تحلیل قابلیت اطمینان مبدل فرکانس مورد استفاده در توربین¬های بادی

محورهای موضوعی : مهندسی برق- قدرت

علیرضا آل سعدی ^{1 *} , رضا غفوری ² , بابک غلامی ³ , محمد مهدی قنبریان ⁴

1 - گروه برق، واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ايران
2 - گروه برق، واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ايران
3 - گروه برق - واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ايران
4 - گروه برق، واحد کازرون، دانشگاه آزاد اسلامی، کازرون، ايران

تاریخ دریافت : 1403/06/31 تاریخ پذیرش : 1403/08/28 تاریخ انتشار : 1403/09/29

کلید واژه: نیروگاه بادی, ژنراتور القایی دو سو تغذیه, مبدل فرکانس, قابلیت اطمینان, تغییر سرعت باد, نرخ خرابی,

چکیده مقاله :

امروزه توربین­های بادی توسعه زیادی در سیستم قدرت یافته­اند و نقش مهمی در تامین برق مورد نیاز کشورهای پیشرفته بازی می­کنند. در ساختار این توربین­های بادی، جهت تولید برق از انرژی جنبشی توده هوا، ژنراتورهای الکتریکی مختلفی قابل استفاده است. یکی از ژنراتورهای مناسب که در این توربین­ها بسیار استفاده شده است، ژنراتور القایی دو سو تغذیه می­باشد. در ساختار این توربین­های بادی، در روتور یک مبدل فرکانس قرار گرفته که شامل یک یکسوساز، یک خازن و یک اینورتر می­باشد. مبدل فرکانس از نیمه­­هادی­ها تشکیل شده است که این تجهیزات نسبت به تغییرات دما بسیار حساس می­باشند. بر همین اساس در این مقاله ارزیابی قابلیت اطمینان مبدل­های فرکانس مورد استفاده در توربین­های بادی مجهز به ژنراتور القایی دو سو تغذیه با در نظر گرفتن اثر تغییرات سرعت باد انجام می­شود. با تغییر سرعت باد، توان تولیدی ژنراتور القایی تغییر کرده و جریان عبوری از تجهیزات تشکیل دهنده مبدل فرکانس نیز تغییر می­کند. با تغییر جریان عبوری از این تجهیزات، تلفات توان و در نتیجه گرمای تولیدی در این تجهیزات نیز تغییر می­کند که سبب تغییر دمای این تجهیزات می­شود. بنابراین نرخ خرابی و قابلیت اطمینان مبدل فرکانس مورد استفاده در توربین بادی به دلیل تغییر سرعت باد تغییر می­کند که در این مقاله این تغییرات بررسی می­شود. با انجام شبیه­سازی در نرم­افزار متلب چگونگی انجام این تغییرات نشان داده می­شود.

چکیده انگلیسی:

Due to the problem of environmental pollution, one of the causes of which is the burning of fossil fuels such as coal, oil, natural gas, and diesel in traditional power plants such as gas, steam, and combined cycle power plants. In recent years, renewable power plants have enjoyed a great growth to produce electricity in the power grid. Among the different types of renewable power plants, wind power plants, photovoltaic power plants, geothermal power plants, sea wave power plants, flow-type hydropower plants and reservoir-type hydropower plants with large capacity have been put into operation and can be used to produce clean electricity in the power grid. Reservoir-type tidal power plants can be used to generate electricity through the construction of a dam on the sea and the possibility of storing water in a reservoir. Through the valves embedded in the dam wall, water can move between the sea and the reservoir during high tide and generate electricity by passing through the turbines placed in the valves. In order to produce electricity in a tidal power plant, there are three strategies, which are production in ebb, production in flood and two-way production. In this article, these three strategies are examined and the equations related to each of these strategies are determined. Then, a simulation based on tidal height data and the characteristics of a typical reservoir tidal power plant in a site with suitable tidal potential was carried .out in order to select the most suitable strategy for electricity generation in the desired area

منابع و مأخذ:

