هدف این مقاله ارائه مدل سازی و شبیه سازی کامل ژنراتور القایی با تغذیه دوگانه با توربین بادی است که برق ac را به شبکه برق تغذیه می کند. برای آن، دو مبدل منبع ولتاژ مدوله شده با عرض پالس پشت به پشت بین پایانه های روتور و شبکه برق از طریق پیوند dc مشترک متصل می شوند. مبدل سمت شبکه، جریان برق بین گذرگاه DC و سمت AC را کنترل می کند و به سیستم اجازه می دهد تا در حالت عملیات زیر سنکرون و فوق سنکرون کار کند. تحریک مناسب روتور توسط مبدل سمت ماشین ارائه می شود. سیستم کامل در محیط سیمولینک متلب به گونه ای مدل سازی و شبیه سازی شده است که می تواند برای مدل سازی انواع پیکربندی های ژنراتور القایی مناسب باشد. این مدل از چارچوب مرجع روتور با استفاده از رویکرد بردار پویا برای مدل ماشین استفاده می کند.

استفاده از توربین های بادی دارای ژنراتور القایی تغذیه دوگانه ((DFIG)) در شبکه های توزیع روزبروز در حال افزایش است. علاوه بر مزایای متنوع این نوع ژنراتورها مانند کنترل ساده و هزینه پایین و قابلیت کار در سرعت های مختلف باد، این نوع ژنراتورها به افت ولتاژ شبکه حساس بوده و در صورت بروز خطا در شبکه، جریان روتور افزایش یافته و می تواند منجر به آسیب مبدل های الکترونیک قدرت بکار رفته در آن شود. همچنین اضافه ولتاژ ناشی از خروج ناگهانی بار، ورود بانک خازنی و خطاهای نامتقارن نیز می تواند منجر به آسیب مبدل های بکار رفته در (DFIG) گردد. با توجه به لزوم رعایت الزامات شبکه، در این مقاله روش جدیدی برای بهبود قابلیت گذر از خطای (DFIG) شامل بهبود همزمان قابلیت گذر از افت ولتاژ (LVRT) و بهبود قابلیت گذر از اضافه ولتاژ (HVRT) با استفاده از ذخیره ساز مغناطیسی ابررسانا (SMES) و محدود کننده جریان خطای ابررسانا (SFCL) در ریز شبکه در حالت متصل به شبکه ارائه شده است. شبیه سازی در نرم افزار PSCAD انجام شده و نتایج شبیه سازی کارایی روش پیشنهادی را در بهبود قابلیت گذر از خطای (DFIG) در هنگام بروز افت ولتاژ و اضافه ولتاژ در ریز شبکه در حالت متصل به شبکه نشان می دهد.

در این مقاله یک ژنراتور القایی تغذیه دوگانه، جهت استفاده در نیروگاه بادی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا معادلات مربوط به طراحی بهینه این ژنراتور مورد بررسی قرار گرفته و سپس مدلی جهت بررسی عملکرد ژنراتور ارائه شده است. سپس با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) ژنراتور طراحی شده بهینه گردیده است. هدف از بهینه سازی ژنراتور، بهبود مشخصه های ولتاژ و جریان خروجی و شکل موج های مربوطه است که درنهایت منجر به بهینه سازی توان خروجی ژنراتور مورد مطالعه می گردد. پارامترهای مکانیکی ژنراتور شامل ابعاد، تعداد شیارها در هر فاز هر قطب، وزن ماشین نیز بهینه شده است. نتایج این بهینه سازی نشان می دهد که با یک بهینه سازی صحیح می توان هزینه های استفاده از این ژنراتورها، شامل هزینه مواد استفاده شده و هزینه تلفات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. در پایان نیز نتایج بدست آمده از روش اجزای محدود با روش های تحلیلی مقایسه گردیده و مشخص شده است که روش اجزای محدود به عنوان یک ابزار قدرتمند جهت بهینه سازی ژنراتورهای القایی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این مطالعه نشان می دهد که بهینه سازی عملکرد این ژنراتور می تواند به بهبود عملکرد مجموعه نیروگاه بادی کمک شایانی نماید.

مقاله حاضر به تحلیل دینامیک مبدل سمت شبکه و طراحی کنترل کننده لینک DC در توربین-ژنراتور بادی با ژنراتور القایی دوسو تغذیه ((DFIG)) می پردازد. بر این اساس ابتدا به طراحی کنترل کننده جریان مربوط به مبدل سمت شبکه پرداخته می شود و سپس جهت عبور توان در مبدل های سمت روتور و شبکه در لغزش های مختلف تعیین می گردد. در ادامه بر اساس رابطه تبادل توان لحظه ای بین مبدل های الکترونیک قدرت و خازن لینک DC، دینامیک خازن لینک DC استخراج می گردد. در استخراج دینامیک خازن لینک DC اثر فیلتر واسط مبدل سمت شبکه نیز لحاظ می شود. نشان داده می شود که با لحاظ کردن دینامیک فیلتر واسط مبدل سمت شبکه، دینامیک خازن لینک DC غیرمینیمم فاز است که این امر می تواند محدودیت هایی را در دستیابی به پاسخ دینامیکی مناسب ایجاد کند. سپس به طراحی و انتخاب ضرایب کنترل کننده خازن لینک DC پرداخته می شود. در پایان عملکرد سیستم تحت مطالعه به وسیله شبیه سازی های زمانی که در نرم افزار MATLAB-SIMULINK انجام یافته آزموده می شود.

با توجه به نوسانات سرعت باد در سیستم های تبدیل انرژی باد، به علت مشکلات ناشی از ژنراتورهای بادی سرعت ثابت، ژنراتور های بادی سرعت متغیر بر آن ها ترجیح داده می شوند. یکی از ژنراتور های سرعت متغیر، ژنراتور القایی با سیم پیچ استاتور دوگانه می باشد. این نوع ژنراتور در مقایسه با ژنراتور های القایی دو سو تغذیه که متداول ترین نوع ژنراتور سرعت متغیر در بین توربین های بادی محسوب می گردد، به علت حذف جاروبک ها و حلقه های لغزان، دارای ساختمان مقاوم تر و هزینه تعمیر و نگهداری کمتر می باشد، همچنین به علت ساختار روتور قفس سنجابی نسبت به ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک با ساختار روتور آشیانه ای دارای ساختمان ساده تر می باشند. در این مقاله سیستم تبدیل انرژی باد سرعت متغیر با بکارگیری ژنراتور القایی با سیم پیچ استاتور دوگانه برای تغذیه بار جریان متناوب مستقل از شبکه معرفی می گردد. سپس با بکارگیری مبدل های الکترونیک قدرت یک ساختار مناسب پیشنهاد می گردد. به منظور تنظیم توان و تثبیت ولتاژ با دامنه و فرکانس مطلوب برای بار مستقل از شبکه تحت شرایط تغییرات بار و سرعت باد با درنظر گرفتن روش های کنترلی مناسب حلقه های کنترلی برای مبدل های الکترونیک قدرت طراحی می گردد. جهت اعتبار سنجی سیستم تحت مطالعه و روش کنترلی موردنظر، نتایج شبیه سازی در محیط SIMULINK نرم افزار MATLAB ارایه می گردد.