Моделювання та імітаційне моделювання самозбуджуваного асинхронного генератора з вітряною турбіною

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.213246

Ключові слова:

асинхронний генератор, вітряна турбіна, автономна система, динамічна модель, ANFIS, УУО

Анотація

Завдяки чудовим характеристикам, автономний короткозамкнений асинхронний самозбуджуваний генератор (АСГ) широко використовується з поновлюваними джерелами енергії. Однак основною проблемою автономних АСГ є погане регулювання напруги і частоти (при збуреннях навантаження і швидкості). Широка залежність від АСГ вимагає попередніх знань про його поведінку по відношенню до змін вхідної механічної потужності і вихідної електричної потужності для розробки системи управління, здатної підтримувати напругу і частоту на номінальних значеннях, наскільки це можливо, при будь-якій зміні вхідної або вихідної потужності АСГ. У даній статті з використанням середовища Matlab/Simulink в стаціонарній системі відліку d-q була побудована математична модель системи перетворення енергії вітру (СПЕВ) на основі короткозамкнутого АСГ з управлінням узагальненим опором (УУО). Для управління параметрами УУО використовувався нечіткий логічний регулятор (НЛР). Навчання НЛР проводилося на нейронній мережі за допомогою Matlab's Neuro-fuzzy designer. Результати даної роботи показали, що навчений НЛР успішно управляє потоком реальної і реактивної потужності між АСГ і системою УУО, в якій максимальна зміна як величини, так і частоти напруги при будь-якому збуренні навантаження або швидкості вітру не перевищуватиме (0,2 %) для частоти і (3 %) для величини напруги в обох напрямках. Апробація моделі АСГ була проведена шляхом порівняння отриманих результатів з результатами відомих досліджень з аналогічними характеристиками і умовами експлуатації

