[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Tego rodzaju działanie elektrowni wiatrowej wynika zzastosowanej struktury układu regulacji nadrzędnej, któranie uwzględnia dynamiki zmian energii mechanicznejukładu.Prezentowane wyniki, z wyjątkiem prędkości wiatru,wyrażono w jednostkach względnych. Badania numeryczneprezentowanego modelu elektrowni wiatrowej wrazz układem regulacji przeprowadzono przy wykorzystaniukompilatora języka C. W programie symulacyjnymzastosowano metodę całkowania RK-4 ze stałym krokiemcałkowania wynoszącym 5 u.s. Częstotliwość impulsowaniafalownika maszynowego wynosiła 2 kHz, natomiastfalownika sieciowego 4 kHz.WnioskiPrzedstawiony model matematyczny odtwarza zjawiskazachodzące podczas pracy elektrowni wiatrowej w systemieelektroenergetycznym z dokładnością wystarczającą doweryfikację i analizy algorytmów sterowania.W dalszych pracach planowane jest uwzględnienieoscylacji momentu napędowego silnika wiatrowegospowodowanych zjawiskiem przesłaniania łopat wirnikaprzez wieżę turbiny. Przewiduje się zastosowanie bardziejzłożonegomodelusystemuelektroenergetycznegoumożliwiającego precyzyjniejsze zamodelowanie dynamikiw zakresie przepływu mocy.Badania zrealizowano w ramach projektu promotorskiegoKBNnr3TWA 058 27.[1][2][3][4][5][6][7]LITERATURAAimani S., Francois B., Minne F., Robyson B,Modeling and Simulation of Doubly Fed Induction Generatorsfor Variable Speed Wind Turbines integrated in a DistributionNetwork,EPE, Toulouse ,2003T ą p i ą A., T ą p i ą G., Ostolaza J., Saenz J., Modelingand control of a Wind Turbinę Driven Doubly Fed InductionGenerator,IEEE Transaction on Energy Conversion, 18(2003)Kulesza K., W i t k o w s k i S., Guziński J., Elektrowniawiatrowa z maszyną dwustronnie zasilaną - badaniasymulacyjne ,Zesz. Nauk. Poi. Gdańskiej, nr 19 (2003)Krzemiński Z., Control system of Doubly Fed InductionMachinę Based on Multiscalar Model,11lhIFAC WorldCongress, Talin, (2003)Krzemiński Z., Sensorless Multiscalar Control of DoublyFed Machinę for Wind Power Generators,PCC (2003)K r z e m i ń s k i Z., K u l e s z a K.,Właściwości dynamicznemaszyny indukcyjnej dwustronnie zasilanej,PES-4,(2003)Krzemiński Z., Kulesza K., Sterowanie mocą elektrowniwiatrowej z maszyną dwustronnie zasilaną,SENE, (2003)Autorzy:mgr inż. Krzysztof Kulesza, kkulesza @ely.pp.gda.pl,prof. dr hab. Inż. Zbigniew Krzemiński, zkrzem ©ely.pg.oda.pl,mgr inż. Krzysztof Blecharz, kblech ©ely.pg. gda.pl,Politechnika Gdańska, Katedra Energoelektronikii MaszynElektrycznych, ul. Sobieskiego7;80-216 Gdańsk,tel. (048) (058)347-29-93; fax (048) (058) 341-08-80Henryk SUPRONOWICZ, Andrzej OLSZEWSKIPolitechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki PrzemysłowejUkłady energoelektroniczne przeznaczone do współpracyz elektroenergetycznymi liniami zasilającymiStreszczenie.W pracy przedstawiono opis stanowiska do badań symulacyjnych międzyliniowych sterowników mocy tzw. lPFC przeznaczonych dowspółpracy z liniami zasilającymi prądu przemiennego. Przedstawiono wybrane algorytmy sterowania pracą tego typu układów oraz wybranewyniki badań symulacyjnych.Abstract. (Power converter system designed for application in power supply grid).Theart/c/edescribes the laboratory stand designed forsimu/ate andsearch of IPFC (Interline Power Flow Control) for co-operate with AC power lines. There are featured the selected algorithm ofsystemscontrol and results of simu/ate tests.Słowa kluczowe:filtracja aktywna, UPFC, IPFC, przesył energii.Keywords:active fitration, UPFC, IPFC, energy transfer.WstępUkładyenergoelektroniczneznalazłyszeregzastosowań w dziedzinie elektroenergetyki, zarówno niskichjak i średnich napięć. Do typowych szeroko stosowanychurządzeń energoelektronicznych takich jak przekształtniki,filtry aktywne, urządzenia rezerwowego zasilania, wostatnich latach dochodzą urządzenia wspomagające orazwpływające na racjonalizację przesyłu