vodenje trifaznega usmernika s korekcijo faktorja mo či v veternih turbinah
Post on 13-Jan-2016
35 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Vodenje trifaznega usmernika s korekcijo faktorja moči v veternih
turbinah
AALBORG UNIVERSITYAALBORG UNIVERSITYINSTITUTE OF ENERGY TECHNOLOGYINSTITUTE OF ENERGY TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF MARIBORUNIVERSITY OF MARIBORINSTITUTE OF ROBOTICSINSTITUTE OF ROBOTICS
Evgen UrlepEvgen Urlep April, 2003
Diplomsko deloDiplomsko delo
Vsebina
Uvod Modeliranje in analiza Načrtovanje LCL filtra Načrtovanje regulatorja Simulacija in implementacija Zaključek
Uvod
Tipi veternih turbin S horizontalno osjo Z vertikalno osjo
Delovanje WTG Konstantna hitrost – konstantna
frekvenca Spremenljiva hitrost – konstantna
frekvenca
Definicija naloge
Nazivna moč 11kW
Nazivni mrežni tok 16A
Mrežna fazna napetost (rms)
230V
Mrežna frekvenca 50Hz
Nazivna napetost UDC 700V
Nazivni tok DC 17A
Nazivne vrednostiNazivne vrednosti
• povezavi na mrežopovezavi na mrežo
• samostojnosamostojno
Načrtovanje in implementacija vodenja Načrtovanje in implementacija vodenja trifaznegatrifaznega DC/AC DC/AC pretvornikapretvornika WTG WTG v v
Električna konfiguracija sistema
CDC
IV
IU
IG v
UVW
UUV
LCL filter
UDC
DSPACE 1103
IW
r
IACG
G IACG
IDC
su,sv,sw
Ur
IACG u
w
LG
CF
LI
RD
VC VLT
Blokovna shema sistema
IM 15kW 1500rp
m
TM*
sa,sb,sc
VLT 5022
SCALAR CONTROL
3x400V/50Hz GRID
IG 11kW 1000rp
m
VLT 5022
VECTOR CONTROL
VLT 5022
POWER STAGE
LCL filter
CDC
C
iA,B,C
uA,B,C
UD
C
D A D
A
D A
D A
D A
D A
SVM
Data acquisition
& transformati
D
A
COMBINED CONVERTER CONTROL
uq*
P*
Generator control
Te
Grid connected
AR control
Standalone
control
Main control
UDC*
UDC
Udq
Idq
UAC*
UDC*
Udq
Idq
ud*
?*
Trifazni usmernik s korekcijo PF
LCL filter
LG
CF
LI
ua
ub
uc
CDC
iDC
IACG
UDC
Bridge converter DC-side AC-side Grid
uIa
uIb
uIc
IG
RD
IGG
G uiRdt
idLu
RL-filterRL-filter
)3
4cos(
)3
2cos(
)cos(
tEu
tEu
tEu
mc
mb
ma
DCDCGDC ii
dt
duC
ccbbaaDC SiSiSii
RL filter v d-q koordinatah
uId
GL
id
Ls+R 1
GL
iq
Ls+R 1
uIq
uGd
uGq
Iq
Id
Gq
Gd
Gq
Gd
Gq
Gd
u
u
i
i
L
L
i
i
dt
dL
u
u
0
0
IG
G udt
idLu
Struktura usmernika s korekcijo PF
uId
GL
id
Ls+R 1
GL
iq
Ls+R 1
uIq
uGd
uGq
id*
GL
uId*
PI reg.
GL
iq*
id
iq
uGd
uGq
uIq*
PI reg.
Controller Plant
Struktura usmernika s korekcijo PF
CD
C
UY
u
sa,sb,sc VLT 5022
POWER STAGE
LCL
filter
iA,B,C
IACG uA,B,C
IACG
UDC
D
A
D
A
D
A
SVM
2
3
PLL UX
u IACG
dq
ab
cc
-L
L
ud
u IACG
id
u IACG
iq
u IACG
iq*=0
u IACG
UDC*
*
u IACG
id*
u IACG
VDC controller
vq
u IACG
vd
u IACG
ud*
u IACG
uq*
u IACG
id controller
iq controller uq
GRID
filter
Mrežna Mrežna priključitevpriključitev
Načrtovanje tokovnega regulatorja
sLLsLLCRsCLL
sCR
su
sisG
GIGIFDFGI
FD
I
G
)()(
1
)(
)()(
23
s
sGzzG
)()1()( 1
KLK tokovnega reg.
