efficiency of different ways of taking off power from the synchronous generator with permanent magnets in wind turbine. Elektroenerhetychni ta elektromekhanichni systemy, no. 654, pp. 55-57, 2009. (Ukrainian).
• [8]. Sareni B., Abdelli A., Roboam X., Tran D.: Model simplification and optimization of a passive wind turbine generator. Renewable Energy, 2009, no. 34, pp. 2640-2650.
• [9]. Fan Y., Chau K., Cheng M.: A new three-phase doubly salient permanent magnet machine for wind power generation. IEEE Trans. Ind. Appl., 2006, vol. 42 no. 1, pp. 53-60.
• [10]. Urtasun A., Sanchis P., Martin I., Lopez J., Marroyo L.: Modeling of small wind turbines based on PMSG with diode bridge for sensorless maximum Power tracking. 2013, Renewable Energy, no.55, pp. 138-149.
• [11]. Liu C., Chau K., Jiang J., Jian L.: Design of a New outer-rotor permanent magnet hybrid machine for wind power generation. IEEE Trans. Magnets, 2008, vol. 44, no. 6, pp. 1494-1497.
• [12]. Shchur I., Turlenko O.: Multi control active rectifier in the local wind energy system with a vertical axis of rotation. Problems of automatic electric drive. Theory and Application, no. 30, pp. 418-420, 2008. (Ukrainian).
• [13]. Shchur I.: Estimation of electromagnetic compatibility and efficiency of the adjustable load systems of PMSG in wind turbines. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, no 1, pp. 85-90.
• [14]. Prasad A., Ziogas P., Manias S.: An activepower factor correction technique for three-phase diode rectifiers. IEEE Trans. Industr. Electr., 1991, vol. 6, no.1, pp. 83-92.
• [15]. Ismail E., Erickson R.: Single-switch 3ϕ PWM low harmonic rectifiers. IEEE Trans. Industr. Electron., 1996, vol. 11, no.2, pp. 338-346.
• [16]. Helle L., Blaabjerg F.: Wind turbine systems. Control in Power Electronics, Academic Press, 2002, pp. 483-510.
• [17]. Shchur I., Turlenko O.: A control system based on the DC-DC converter for stand-alone vertical- axis wind turbines. Zeszyty Naukowe, nr 257, Elektrotechnika 15, 2010, Bydgoszcz, pp. 53-65.