طراحي كنترل‌كننده توان و بهبود ميرايي نوسانات پيچشي در توربين بادي DFIG-710 kW نصب شده در سايت بينالود

Power controller design and damping improvement of torsional oscillations in the 710 kW DFIG based wind turbine installed at the Binalood site

سيـستم تحت­ مطالعه در ايـن مقاله يك توربين - ژنراتور واقعـي 710 كيلو وات DFIG است كه اخيراً در سايت بينالود نصب شده است. اندازه ­گيري­ ها و مشاهدات عيني از توربين مذكور نشان داده كه در سرعت­ هاي بالاي باد، نوسان­هاي الكترو مكانيكي با فركانس 2 هرتز در سيستم مكانيكي ظاهر مي­شود كه باعث لرزش توربين مي­گردد. كنترل توربين مذكور بر مبناي كنـترل تـوان و بـر اسـاس يـك منحني تـوان -سـرعت از پيش ­تعيين ­شده توسط كارخانه سازنده صورت مي­گيرد. در اين مقاله هدف تحليل منشأ و علت پيدايش اين نوسان­ها است. بنابراين در ابتدا به طراحي سيستم كنترل توان توربين- زنراتور مذكور بر اساس منحني توان-سرعت مختص توربين پرداخته مي­شود. در ادامه مودهاي مكانيكي سيستم تحت شرايط بهره­ برداري و سرعت­ هاي مختلف باد استخراج گرديده و مشخص شده كه در بعضي نقاط كار نوسانات فركانس پايين (حدوداً 2 هرتز) در پاسخ توان، سرعت و گشتاور پيچشي ژنراتور ظاهر مي­ شود. در ادامه براي بهبود ميرايي مودهاي پيچشي، يك كنترل­ كننده كمكي پايدارساز بنام پايدارساز نوسانات پيچشي (TOS) پيشنهاد مي­شود. در پايان نتايج شبيه­ سازي براي سيستم تحت­ مطالعه آورده مي­شود.

The system under study in this paper is a real 710 kW DFIG based wind turbine installed in the binalood site. Based on the measurements and observations of the turbine, at high wind speeds, electromechanical oscillations with frequency of 2 Hz apear on the mechanical system leading to turbine vibration. Control of the wind turbine is carried out based on the power control through a predefined power-speed curve provided by the wind turbine manufacture. The purpose of this paper is to find out the nature and reason of the above mentioned electromechanical oscillations. Hence, the paper first deals with the power control design based on the corresponding power-speed curve. Then, mechanical modes of the system under different operating conditions and wind speeds are extracted. It is shown that at some operating points, low frequency oscillations with frequency of 2 Hz appear on the generator power, generator speed and shaft torsional torque. Next, for improving the damping of the torsional modes, an auxiliary stabilizer control, known as torsional oscillations stabilizer (TOS), is proposed. At the end, simulation results for the system under study are presented.