Ανάλυση ευσταθείας και συμπεριφοράς αιολικών συστημάτων μεταβλητών στροφών επαγωγικών γεννητριών διπλής τροφοδοσίας με σχεδιασμό βελτιωμένων διατάξεων ελέγχου στους μετατροπείς ΕΡ/ΣΡ

• Κύριος συγγραφέας: Μπουρδούλης, Μιχαήλ
• Άλλοι συγγραφείς: Αλεξανδρίδης, Αντώνιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Αιολικά συστήματα μεταβλητών στροφών; Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας; Μη γραμμική μοντελοποίηση; Μη γραμμικός έλεγχος; Έλεγχος μετατροπέων ισχύος ΕΡ/ΣΡ; Ευστάθεια; Lyapunov τεχνικές; Variable-speed wind energy systems; Doubly-fed induction generator (DFIG); Nonlinear modeling; Nonlinear control; Control of AC/DC power converters; Stability; Lyapunov methods; 621.45

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο πλαίσιο που αφορά στο πεδίο του ελέγχου συστημάτων ισχύος και ειδικότερα στην εφαρμογή προηγμένων τεχνικών ανάλυσης και ελέγχου στην ανεμογεννήτρια μεταβλητών στροφών με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας. Λαμβάνοντας υπόψη τα μη γραμμικά μοντέλα των υποσυστημάτων που απαρτίζουν την ασύγχρονη γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας, εξάγονται τέσσερα πλήρη μη γραμμικά μοντέλα της, τρία από τα οποία είναι πρωτότυπα και χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση μη γραμμικών συστημάτων ελέγχου. Ξεκινώντας από τον κλασσικό εν σειρά έλεγχο της επαγωγικής γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας, αποδεικνύεται ότι τα συμβατικά συστήματα ελέγχου μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπό κοινό προσανατολισμό στην τάση του δικτύου, έναντι του συμβατικού προσανατολισμού στη ροή του στάτη για τον έλεγχο του μετατροπέα ισχύος από την πλευρά του δρομέα, ενώ αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για την επιλογή κερδών των ελεγκτών ρευμάτων εσωτερικού βρόχου που οδηγεί σε μειωμένη εξάρτηση των κερδών από τις τιμές των παραμέτρων του συστήματος. Επίσης, σχεδιάζονται ελεγκτές εξωτερικού βρόχου για τη ρύθμιση γωνιακής ταχύτητας δρομέα, προκειμένου να επιτευχθεί λειτουργία μέγιστης απομάστευσης ισχύος από τον άνεμο, ρύθμιση τάσης διασύνδεσης συνεχούς ρεύματος και άεργου ισχύος. Στη συνέχεια, υιοθετώντας τον κοινό προσανατολισμό στην τάση του δικτύου, σχεδιάζονται τρία νέα απλά συστήματα ελέγχου με μικρή εξάρτηση έως και πλήρη ανεξαρτησία από τις τιμές των παραμέτρων του συστήματος. Καθένα από τα συστήματα ελέγχου χρησιμοποιεί απλούς PI ελεγκτές, σχεδιάζεται με βάση ένα από τα νέα πλήρη μη γραμμικά συστήματα της επαγωγικής γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας και μπορεί να εγγυηθεί την ευστάθεια του πλήρους συστήματος κλειστού βρόχου. Το πρώτο από τα συστήματα ελέγχου βασίζεται στη λογική του απευθείας ελέγχου ισχύος, όπου δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης εν σειρά βρόχων ελέγχου, και στους δύο μετατροπείς ισχύος. Το δεύτερο σύστημα ελέγχου βασίζεται στη λογική των εν σειρά βρόχων ελέγχου και στους δύο μετατροπείς. Στα δύο αυτά συστήματα ελέγχου, οι εμπλεκόμενοι ελεγκτές στην ανάλυση ευστάθειας κλειστού βρόχου εμφανίζουν μικρή εξάρτηση από τις παραμέτρους του συστήματος. Στο τρίτο σύστημα ελέγχου χρησιμοποιείται εν σειρά έλεγχος στο μετατροπέα από την πλευρά του δρομέα και απευθείας έλεγχος ισχύος στο μετατροπέα από την πλευρά του δικτύου, ενώ το σύστημα ελέγχου είναι πλήρως ανεξάρτητο από τις παραμέτρους του συστήματος. Σε όλα τα μη γραμμικά συστήματα αναπτύσσεται μια κοινή μεθοδολογία για την απόδειξη ευστάθειας του πλήρους συστήματος κλειστού βρόχου, η οποία οδηγεί στην απόδειξη της ιδιότητας ευστάθειας από είσοδο-προς-κατάσταση (input-to-state stability, ISS) για το πλήρες σύστημα και τελικά στη σύγκλιση στο επιθυμητό σημείο ισορροπίας. Τέλος, σε όλες τις περιπτώσεις παρουσιάζονται εκτενείς προσομοιώσεις για την επιβεβαίωση της σχεδίασης του συστήματος ελέγχου και της ανάλυσης ευστάθειας του πλήρους συστήματος κλειστού βρόχου.