Abstract
This study presents an optimal control strategy for the electronic interface of a wind energy conversion system based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG). A linear optimal control is used on the grid side of the interface to ensure a proper power transfer and a linear parameter-varying (LPV) control on the machine side to cope with the wide operating conditions demanded by the wind turbine applications. The dynamics of a PMSG working in a variable speed wind turbine is affected by the rotational speed of the wind rotor. The LPV control uses the generator speed as a scheduling variable to adapt itself to different operating conditions. The proposed scheme results in a multi-variable self-scheduled controller with a PI structure similar to classical approaches. Thus, the control ensures performance and stability in all possible operating conditions whereas the implementation and the numerical stability are similar to previous schemes. The proposed control has been implemented in a test bench that includes a fully-rated back-to-back converter. The experimental results show a good performance in different scenarios in which the controller has to adapt itself to highly varying operating conditions
این مطالعه یک استراتژی کنترلی بهینه را برای اینترفیس الکترونیکی یک سیستم تبدیل انرژی بادی مبتنی بر یک ژنراتور سنکرون آهنربای دائم (PMSG) را ارائه میکند. یک کنترل بهینه خطی در سمت شبکه اینترفیس استفاده شده است تا یک انتقال توان مناسب را تضمین کند و یک کنترل خطی پارامتر-متغیر (LPV) در سمت ماشین استفاده شده است تا بر شرایط کاری گستردهی تقاضا شده در کاربردهای توربین بادی فائق آید. دینامیک یک PMSG که در یک توربین بادی سرعت متغیر کار میکند، تحت تاثیر سرعت چرخشی رتور بادی است. کنترل LPV از سرعت ژنراتور به عنوان متغیر زمانبندی برای تطبیق خودش با شرایط کاری مختلف استفاده میکند. طرح پیشنهادی یک کنترلر زمانبندی خودیِ چندمتغیری با یک ساختار PI مشابه با روشهای کلاسیک را نتیجه میدهد. بنابراین، کنترل عملکرد و پایداری در تمامی شرایط کاری ممکن را تضمین میکند، در حالی که پیادهسازی و پایداری عددی مشابه با طرحهای قبلی است. کنترل پیشنهادی در یک میز تست پیادهسازی شده است که شامل یک مبدل پشت به پشت کاملاً نامی میباشد. نتایج تجربی یک عملکرد مناسب را در سناریوهای مختلف نشان میدهد که در این سناریوها کنترلر باید خودش را با شرایط کاری خیلی متغیر تطبیق دهد.
1- مقدمه
ژنراتورهای سنکرون آهنربای دائم (PMSGها) نیازی به تحریک الکتریکی ندارند، و کارآمدتر هستند و یک نسبت وزن/توان بهتری در مقایسه با دیگر تکنولوژیهای ژنراتوری دارند. این واقعیتها، PMSGها را یک گزینهی مورد علاقه کرده است و در نتیجه بسیاری از محققان استفاده از آن را در کاربردهایی نظیر توربینهای گازی، هیدرو، ژنراتورهای دیزلی، چرخ طیار، و سیستمهای بادی و غیره لحاظ کردهاند.