Спонсори дослідження

  • Electrical Engineering Department
  • University of Mosul

Біографії авторів

Ammar Shamil Ghanim, University of Mosul Al-Majmoaa str., Mosul, Iraq

Senior Engineer

Department of Electrical Engineering

College of Engineering

Ahmed Nasser B. Alsammak, University of Mosul Al-Majmoaa str., Mosul, Iraq

Doctor of Engineering Sciences, Assistant Professor, Head of Department

Department of Electrical Engineering

College of Engineering

Посилання

  1. Chen, J., Wang, F., Stelson, K. A. (2018). A mathematical approach to minimizing the cost of energy for large utility wind turbines. Applied Energy, 228, 1413–1422. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.150
  2. Chatterjee, S., Chatterjee, S. (2018). Review on the techno-commercial aspects of wind energy conversion system. IET Renewable Power Generation, 12 (14), 1581–1608. doi: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2018.5197
  3. Kaniuk, G., Vasylets, T., Varfolomiyev, O., Mezerya, A., Antonenko, N. (2019). Development of neural­network and fuzzy models of multimass electromechanical systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (2 (99)), 51–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169080
  4. Murthy, S. S., Pinto, A. J. P. (2005). A generalized dynamic and steady state analysis of self excited induction generator (SEIG) based on MATLAB. 2005 International Conference on Electrical Machines and Systems, 3, 1933–1938. doi: https://doi.org/10.1109/icems.2005.202898
  5. Basic, M., Vukadinovic, D. (2016). Online Efficiency Optimization of a Vector Controlled Self-Excited Induction Generator. IEEE Transactions on Energy Conversion, 31 (1), 373–380. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2015.2492601
  6. Mahajan, S. M., Senthil Kumar, S., Kumaresan, N., Ammasai Gounden, N. G., Rajkumar, E. (2016). Decoupled control strategy for the operation of capacitor-excited induction generator for DC power applications. IET Power Electronics, 9 (13), 2551–2561. doi: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.0830
  7. Scherer, L. G., de Camargo, R. F., Tambara, R. V. (2016). Voltage and frequency regulation of standalone self-excited induction generator for micro-hydro power generation using discrete-time adaptive control. IET Renewable Power Generation, 10 (4), 531–540. doi: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2015.0321
  8. Ezzeddine, T. (2020). Reactive power analysis and frequency control of autonomous wind induction generator using particle swarm optimization and fuzzy logic. Energy Exploration & Exploitation, 38 (3), 755–782. doi: https://doi.org/10.1177/0144598719886373
  9. Seyoum, D., Grantham, C., Rahman, M. F. (2003). The dynamic characteristics of an isolated self-excited induction generator driven by a wind turbine. IEEE Transactions on Industry Applications, 39 (4), 936–944. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2003.813738
  10. Jayalakshmi, N. S., Gaonkar, D. N. (2012). Dynamic modeling and analysis of an isolated self excited induction generator driven by a wind turbine. 2012 International Conference on Power, Signals, Controls and Computation. doi: https://doi.org/10.1109/epscicon.2012.6175250
  11. Wang, H., Wu, X., You, R., Li, J. (2018). Modeling and analysis of SEIG-STATCOM systems based on the magnitude-phase dynamic method. Journal of Power Electronics, 18 (3), 944–953. doi: https://doi.org/10.6113/JPE.2018.18.3.944
  12. Chilipi, R. R., Singh, B., Murthy, S. (2012). A New Voltage and Frequency Controller for Standalone Parallel Operated Self Excited Induction Generators. International Journal of Emerging Electric Power Systems, 13 (1), 1–17. doi: https://doi.org/10.1515/1553-779x.2809
  13. Dhanapal, S., Anita, R. (2016). Voltage and Frequency Control of Stand Alone Self-Excited Induction Generator Using Photovoltaic System Based STATCOM. Journal of Circuits, Systems and Computers, 25 (04), 1650031. doi: https://doi.org/10.1142/s0218126616500316
  14. Singh, B., Kasal, G. K. (2008). Solid State Voltage and Frequency Controller for a Stand Alone Wind Power Generating System. IEEE Transactions on Power Electronics, 23 (3), 1170–1177. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2008.921190
  15. Ishchenko, A., Myrzik, J. M. A., Kling, W. L. (2007). Linearization of Dynamic Model of Squirrel-Cage Induction Generator Wind Turbine. 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting. doi: https://doi.org/10.1109/pes.2007.386079
  16. Venkatesa Perumal, B., Chatterjee, J. K. (2006). Analysis of a self excited induction generator with STATCOM/battery energy storage system. 2006 IEEE Power India Conference. doi: https://doi.org/10.1109/poweri.2006.1632596
  17. Chatterjee, J. K., Perumal, B. V., Gopu, N. R. (2007). Analysis of Operation of a Self-Excited Induction Generator With Generalized Impedance Controller. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22 (2), 307–315. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2006.875432
  18. Dalei, J., Mohanty, K. B. (2016). An approach to estimate and control SEIG voltage and frequency using CORDIC algorithm. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 39 (6), 861–871. doi: https://doi.org/10.1177/0142331215621374
  19. Farret, F. A., Palle, B., Simoes, M. G. (2004). State space modeling of parallel self-excited induction generators for wind farm simulation. Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting, 4, 2801–2807. doi: https://doi.org/10.1109/ias.2004.1348870
  20. Xia, Y., Ahmed, K. H., Williams, B. W. (2013). Wind Turbine Power Coefficient Analysis of a New Maximum Power Point Tracking Technique. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60 (3), 1122–1132. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2012.2206332
  21. Goel, P. K., Singh, B., Murthy, S. S., Kishore, N. (2011). Isolated Wind–Hydro Hybrid System Using Cage Generators and Battery Storage. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58 (4), 1141–1153. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2009.2037646
  22. Singh, B., Murthy, S. S., Gupta, S. (2004). Analysis and Design of STATCOM-Based Voltage Regulator for Self-Excited Induction Generators. IEEE Transactions on Energy Conversion, 19 (4), 783–790. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2004.827710
  23. Sakkoury, K. S., Emara, S., Ahmed, M. K. (2017). Analysis of wind driven self-excited induction generator supplying isolated DC loads. Journal of Electrical Systems and Information Technology, 4 (1), 257–268. doi: https://doi.org/10.1016/j.jesit.2016.08.003

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Ghanim, A. S., & Alsammak, A. N. B. (2020). Моделювання та імітаційне моделювання самозбуджуваного асинхронного генератора з вітряною турбіною. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (108), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.213246

Номер

Том 6 № 8 (108) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Ahmed Nasser Alsammak, Ammar Shamil Ghanim

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.