Budapest Unversty of Technology and Economcs Department of Electrc Power Engneerng Szélgenerátorok és áramvektor szabályozásak Dr.Veszprém Károly Vllamos Gépek és Hajtások Csoport 1/18
Szélgenerátor típusok. A kétoldalról táplált asznkron szélgenerátor. () Mezőorentált és hálózatorentált szabályozások. Közvetlen szabályozások (nyomaték és fluxus valamnt hatásos és meddő teljesítmény). Szmulácós eredmények. Energatárolás lendkerékkel. Járulékos szolgáltatások. 2/18
A preferáltak a változó fordulatszámúak (frekvencaváltós). A frekvencaváltó tpkusan közbülső egyenáramú körös. Az áramrányítók vezérlése áramvektor szabályozás, cél: Optmáls nyomatékképzés. Optmáls hálózatra csatlakozás (cosϕ=1, sznuszos). TÍPUSOK 3/18
A kétoldalról táplált csúszógyűrűs asznkron szélgenerátort nagy teljesítményeken gyakran alkalmazzák, mert: A sebesség változtatás szokásos tartománya ±33% a sznkronpont körül az áramrányítók típusteljesítménye: P n /3. CL áramvektor szabályozása sznuszos hálózat áramot, egységny teljesítmény tényezővel képes produkáln. CM áramvektor szabályozása egységny teljesítmény tényzőjű állórész áramot szolgáltat (a rotor áramot sztátor fluxus orentáltan közvetlenül szabályozza, a sztátor áramot pedg közvetetten). Sőt, az eredő hálózat áram akár kapactív s lehet. Mnd motoros hajtás, mnd generátoros fékezés s lehetséges. w f f 1 = l IM r CM dc U dc C dc CL l TR Current vector controller Current vector controller 4/18
Mező és s hálózat h orentált szabályoz lyozás Cβ CCU p l β ref f1= f l IM CM u dc GC CL w ref U dcref p l CCU: Central Control Unt, ez állítja a lapátszög alapjelét (β ref ) és a szögsebesség optmáls alapjelét (w ref ). GC: Szabályozza a szögsebességet (w) CM-mel és a dc kör feszültségét (u dc ) CL-lel. Mndg van egy a szögsebesség szabályozásnak alárendelt nyomaték szabályozás, mvel a sebesség szabályozó (CW) állítja a nyomaték alapjelet (m ref ) am meghatározza a nyomatékképző rotor áram komponenst: rqref = m ref /ψ. P meas. Az állórész fluxus nagyságát (ψ) egy gépmodell számolja. A fluxus képző áram komponens alapjelét ( dref ) szntén beállíthatjuk. Ez közvetlenül meghatározza az állórészáram meddő komponensét és közvetve az állórész meddő teljesítményét (q=u l d ). A rotoráram rdref és az állórész áram dref fluxusképző komponense között kapcsolat: rdref =ψ/l m dref.. 5/18
Mezőorent orentált szabályoz lyozás fázs áramokkal w ref dref Machne Model CW IM CM u dc m ref rqref rdref raref rbref rcref CIA CIB u cra u crb CIC u crc 3 - phase PWM rdref rqref raref, rbref, rcref Hagyományos áramszabályozók (CIA, CIB, CIC) CM-t háromfázsú PWM modulátor vezérl. E verzónak előnye az állandó kapcsolás frekvenca. A szaggatott vonallal keretezett részt kétpont szabályozással s meg lehet valósítan. Ilyenkor a fázsáram változás sávja ( I) adható meg, és változk a kapcsolás frekvenca. 6/18
Mezőorent orentált szabályoz lyozás d-q rotoráram ram komponen- sekkel w ref dref IM Machne Model CW m ref rqref rdref CIQ CID u cq u cd u crx u cry CM SVPWM u dc d-q rotor ra, rb, rc rd rq CIQ, CID (hagyományos) u cd u crx u cq u cry CM-t térvektoros PWM (SVPWM) vezérl. E verzónak előnye az állandó kapcsolás frekvenca. Hátránya az gényelt két koordnáta transzformácó. 7/18
