Analisis Generator Turbin Angin Didorong PM

dengan Power Converters

Abstrak-A Wind Generator Sistem yang menggunakan sebuah helikopter meningkatkan dan permanen magnet generator sinkron dipelajari. Dengan menggantikan sirkuit utama generator dan meningkatkan helikopter dengan rangkaian ekivalen, daya dan tegangan output DC diperoleh sebagai fungsi dari rasio tugas helikopter meningkatkan dan generator frekuensi rotasi. daya maksimum dari generator dicirikan oleh rasio beban dan tugas yang optimal secara teoritis ditentukan. Hasil MATLAB / simulasi SIMULINK disajikan.

Persyaratan Indeks - PMG, Rectifier, Chopper, Inverter, Angin Turbin tata-nama, ρ - densitas udara Area - menyapu oleh pisau IQ, Id - q - sumbu, d-sumbu saat ini, masing xQ, Xd - Reaktansi q-sumbu, d - sumbu, masing δ - Power Sudut θ - Faktor Daya Sudut p - Diferensial Operator (d / dt) Te - Torque V-elektromagnetik yang dihasilkan dari λ Kecepatan Angin - Tip Speed Ratio ωt-Turbin Speed T - Generator Torque Vabc - Tegangan Fase Rabc - Tahap Resistensi λabc - Fluks Hubungan dalam fase β - Pitch Angle KS - Koefisien Kepatuhan Shaft-G - Gear rasio Cp-Power Koefisien

I. PENDAHULUAN

Konsumsi energi berdasarkan bahan bakar fosil

dianggap sebagai faktor utama pemanasan global dan

degradasi lingkungan. Pemanfaatan secara alami

terjadi sumber-sumber energi terbarukan sebagai energi alternatif

pasokan telah mengasumsikan lebih penting dari Power kurang

sinar surya generasi memanfaatkan energi panas bumi, angin

gaya dan gaya gelombang telah menjadi kenyataan.

Penelitian tentang peningkatan kinerja dan biaya

penurunan konversi energi seperti non-konvensional

R. Bharanikumar adalah dengan Departemen Teknik Elektro,

Bannari Amman Institute of Technology, Sathyamangalam, India.

(Penulis Sejalan dengan menyediakan e-mail: bharani_rbk@rediffmail.com).

A. Nirmal Kumar adalah dengan Departemen Teknik Elektro,

Bannari Amman Institute of Technology, Sathyamangalam, India.

sistem sedang diberikan prioritas tertinggi [7]. pembangkit tenaga angin memiliki koneksi yang kuat untuk memutar mesin dan karenanya aplikasi praktis adalah metode paling menjanjikan generator. pengendalian Angin telah diusulkan untuk mendayagunakan kekuatan angin yang rentan terhadap fluktuasi setiap saat. Mesin jenis induksi memiliki keunggulan dari ketahanan, biaya operasi rendah dan bebas pemeliharaan. Namun, mereka memiliki kekurangan faktor daya yang rendah dan kebutuhan sumber eksitasi AC. permanen magnet generator dipilih sehingga dapat mengurangi kekurangan generator induksi. Meningkatkan helikopter sirkuit dengan perangkat switching tunggal adalah pilihan untuk pengaturan daya yang menyediakan peningkatan efisiensi [8].

Untuk analisis sistem generator angin di atas, generator dan meningkatkan helikopter yang diwakili oleh rangkaian setara mereka. Kinerja karakteristik seperti daya keluaran yang dihasilkan dan DC tegangan output disajikan sebagai fungsi siklus tugas dari helikopter dan kecepatan poros generator. Daya yang dihasilkan bervariasi dengan beban dengan puncak terjadi pada beban tertentu. Oleh karena itu, siklus kerja optimum untuk daya maksimum dapat disimpulkan dengan membedakan daya output terhadap siklus kerja.

Validitas teknik untuk mencapai daya maksimum dikonfirmasi dalam studi simulasi. Dalam analisis ini, nilai masing-masing bagian dihitung berdasarkan kecepatan rotasi diamati oleh sensor rotasi.

