کاربرد مبدل ماتریسی منبع امپدانسی سه فاز به تک فاز در توربین‌های بادی

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

وحید اسدی راد ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد- گروه مهندسی برق قدرت، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران)
سیدبابک مظفری ² (استادیار - گروه مهندسی برق قدرت، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران)
سودابه سلیمانی مورچه خورتی ³ (استادیار - گروه مهندسی برق قدرت، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاداسلامی، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1395/02/21 تاریخ پذیرش : 1395/07/11 تاریخ انتشار : 1395/11/01

کلید واژه: توربین بادی, مبدل منبع امپدانسی, مبدل سه فاز به تک فاز, روش کنترلی بنگ بنگ,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک ایده‌ی جدید از مبدل ماتریسی منبع امپدانسی سه فاز به تک فاز مستقیم در توربین های بادی به صورت مستقل از شبکه ارائه شده است. در مبدل های ماتریسی منبع امپدانسی مستقیم تنظیم دامنه ولتاژ و فرکانس خروجی با سیستم کنترلی دارای اهمیت می‌باشد. در توربین های بادی به علت تغییر در سرعت باد فرکانس و ولتاژ ورودی در حال تغییر می باشد؛ که این تغییرات را به راحتی می توان با استفاده از مبدل ماتریسی منبع امپدانسی مستقیم تنظیم کرد. همچنین یک طرح کنترلی برای مبدل ماتریسی منبع امپدانسی سه فاز به تک فاز پیشنهادی ارائه شده است. استراتژی کنترلی برای مبدل ماتریسی منبع امپدانسی سه فاز به تک فاز مستقیم خواهد توانست؛ ولتاژ و فرکانس خروجی را در یک مقدار مطلوب تنظیم کند؛ همچنین اعوجاج هارمونیکی کل پایین در ولتاژ خروجی را تولید کند. ساختار و روش کنترلی پیشنهاد شده با استفاده از محیط سیمولینک نرم افزار متلب شبیه‌سازی شده و نتایج برای تأیید عملکرد مبدل ماتریسی منبع امپدانسی مستقیم در توربین بادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

چکیده انگلیسی:

In this paper a new idea of direct three-phase to single-phase Z-source matrix converter (impedance-source matrix converter) applicable in stand-alone wind turbine is introduced. In the direct Z-source matrix converter amplitude of output voltage and frequency regulation are of importance to control system. In wind turbines, input voltage and frequency are usually changing due to wind speed variation that these alterations could be easily regulated by means of a direct Z-source matrix converter. A scheme is also offered to control the proposed direct three-phase to single-phase Z-source matrix converter. the control strategy would be able to adjust the output voltage and frequency at desired value as well as producing low THD (total harmonic distortion) at the output voltage. The proposed structure and the control methodology are simulated using matlab simulink software and results are investigated and discussed to confirm the performance of the direct Z-source matrix converter in wind turbine.

منابع و مأخذ:

[1]   R.K. Gupta, G.F. Castelino, K.K. Mohapatra, N. Mohan, "A novel integrated three-phase,switch multi-winding power electronic transformer converter for wind power generation system", Proceeding of the IEEE/IECON, Vol. 6, pp. 4481-4486, Nov. 2009.

[2]  S. Sunter, "A vector controlled matrix converter induction motor drive", Ph.D Thesis, University of Nottingham, July 1995.

[3]  N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, "Power electronics: Converters, applications, and design", John Wiley and Sons Inc., Second Edition, 1995.

[4]  G. Sharma, K.R. Niazi, Ibraheem, R.C. Bansal, "LS-SVM based AGC of power System with Dynamic Participation from DFIG based Wind Turbine", Renewable Power Generation Conference (RPG 2014), 3rd, pp.1-6, 2014.

[5]  H.R. Mosaddegh, H. Abootorabi Zarchi, "Variable structure direct torque control of brushless doubly fed induction generator for wind turbine applications", Proceeding of the ICEE, pp. 671-676, Iran, 2014.

[6]  Z. Zhang, Y. Zhao,W. Qiao, L. Qu, "A discrete-time direct torque control for direct-drive PMSG-based wind energy conversion systems", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 51, pp. 1-11, 2015.

[7]  J.S. Lee, Y. Bak, K.B. Lee, F. Blaabjerg, "MPC-SVM method for Vienna rectifier with PMSG used in Wind Turbine Systems", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 3416-3421, 2016.

[8]  S.I. Khan, M.H. Rashid, P.D. Ziogas, "Analysis and design improved three of to single phase cycloconverter", Proceeding of the IEEE/IECON, pp. 603–610, Oct. 1988.

[9]  F.Z. Peng, "Z-source inverter", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 39, pp. 504-510, 2003.

[10] F. Zhang, X. Fang, F.Z. Peng, Z. Qian, "A new three-phase ac-ac Z-source converter", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 123-126, March 2006.

[11] K. Park, S.T. Jou, K.B. Lee, "Z-source matrix converter with unity ratio", Proceeding of the IEEE/IECON, pp.4523-4528, Nov. 2009.

[12] S. Liu, B. Ge. X. Jiang, H.A. Rub, F.Z. Peng, "A novel converter applied the indirect quasi-Z-source matrix induction motor drives", Proceeding of the IEEE/ECCE, pp. 2440-2444, Sep. 2013.

[13] S. Khunmohammadi, A. Aghagolzudeh, S.H. Hosseini, E. Babaei, "A new algorithm for three-phase to single-phase AC/AC matrixc converters", Proceeding of the IEEE/Electronics ,Circuits and system, Proceedings of the 2003 10th IEEE international,pp.1121–1124, Dec. 2003.

[14]             E. Babaei, A. Aghabeigi, "A new controlling strategy for the three phase to single phase matrix converters", Proceeding of the PSC, Tehran-Iran, pp. 1-11, 2008 (In Persian).

[15]             B. Mozafari, M. Baharvand, "Offering a new control methode for the three-phase to single-phase matrix converter", Proceeding of the IEEC, Tehran, Iran, pp.1-9, 2010 (In Persian).

[16] P. Nielsen, F. Blaabjerg, J.K. Pedersen, "New protection issues of a matrix converter design considerations for adjustable-speed drive", IEEE Trans. on Industry Application, Vol. 35, pp. 1150-1161,1999.