[1] Nguyen, Nga, Saleh Almasabi, and Joydeep Mitra. "Impact of correlation between wind speed and turbine availability on wind farm reliability." IEEE Transactions on Industry Applications 55.3 (2019): 2392-2400.
[2] Fischer, Katharina, et al. "Reliability of power converters in wind turbines: Exploratory analysis of failure and operating data from a worldwide turbine fleet." IEEE Transactions on Power Electronics 34.7 (2018): 6332-6344.
[3] Zhou, Dao, Guanguan Zhang, and Frede Blaabjerg. "Optimal selection of power converter in DFIG wind turbine with enhanced system-level reliability." IEEE Transactions on Industry Applications 54.4 (2018): 3637-3644.
[4] Zhou, Dao, and Frede Blaabjerg. "Converter-level reliability of wind turbine with low sample rate mission profile." IEEE Transactions on Industry Applications 56.3 (2020): 2938-2944.
[5] Nguyen, Nga, and Joydeep Mitra. "Reliability of power system with high wind penetration under frequency stability constraint." IEEE Transactions on Power Systems 33.1 (2017): 985-994.
[6] Li, Junxian, et al. "A Hybrid Cable Connection Structure for Wind Farms With Reliability Consideration." Ieee Access 7 (2019): 144398-144407.
[7] Dao, Cuong, Behzad Kazemtabrizi, and Christopher Crabtree. "Wind turbine reliability data review and impacts on levelised cost of energy." Wind Energy 22.12 (2019): 1848-1871.
[8] Arabian-Hoseynabadi, Hooman, Hashem Oraee, and P. J. Tavner. "Failure modes and effects analysis (FMEA) for wind turbines." International Journal of Electrical Power & Energy Systems 32.7 (2010): 817-824.
[9] Arabian‐Hoseynabadi, H., P. J. Tavner, and H. Oraee. "Reliability comparison of direct‐drive and geared‐drive wind turbine concepts." Wind Energy: An International Journal for Progress and Applications in Wind Power Conversion Technology 13.1 (2010): 62-73.
[10] Ghaedi, Amir, et al. "Toward a comprehensive model of large-scale DFIG-based wind farms in adequacy assessment of power systems." IEEE Transactions on Sustainable Energy 5.1 (2013): 55-63.
[11] Liu, Mingjun, et al. "Reliability evaluation of a tidal power generation system considering tidal current speeds." IEEE Transactions on Power Systems 31.4 (2015): 3179-3188.
[12] Liu, Mingjun, et al. "Reliability evaluation of tidal and wind power generation system with battery energy storage." Journal of Modern Power Systems and Clean Energy 4.4 (2016): 636-647.
[13] Carroll, James, Alasdair McDonald, and David McMillan. "Reliability comparison of wind turbines with DFIG and PMG drive trains." IEEE Transactions on Energy Conversion 30.2 (2014): 663-670.
[14] Benyahia, Khaled, Larbi Boumediene, and Abdelkader Mezouar. "Reliability and performance improvement of double-fed induction generator-based wind energy conversion system." International Journal of Modeling, Identification and Control 28.4 (2017): 370-382.
[15] Elhmoud, Lina Adnan Abdullah. Reliability improvement of DFIG-based wind energy conversion systems by real time control. Michigan State University. Electrical Engineering, 2015.
[16] Malakar, Mridul Kanti, and Praveen Tripathy. "Review on Wind Power Generation With Doubly Fed Induction Generator." 20th national power system conference, National Institute of Technology Trichy, 2018.
[17] Chen, Xi, et al. "Bearing Corrosion Failure Diagnosis of Doubly Fed Induction Generator in Wind Turbines Based on Stator Current Analysis." IEEE Transactions on Industrial Electronics 67.5 (2019): 3419-3430.
[18] Jabbour, Nikolaos, et al. "A highly effective Fault-Ride-Through strategy for a wind energy conversion system with a doubly fed induction generator." IEEE Transactions on Power Electronics 35.8 (2020): 8154-8164.
[19] Cheng, Fangzhou, et al. "Fault diagnosis of wind turbine gearboxes based on DFIG stator current envelope analysis." IEEE Transactions on Sustainable Energy 10.3 (2018): 1044-1053.
[20] Ni, Kai, et al. "Highly reliable back-to-back power converter without redundant bridge arm for doubly fed induction generator-based wind turbine." IEEE Transactions on Industry Applications 55.3 (2019): 3024-3036