توان مکانیکی و توربین بادی

شکل ‏38: ساختار روش کنترل میدان جهت دار (FOC) برای کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم [14]
برای کنترل میدان جهت دار، از روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان، با در نظر گرفتن نسبت سرعت نوک بهینه استفاده شده است. در شکل ‏38، از سه حلقه‌ی کنترلی در سیستم کنترل استفاده شده است که عبارتند از:
حلقه‌ی کنترل سرعت،
حلقه‌ی کنترل جریان مؤلفه‌ی ،
حلقه‌ی کنترل جریان مؤلفه‌ی ،
در حلقه‌ی کنترل سرعت، مقدار واقعی سرعت شفت ژنراتور اندازه گیری شده، و با مقدار مرجع که از کنترل نسبت سرعت نوک بهینه به دست می‌آید، مقایسه می‌شود و سپس خطای این مقایسه گر، فرستاده می‌شود به یک کنترل کننده‌ی PI، که جریان مؤلفه‌ی استاتور ( ) را تولید می‌کند. در ضمن مقدار مرجع برای جریان مؤلفه‌ی استاتور ( )، برابر صفر می‌باشد.
برای به دست آوردن سیگنال‌های جریان، جریان سه فاز استاتور اندازه گیری شده و با استفاده از تبدیل پارک به جریان قاب مرجع تبدیل می‌شود. مقدار مرجع برای ولتاژ های استاتور، با استفاده از کنترل کننده‌ی PI، در حلقه های کنترل جریان‌های ، به دست می‌آید. بعد از به دست آوردن سیگنال‌های کنترل ، سیگنال مدولاسیون برای کانورتر طرف ژنراتور با همان روشی که در بخش 3-2-2 توضیح داده شد صورت می‌پذیرد و بایستی از قاب مرجع ، به قاب مرجع تبدیل شده و به PWM، فرستاده شود. برای کنترل کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم هم از مدولاسیون پهنای پالس کانورتر منبع ولتاژ (PWM VSC) استفاده شده است.
روش کنترل ردیابی ماکسیمم توان (MPPT) برای کانورتر طرف ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم
توان مکانیکی به دست آمده از توربین بادی طبق رابطه‌ی (‏336) می‌باشد:
(‏336)

مطلب مرتبط :   شبیه سازی و قدرتمندی

مقدار ضریب توان را می‌توان از شکل ‏39 به دست آورد. طبق رابطه‌ی (‏336)، توان مکانیکی استخراج شده ، در سرعت مشخصی از باد ، را فقط می‌توان از طریق ضریب توان، کنترل کرد. پارامتر های ضریب توان در شکل ‏39 نشان داده شده است. همانطور که از شکل ‏39 می‌توان دید، از منحنی ضریب توان، میتوان های مختلف، بر حسب زاویه چرخش پره، () های مختلف به دست آورد.
شکل ‏39: پارامتر های ضریب توان ( ) توربین بادی [45]
برای هر منحنی، یک مقدار بهینه برای نسبت سرعت نوک پره وجود دارد، که برای به دست آوردن مقدار ضریب توان بیشینه، که سبب می‌شود مقدار ماکسیمم توان به دست آید ()، همکاری میکند. برای به دست آوردن کنترل ردیابی ماکسیمم توان از باد (MPPT)، معمولاً مقدار زاویه چرخش پره ، صفر در نظر گرفته می‌شود. برای به دست آوردن ضریب توان بیشینه در از شکل ‏39، بایستی ضریب توان را با توجه به رابطه‌ی (‏337)، طوری کنترل کرد که دارای مقدار بهینه باشد [45]:
(‏337)

که در رابطه‌ی (‏337)، سرعت زاویه‌ی ژنراتور توربین بادی، سرعت باد و شعاع پرههای توربین بادی می‌باشد. با توجه به رابطه‌ی (‏337)، کنترل نسبت سرعت نوک در حقیقت کنترل سرعت روتور ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم می‌باشد. یک طرح ساده از کنترل نسبت سرعت نوک ، در شکل ‏310 نشان داده شده است:
شکل ‏310: ساختار کنترل نسبت سرعت نوک () [45]
با توجه به شکل ‏310، سرعت باد، اندازه گیری شده و به کنترل کننده‌ی نسبت سرعت نوک ، فرستاده می‌شود، بنابراین سرعت مرجع ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در نسبت سرعت نوک بهینه ، می‌تواند محاسبه شود. در نتیجه سرعت ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم به سرعت مرجع خود در حالت ثابت رسیده و می‌توانیم کنترل ردیابی ماکسیمم نقطه‌ی توان (MPPT) را به دست آوریم.