i dystrybucji energiielektrycznej. Do urządzeń takich zalicza się tak zwanesterowniki mocy UPFC oraz międzysystemowe lubmiędzyliniowe sterowniki mocy IPFC. Tematyką niniejszegoopracowania jest uniwersalny międzyliniowy sterownikmocy IPFC, przeznaczony do współpracy z trzema liniaminiskiego napięcia. Schemat takiego systemu przedstawionyzostał na rysunku 1. Trzy trójfazowe linie zasilające L1, L2,L3 wyposażone zostały w sterowniki mocy UPFC L1, UPFC12,UPFC L3. Energoelektroniczneukłady UPFCumożliwiają dwukierunkowy przepływ energii elektrycznejpomiędzy liniami zasilającymi, a wspólnym dla wszystkichukładów UPFC obwodem pośredniczącym prądu stałego,stanowiącymmagazynenergiielektrycznej,reprezentowany na rysunku przez kondensator C. Obwódpośredniczący prądu stałego w zależności od wymagańdotyczących wielkości magazynowanej energii elektrycznej,może być wyposażony w baterię kondensatorów, baterieelektrochemiczne lub inne źródła napięcia stałego.Każdy z układów UPFC, składa się z aktywnego filtruszeregowego i równoległego, mogących współpracować zeswoją linią zasilającą niezależnie od układu sterowaniamiędzysystemowego sterownika mocy. Filtr aktywnyszeregowy spełnia zwykle rolę stabilizatora, symetryzatoraoraz filtru napięć przemiennych, natomiast filtr aktywny1144PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY R. 80 NR 11/2004równoległy spełnia rolę regulatora, symetryzatora oraz filtruprądów obciążenia linii zasilającej. Ponadto rolą filtrurównoległegojeststałedoładowywanieobwodupośredniczącego, tak aby utrzymać stałe założone napięciet/c. Układy UPFC mogą również stanowić skutecznąochronę linii zasilających przed skutkamizwarćpowstałychw systemie zasilania. Po wykryciu stanu zwarcia możliwejest zmniejszenie szybkości narastania prądu zwarciapoprzez obniżenie napięcia zasilającego, co w efekcieumożliwi skuteczne zadziałanie u kładów zabezpieczającychlinie zasilające. Zmniejszenie napięcia zasilania dokonujesię poprzez wprowadzenie napięcia dodawczegoUKodobranej przez układ sterowania wartości. Całość systemuzostała wyposażona w centralny system sterowania inadzoru zbudowany w oparciu o kartę procesorasygnałowego DS1003.Układ sterowania międzysystemowegosterownikamocy składa się dwóch części, części obliczania popraweknapięciowych oraz części obliczania poprawek prądowych.Ponieważ badania laboratoryjne takich systemówwymagają posiadania trzech niezależnych linii prze-syłowych, jak również możliwość regulacji ich parametrów(napięcia, prądu obciążenia oraz wprowadzania zaburzeń),co jest praktycznie niewykonalne w ramach laboratoriumuczelnianego, zbudowany został model cyfrowo analogowylinii zasilających składający się z komputera, układówsterowania i trójfazowego falownika napięcia. Taki modellinii zasilającej nazywany przez nas GEPS (GeneratorPrzebiegów Sieciowych) umożliwia generację dowolniezaburzonych przebiegów napięciowychmodelującychtrójfazowe napięcia zasilające o obciążalności każdej fazydo 10 A.1OAOli~^^~t77porOdbiornik1mr ''%>JlKdUPFCL1IOALinia iUKB~^^mvK;^Ol^Odbiornik2n^Liniaktt.jsUPFCL2A/COM,AŁ/1IWŁ'04o-U^KBOdbiornik3~fWAYYj^jj;J>J«r•j'ton''-' IISLICT71,c^UPFCL3uUKŁAD STEROWANIAMIĘDZYSYSTEMOWEGOSTEROWNIKA MOCYA/,.OL2,A[/,'fou' ^ iM/JL—_y'.-O/J' ^ 1KŁ3 C-Rys.1. Schemat blokowy układu międzyliniowego sterownika mocyPRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY R. 80 NR 11/20041145Wybrane algorytmy sterowania i wyniki badańsymulacyjnychZbudowanyi uruchomionysystem hybrydowymodelujący sieci energetyczne oraz współpracujące z nimiukłady UPFC, pozwolił na przeprowadzeniebadańlaboratoryjnychwybranychalgorytmówsterowaniamiędzysystemowym sterownikiem mocy. Ze względu naprzejrzystośćprzeprowadzonychbadańorazichprezentację podzielono je na dwie części, pierwsza dotyczyoddziaływania aktywnychfiltrów szeregowych(od-działywanie napięciowe), druga dotyczy oddziaływaniaaktywnych filtrów