Pertimbangan karakteristik pabrik angin yang tidak diperlukan, karena torsi adalah fungsi dari generator kecepatan dan karakteristik pabrik angin tercermin dalam kecepatan rotasi [7].

II. KOMPONEN ELECTRIC SYSTEMS OF WIND

Komponen dasar sistem listrik angin dianalisis

sini ditunjukkan pada Gambar 1. Sebuah langkah-gear box dan yang cocok

kopling menghubungkan turbin angin ke Magnet Permanen

Generator sinkron (PMSG). Kekuatan yang dihasilkan dari

terus menerus frekuensi yang berbeda-beda diumpankan ke beban lokal melalui

konverter daya yang sesuai, untuk memastikan tegangan konstan dan

frekuensi konstan [4].

Karena tenaga angin dengan kecepatan angin yang berfluktuasi, maka

generator tegangan output dan frekuensi bervariasi terus menerus.

Tegangan AC berubah diperbaiki menjadi DC dalam dioda

jembatan dan tegangan dc ini kemudian diatur untuk mendapatkan

tegangan konstan dengan mengontrol rasio tugas dari DC / DC

meningkatkan konverter. Tegangan DC terbalik untuk mendapatkan

diinginkan AC tegangan dan frekuensi menggunakan sebuah PWM

inverter [4]. Rasio tugas, δ mengendalikan helikopter Boost

tegangan output.

Gambar 1. Blok Diagram sistem Wind Generator Listrik

III. ANALISIS TEORITIS

A. Model Turbin Angin

Ada dua jenis yaitu turbin angin sumbu vertikal

dan jenis sumbu horisontal. sumbu horisontal turbin angin

karena keuntungan kemudahan dalam desain dan kurang disukai

biaya terutama untuk peringkat daya yang lebih tinggi [3].

Kekuatan ditangkap oleh turbin angin diperoleh sebagai

3 2

p

mana daya Cp koefisien adalah fungsi nonlinier

kecepatan angin dan sudut blade pitch dan sangat tergantung

pada fitur konstruktif dan karakteristik turbin.

Hal ini diwakili sebagai fungsi dari rasio kecepatan ujung λ diberikan

oleh

Penting untuk dicatat bahwa efisiensi aerodinamik adalah

maksimum pada rasio kecepatan ujung optimal. Nilai torsi

diperoleh dengan membagi kekuatan turbin dengan kecepatan turbin, adalah

terbentuk diperoleh sebagai berikut:

B. Model Generator Magnet Permanen

Permanen Magnet Generator memberikan yang optimal

solusi untuk berbagai kecepatan turbin angin, dari gearless atau

konfigurasi gear tunggal-tahap [5]. Ini menghilangkan kebutuhan

untuk frame dasar terpisah, gearbox, kopling, garis poros,

dan pra-perakitan nacelle tersebut. Output dari generator

dapat diumpankan ke jaringan listrik secara langsung. Tingkat tinggi keseluruhan

efisiensi dapat dicapai, sekaligus mempertahankan mekanik

struktur turbin sederhana [5].

Gambar 2. Setara sirkuit PM Generator satu fasa

Generated ggl / fase,

Kerangka acuan tegangan rotor diperoleh sebagai

Kerangka acuan tegangan rotor adalah

Ekspresi untuk elektromagnetik (EM) torsi dalam

rotor diberikan oleh

Hubungan antara frekuensi sudut dari

tegangan stator (ωr) dan kecepatan sudut mekanik

rotor (ωm) diperoleh sebagai berikut:

Torsi yang dikembangkan oleh turbin Tt dirilis untuk memasukkan

untuk generator Tm yang dinyatakan sebagai

C. Model Rectifier

Sebuah jembatan penyearah dioda tiga fase mengkonversi AC

output yang dihasilkan tegangan, yang akan bervariasi

besar dan juga di frekuensi, ke DC 9 [].