Közvetlen szabályoz lyozások: DTC és s IM CM Ezek közvetlenül szabályozzák az m nyomatékot (ll. p hatásos teljesítményt) és a ψ r rotor fluxus ampltúdót (ll. a q meddőteljesítményt). Aψ rref ψ rref alapjel a vzsgált esetben: = ψ 2 rdref +ψ 2 rqref ψ rdref w ref dref =ψ+ L Machne Model CW rdref rdref m ref ψrref Drect Torque Control Végeredményben az ezeket meghatározó rotoráram komponenseket ( rd, rq ) ndrekt módon szabályozzák. Előnye a jó dnamka és a robusztus vselkedés. Nem gényel koordnáta transzformácót, de a gépmodell elég bonyolult. r u dc DTC- 8/18
Szmulác cós eredmények SVPWM (1) [pu] 1.5 1 0.5 0 w p r =m(w 1 -w) t Sznkron felett Sznkron alatt -0.5-1 -1.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 [pu] motor generátor m p m =mw A folyamat (vszonylagos értékek): Gyorsítás w=0.7-ről w ref =1.111-re Kezdet értékek: ψ=1, d =ψ/l m =0.5, q =0, rd =0, rq =0. Fő adatok: (vszonylagos értékek) U l =1; U dc =3=const.; L m =2, =0.2, R=R r =0.02; dref =0; 5.23kHz kapcsolás frekvenca. 9/18
Szmulác cós eredmények SVPWM (2) Park-vektorok A rotoráram rotor koordnáta rendszerben A rotoráram vektor forgásrány váltása jól megfgyelhető, am a sznkron szögsebességen való átmenetnek a következménye. 10/18
Szmulác cós eredmények SVPWM (3) Park-vektorok A rotoráram d-q koordnáta rendszerben A sztátor és a rotoráram d komponensek a fluxusképzésben szerepet cseréltek. A sztátor áram d-q koordnáta rendszerben A q komponensek motoros/generátoros előjelváltása s megfgyelhető. 11/18
-1 1 0 Szmulác cós s eredmények DTC- Park-vektorok Kezdetben az állórész fedez a meddő teljesítményt ( sd 0,5), majd ezt a szerepet átvesz a szabályozott forgórész ( rd ψ s /L m 0.5). Ha a hálózatoldal áramrányító (CL) szntén egységny teljesítménytényezőre van szabályozva ( elven), akkor az eredő hálózat teljesítmény tényező s egy lesz. r ry -1 0 1 rx 0 q 0 r d 0 q 0 s d 0 0 β λ α DTC- 12/18
A sztochasztkusan rendelkezésre álló szélenerga akkor lehet gazán hálózat (és rendszerrányító) barát, ha energatárolót alkalmazunk. A változás különböző spektrumara különböző tárolás elvek használhatók. A rövddejű (turbulens, max. 1-2 perces) változások kompenzálására lendítőkereket lehet alkalmazn. A hajtás, az elektronka, az áramrányítók vezérlés elve ugyanazok, mnt a szélgenerátornál. A hálózatoldal áramrányító megspórolható, ha az alább módon alakítjuk k a rendszert: v J FW ω ω FW SG IFW f 1 a b c f FW FWa FWb FWc CM CFWM G p G FW p FW C C L u dc CL La Lb Lc f L p L LENDKE- 13/18
A fordulatszám korlátok elérésének hatása LENDKE- Sebesség lmt 14/18
Teljesítményben s elérhetjük a korlátot Fordulatszám korlát: 4, 8, 12 Teljesítmény korlát: 6, 10 LENDKE- 15/18
Az áramrányítók járulékos feladatokat s képesek ellátn, akár szélmentes dőben s: 1. Aktív felharmonkus szűrés. 2. Meddőkompenzálás. 3. Aszmmetrkus terhelés kompenzálása. ~ ~ ~ - LOAD ref ua Sens. uλa Lλ Rλ λ a La a a b c CL dcλ Cdc R dc dcc udc dcg CG G u dcref u dc qrefo SYNC CU prefo pref α λ pref qref qref pq abc aref bref cref a b c CIA CIB CIC u u u ca cb cc 3Ph-PWM Da Db Dc Da Db Dc JÁ 16/18
Aktív felharmonkus szűrés és meddő kompenzálás (áramrányító felharmonkusa és meddőgénye) JÁ Felh. 17/18
Aszmmetrkus terhelés és meddő kompenzálás JÁ Aszmm. 18/18