równoległych (oddziaływanie prądowe).Jednocześnie założono, że poszczególne linie zasilające sąobciążone symetrycznie, a w związku z tym układ, w którymprzeprowadzono badania został uproszczony. Każda z liniiprzesyłowych reprezentowana jest przez jej jedną fazę (A),oznaczoną symbolemeSAL1, eSAL2, ESAU.Z każdą liniązasilającą współpracują filtry aktywne szeregowy irównoległy. Do każdej linii może być wprowadzone napięciedodawczeUK,z aktywnego filtru szeregowego oraz prądkompensującyiK,z aktywnego filtru równoległego.'cOALl'*• cOALI' * cOAL3'cOALl"*"'cOAL2"*"'cOAL3 ~ 'cOALlna*'cOAŁ2max "*"ciSTOPcOALlcOAI.2* COAL3=='WALI~cOALl'wAL2 ~ 'cOAL2Wyznaczanie prąduładowania kondensatoraCOAL3Rys.2. Algorytm realizujący przenoszenie obciążeń pomiędzy liniami1146PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY R. 80 NR 11/2004Całość systemu sterowana jest ze wspólnego bloku,oznaczonego na rysunku 1 jako układ sterowaniamiędzysystemowego sterownika mocy. Przedstawiony narysunku 1 układ sterowania pozwala na nadzorowanie isterowanie pracą trzech układów UPFC współpracujących ztrzema liniami zasilającymi. Układ sterowania zbudowanyzostał w oparciu o kartę procesora sygnałowego, stanowiącuniwersalnysterownik.UkładIPFCpozwalanaprzenoszenie obciążeń pomiędzy liniami,stabilizację napięćlinii zasilających.Filtrację harmonicznych i interharmonicznych napięć iprądów, kompensację współczynników mocy przesunięciafazowego, korekcję przesunięć fazowych napięć, eliminacjęzapadów i kołysań napięć zasilających, symetryzacjęobciążeń, przenoszenie obciążeń pomiędzy liniami itp.400L1O-400400800pomiędzy nimi. Przenoszenie obciążeń pomiędzy liniamioraz odciążanie linii przeciążonych umożliwia algorytmprzedstawiony na rysunku 2.W tym przypadku wszystkie współpracujące linieposiadają zbliżone wartości obciążeń znamionowych.Wszystkie linie mogą pracować niezależnie, w granicachznamionowych obciążeń, tzn. od biegu jałowego doobciążenia znamionowego. Po przekroczenia wartościznamionowego prądu obciążenia w dowolnej z linii,nadwyżka obciążenia przeniesiona zostaje do linii mniejobciążonych, od linii obciążonej najmniej zaczynając.Całkowite obciążenie systemu nie może być większe odsumy obciążeń znamionowych linii zasilających. Wynikibadań symulacyjnych pracy układu przedstawiono narysunku 5.Wprzypadkuwspółpracyliniio znacznymzróżnicowaniu znamionowych obciążeń należy zastosowaćalgorytm sterowania pozwalający na proporcjonalneprzenoszenie obciążeń pomiędzy liniami tzn., że nadmierneobciążenie którejkolwiek z linii zasilającej przenoszone jestdo linii pozostałych, proporcjonalnie do ich obciążeńznamionowych. Przy przeciążeniu np. linii L2 współczynnikiproporcjonalności obciążenia dla linii L1 i L3 wyznaczamy znastępujących zależności:współczynnik dla linii L1 --800400L3O-400(DWl= -'cOALlmcucOALJmaxwspółczynnik dla linii L3 -'A-400-400(2)W3= -400lcOAL3max+lŁcOALlmaxcOALBmaxRys.3. Praca układu jako stabilizatora napięć trzech linii z aktywnąfiltracją odkształceńostateczne wartości składowych czynnych prądów liniiwyniosą(3)ICOALZ ~I cAL2=*VcOAL2^cOAL2max)^6OAL2maxIcALX'amplituda składowej czynnej prądu odbiornika w-1000010000linii XWyniki badań symulacyjnych pracy układu przestawiono narysunku 6.400L1-10000400L310000oIA-400400L2oIA-400-800-400i,400800^foóoo10000O'A-400Rys.4. Praca układu jako stabilizatora napięć trzech linii -eliminacja kołysań-800-400Przedstawiony na rysunku 1 blok układu sterowaniamiędzysystemowego sterownika mocy, składa się z dwóchtorów obliczeniowych poprawek, napięciowych i prądowych.Wyniki badań symulacyjnych pracy układu IPFC jakostabilizatora napięć trzech linii z aktywną filtracjąodkształceń oraz eliminacją kołysań przedstawiono narysunkach 3 i 4Układ sterowania systemem IPFC umożliwiaprzenoszenie obciążeń pomiędzy liniami, odciążanie liniiprzeciążonych oraz symetryzację obciążeń w liniach i400,L3-400-800-400400800Rys.5. Ilustracja