Оценка методов управления в системе преобразования энергии ветра на основе маломощного синхронного генератора с постоянными магнитами

Аннотация

Актуальность: среди возобновляемых источников энергии ветровая энергетика является одним из наиболее быстроразвивающихся направлений. Многие регионы Узбекистана характеризуются низкой и средней скоростью ветра, что усложняет задачу извлечения максимальной энергии из ветроустановок малой мощности; в таких условиях эффективность системы отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) напрямую зависит от выбранной стратегии управления. В данной работе система преобразования ветровой энергии на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG) была смоделирована в среде MATLAB/Simulink, для управления MPPT разработаны пропорционально-интегральный (PI), пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) и Fuzzy регуляторы, которые сравнивались при одинаковых условиях работы. Fuzzy-регулятор спроектирован как система типа Мамдани с двумя входами (ошибка и её производная) и 25 лингвистическими правилами. Результаты моделирования позволили сопоставить динамические отклики всех трёх регуляторов по скорости вращения ротора и электромагнитному моменту.

Цель: моделирование системы преобразования ветровой энергии малой мощности на основе PMSG в среде MATLAB/Simulink, а также сравнительный анализ эффективности PI, PID и Fuzzy-регуляторов MPPT при одинаковых условиях работы.

Методы: аэродинамическая модель ветротурбины построена на основе коэффициента мощности C_p(λ,β), а PMSG смоделирован уравнениями напряжения и момента во вращающейся системе координат d-q. Управление MPPT основано на методе оптимального коэффициента быстроходности, формирующем эталонную скорость ротора; полученная ошибка скорости подавалась на PI, PID и нечёткий Fuzzy (Мамдани, 25 правил) регуляторы с двумя входами.

Результаты: в рамках данного исследования система преобразования ветровой энергии малой мощности на основе PMSG была смоделирована в среде MATLAB/Simulink, и проведён сравнительный анализ эффективности PI, PID и Fuzzy-регуляторов MPPT. При ступенчатом изменении скорости ветра от 8,5 м/с до 6 м/с КПД системы в обоих режимах составил 0,9074, при этом все регуляторы показали одинаковую эффективность в установившемся состоянии. В переходном процессе выявлена существенная разница: ПИД-регулятор показал наибольшее перерегулирование (15%) и самое медленное установление, тогда как Fuzzy-регулятор показал наименьшее перерегулирование (3%) - это подтвердило превосходство нечёткой логики в условиях переменного ветра.