Tegangan keluaran rata-rata dari dioda tiga fase

penyearah diperoleh sebagai berikut:

dan rata-rata dan beban RMS saat ini diberikan oleh:

D. Meningkatkan Chopper

Konversi tegangan DC ke diperbaiki tertentu

DC tegangan output dapat dilakukan menggunakan DC-DC

converter atau helikopter sirkuit [9].

Helikopter meningkatkan tegangan output diperoleh sebagai

dimana δ = Tugas rasio dari helikopter

E. Model PWM Inverter

Untuk penyediaan tenaga listrik untuk aplikasi industri di

bentuk AC, DC output Meningkatkan Chopper adalah terbalik

dalam tiga - fasa inverter. Gating sinyal untuk PWM Inverter

perangkat yang dihasilkan menggunakan sebuah Sinusoidal Pulse Width

Teknik modulasi (modulasi lebar pulsa sinusoida), dengan membandingkan sinusoidal

referensi sinyal dengan gelombang pembawa segitiga. Itu

fr frekuensi sinyal referensi menentukan inverter

fo frekuensi dan amplitudo keluaran puncaknya mengontrol

modulasi indeks M dan ini pada gilirannya tegangan output rms,

VO [11].

Jika δm adalah lebar pulsa MTH dan p adalah jumlah

pulsa, maka tegangan output rms diperoleh sebagai:

Gambar 3.Simulation Model Sistem Wind Generator

Gambar 3. menunjukkan model simulasi keseluruhan Angin

Sistem Konversi listrik. Model ini disimulasikan untuk

kecepatan angin berbagai, lihat Gambar. 4-sampai 10

Gambar 4 menunjukkan kecepatan turbin angin di rpm untuk berbagai

nilai-nilai kecepatan angin. turbin angin mencapai stabil

negara pada t = 3milliseconds di semua kecepatan angin.

Gambar 5. PMSG Output Tegangan

Gbr.5 menunjukkan output Generator Magnet Permanen

tegangan untuk nilai yang berbeda dari kecepatan angin. Itu

tegangan yang dihasilkan mencapai keadaan tunak pada t = 3milliseconds

Gambar 6. Tegangan Output Rectifier

Gambar 7. Meningkatkan Tegangan Keluaran Chopper

Gambar 6 menunjukkan tegangan output dioda penyearah untuk berbagai

kecepatan angin. Gambar 7 menunjukkan helikopter meningkatkan tegangan keluaran

nilai yang berbeda untuk kecepatan angin. Helikopter itu output

tegangan 508volt konstan. Ini diberikan kepada inverter modulasi lebar pulsa sinusoida.

Gambar 8. Inverter modulasi lebar pulsa sinusoida Output Tegangan

Gambar 9. Output Tegangan Sinusoidal dari Inverter modulasi lebar pulsa sinusoida

Gambar 8 dan 9 menunjukkan output inverter tegangan 415Volt

AC untuk nilai yang berbeda dari kecepatan angin, ini adalah konstan ac

tegangan yang diberikan kepada beban.

Gambar 10. menunjukkan helikopter Tingkatkan rasio Tugas untuk Menjaga

tegangan dc pada tingkat yang diinginkan untuk berbagai nilai angin

kecepatan

V. KESIMPULAN

Turbin angin didorong Permanen Magnet Generator dimodelkan menggunakan MATLAB / alat SIMULINK dan dianalisis untuk

berbagai masukan kecepatan angin. Karena kecepatan angin bervariasi

tegangan output PMSG juga bervariasi. Tegangan bervariasi

diperbaiki ke DC dan melangkah dalam meningkatkan sebuah helikopter

menghasilkan tegangan DC konstan terlepas dari angin

kecepatan. Tegangan DC konstan dari helikopter itu adalah

terbalik dalam Sinusoidal Pulse Width Modulated (modulasi lebar pulsa sinusoida)

Inverter untuk mendapatkan output tegangan AC konstan dan

frekuensi konstan. Simulasi studi pada Generated Angin

Sistem menggunakan MATLAB / model SIMULINK adalah intinya

cakupan dalam makalah ini.