działania pracy układu przy zastosowaniualgorytmu sterowania przedstawionego na rysunku 2PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY R. 80 NR 11/20041147Wprzypadkuwspółpracyliniizasilającychposiadających zbliżone wartości obciążeń znamionowychmożna stosować algorytmy umożliwiające symetryzację ichobciążeń. Wszystkie linie mogą pracować niezależnie wgranicach znamionowych obciążeń, tzn. od biegu jałowegodo obciążenia znamionowego. W przypadku przekroczeniaznamionowego prądu w dowolnej z linii, uruchomionyzostaje algorytm symetryzacji. Średnia wartość amplitudyskładowej czynnej prądu obciążenia po wyrównaniu będziewynosić(4)Ics400L1Całkowite obciążenie systemu nie może przekroczyćobciążenia znamionowego opisanego warunkiem (1).Warunkiem konieczny do prawidłowej pracy układusymetryzacji obciążeń linii jest spełnienie trzech poniższychnierówności:(5)Ic$ ^ IcOALlmx''cS ~ 'cOALZnw.'^cS — ^cOAL3ma\=-W przypadku niespełnienia warunku (5) układ sterowaniaprzechodzi do realizacji jednego z wariantów algorytmówsterowania podanych wcześniej w artykule. Wyniki badańsymulacyjnych działania systemu w oparciu o algorytmsymetryzacji obciążeń przedstawiono na rysunku 7.We wszystkich przedstawionych wariantach pracyukładu warunkiem nadrzędnym jest, aby całkowiteobciążeniesystemubyłomniejszeod zdolnościprzesyłowychwszystkichwspółpracującychliniiprzesyłowych.WnioskiPrzedstawione w opracowaniu wstępne wyniki badańsymulacyjnychpokazująmożliwośćskutecznegooddziaływania na obciążenia linii zasilających zmierzającedo przenoszenia nadmiernych obciążeń z linii nadmiernieobciążonych do linii mniej obciążonych. Działanie takichsystemów energoelektronicznych współpracujących zsystemamielektroenergetycznymipozwolinawyeliminowanie wyłączeń linii chwilowo przeciążonych o ilepozostałe linie zasilające systemu są w stanie przejąćobciążenie. Niekontrolowane wyłączenia linii zasilającychspowodowane chwilowymi przeciążeniami prowadzą częstodo rozległych awarii systemu energetycznego zwanych"efektemdomina".Międzyliniowe sterownikimocyskładające się z aktywnych filtrów szeregowych irównoległych współpracujących z liniami zasilającymi pozaopisanymipowyżejwłaściwościamiumożliwiająkompensację przesunięć fazowych prądów obciążeniawzględem napięć zasilających, likwidację odkształceńnapięć i prądów, symetryzację napięć i prądów obciążenia.Praca wykonana w ramach grantu "Energoelektroniczneukłady elastycznego sterowania przesyłem mocy wrozproszonychsystemachzasilającychprąduprzemiennego", nr4T10A03725-400400L2'A-400-200200400600800'A-400-400'' -200200" '4Óo''eóo'400L3-A-i---H--i--A--V-400•A--400:ii~-V :-200200400600800Rys.6. Ilustracja działania pracy układu przy zastosowaniualgorytmu sterowania proporcjonalnym przenoszeniem obciążeńpomiędzy liniami400L1O-400400L2'A-800-400400800OIA-400400L3-800-400400800O-400'ALITERATURA[1] StrzeleckiR.,SupronowiczH.,Filtracjaharmonicznych w sieciach zasilających prądu przemiennego,Adam Marszałek,Toruń (1998)[2] S t r z e l e c k i R., S u p r o n o w i c z H., Współczynnik mocy wsystemach zasilania prądu przemienego i metody jegopoprawy,Oficyna Wydawnicz Politechniki Warszawskiej,Warszawa (2000)[3] Olszewski A., Mikroprocesorowe systemy sterowaniafiltrów aktywnych,praca doktrorska,Politechnika Warszawska(2001)Autorzy:prof. dr hab. inż. Henryk Supronowicz, PolitechnikaWarszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul.Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, E-mail: supron@isep.pw.edu.pl:dr inż. Andrzej O/szewski, Politechnika Warszawska, InstytutSterowaniaiElektronikiPrzemysłowej,E-mail:o/szewsa ©isep.pw.edu.pl..-800-400400800Rys.7. Ilustracja działania pracy układu przy zastosowaniualgorytmu sterowania pozwalającego na symetryzację prądówobciążenia linii zasilających1148PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY R. 80 NR 11/2004
[ Pobierz całość w formacie PDF ]