Моделирование ветроэнергетической системы на основе асинхронного генератора с двойным питанием

Аннотация

Актуальность: В связи с изменением климата, ростом спроса на энергию и необходимостью обеспечения экологической устойчивости, внедрение возобновляемых источников энергии, в частности ветровой энергетики, приобретает особую актуальность. В таких системах асинхронные генераторы с двусторонним питанием играют важную роль в процессе эффективной выработки и передачи электроэнергии в электрическую сеть. Данная система является одним из современных решений, позволяющих ветровым турбинам работать с высокой эффективностью и управлять реактивной мощностью в условиях переменного ветра. Система включает в себя два преобразователя (управление со стороны ротора и сети), шину постоянного тока и алгоритмы управления с высокими динамическими характеристиками. Среда MATLAB/Simulink имеет большое значение для моделирования, позволяя формировать систему на основе математических и динамических принципов, проводить её анализ при разных режимах работы и разрабатывать эффективные алгоритмы управления.

Цель: Моделирование ветроэнергетической системы на основе асинхронного генератора двойного питания в среде MATLAB/Simulink, а также анализ её электромагнитных характеристик, эффективности работы при различных скоростях ветра и разработка эффективных стратегий управления.

Методы: Электромагнитные процессы в статоре и роторе генератора описаны с использованием системы дифференциальных уравнений, основанных на преобразовании Парк-Кларка (dq0). Для управления со стороны ротора и со стороны сети реализована векторная система управления.

Результаты: В рамках данного исследования была смоделирована система ветроэнергетики на базе асинхронного генератора с двойным питанием в среде MATLAB/Simulink и проведен комплексный анализ эффективности алгоритмов управления. В процессе моделирования скорость ветра изменялась динамически от 7 м/с до 12 м/с. В результате были получены характеристики изменения скорости ротора генератора, электромагнитного момента и тока статора, при этом система была успешно интегрирована в электрическую сеть. Это обстоятельство показало высокую работоспособность генератора в условиях быстро меняющейся среды. В результате моделирования также был проведен гармонический анализ тока статора на стороне сети, уровень гармонического искажения был очень низким, его показатель был ниже 5%, что соответствовало международным стандартам