Root Locus
Real Axis
Imag
Axi
s
-1 -0.5 0 0.5 1-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.90.80.70.60.50.40.30.20.1
1.57e4
1.41e4
1.26e4
1.1e4
9.42e37.85e3
6.28e3
4.71e3
3.14e3
1.57e3
1.57e4
1.41e4
1.26e4
1.1e4
9.42e37.85e3
6.28e3
4.71e3
3.14e3
1.57e3
System: fo Gain: 4.8
Pole: 0.511 + 0.301i Damping: 0.7
Overshoot (%): 4.6 Frequency (rad/sec): 3.73e+003
Bode Diagram
Frequency (Hz)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-20
-15
-10
-5
0
5
System: fz Frequency (Hz): 674
Magnitude (dB): -3.06
101
102
103
-360
-270
-180
-90
0
System: fz Frequency (Hz): 208 Phase (deg): -45.5
-2 0 2 4 6 8
x 10-3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
time (s)
i (A
)
Kp=4.8
Ti=8 ms
Načrtovanje napetostnega regulatorja UDC
)1()()()(
0
sTsC
eKsHsHsH
eiDC
sDC
IDCO
kDC=0.7, Tet=4.8ms Sf
10
02.04 0 etI TT
47.0)(2 0
etDC
DCP TK
CK
CDC>>(Tei+0), simetrični optimum
KLK in bodejev diagram
Root Locus
Real Axis
Imag
Axi
s
-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
400
300
200
100
400
300
200
100
0.8
0.54
0.38 0.26 0.19 0.13 0.085 0.04
0.8
0.54
0.38 0.26 0.19 0.13 0.085 0.04
System: fo Gain: 0.35 Pole: -55.1 + 90.6i Damping: 0.52 Overshoot (%): 14.8 Frequency (rad/sec): 106 System: fo
Gain: 0.469 Pole: -66 - 123i Damping: 0.473
Overshoot (%): 18.6 Frequency (rad/sec): 140
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-40
-30
-20
-10
0
10
System: fz Frequency (rad/sec): 178 Magnitude (dB): -3.01
101
102
103
-180
-135
-90
-45
0
System: fz Frequency (rad/sec): 82.3 Phase (deg): -45
Kp=0.35
Ti=20 ms
Struktura samostojnega razsmernika
RazsmerniRazsmernikk
Načrtovanje napetostnega regulatorja
GGDFGIDFGGDFIGFI
GGDF
I
G
ZZRCLLsRCLZRCLsLCL
ZsZRC
u
u
)())(( 2
KLK
Root Locus
Real Axis
Imag
Axi
s
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.90.80.70.60.50.40.30.20.1
1.57e4
1.41e4
1.26e4
1.1e4
9.42e37.85e3
6.28e3
4.71e3
3.14e3
1.57e3
1.57e4
1.41e4
1.26e4
1.1e4
9.42e37.85e3
6.28e3
4.71e3
3.14e3
1.57e3
System: fo Gain: 0.323
Pole: 0.393 + 9.61e-009i Damping: 1
Overshoot (%): 0 Frequency (rad/sec): 4.67e+003
Bode Diagram
Frequency (Hz)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-25
-20
-15
-10
-5
0
System: fz Frequency (Hz): 246 Magnitude (dB): -3.02
102
103
-360
-270
-180
-90
0
System: fz Frequency (Hz): 131 Phase (deg): -44.8
Kp=0.1 Ti=0.29 ms
Bode Diagram
Frequency (Hz)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-25
-20
-15
-10
-5
0 System: fz
Frequency (Hz): 1.64e+003 Magnitude (dB): -9.33
102
103
-360
-270
-180
-90
0
System: fz Frequency (Hz): 76.5 Phase (deg): -45.2
1% breme
nazivno breme
Hzfbw 76
Omejevalnik napetosti enosmerne zbiralke
)1()()()(
0
sTsC
eKsHsHsH
etDC
sO
IDCO
483.07.05.14
11 DC
GO K
ZK
Tet=2.1ms, 0=0.2ms
msTT etI 092.04 0
CDC>>(Tei+0), simetrični optimum
KLK
Root Locus
Real Axis
Imag
Axi
s
-450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1e+003
800
600
400
200
1e+003
800
600
400
200
0.8
0.56
0.4 0.28 0.2 0.14 0.09 0.04
0.8
0.56
0.4 0.28 0.2 0.14 0.09 0.04
System: fo Gain: 0.787 Pole: -130 + 201i Damping: 0.543 Overshoot (%): 13.1 Frequency (rad/sec): 239
Bode Diagram
Frequency (Hz)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-20
-15
-10
-5
0
5
System: fz Peak gain (dB): 4.1 At frequency (Hz): 30.5
101
102
-180
-135
-90
-45
0 System: fz Frequency (Hz): 29.3 Phase (deg): -45.1
Kp=0.79 Ti=0.092 ms
Omejevalnik napetosti UDC
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8700
710
720
730
740
750
760
duty__cycle
Udc [
V]
UCHOPP MIN
UCHOPP MAX
UDC MAX
max__
__ dUU
UUcycleduty
MINCHOPPMAXCHOPP
MINCHOPPDC
DC
BRnom
U
Ucycleduty _
RDC
Model LCL filtra
LG LI
uI uG
iI iG
CF
RD
b)
iC
uC
GIG
GII
izizu
izizu
2221
1211
DF
DF
G
DF
DF
I
RsC
zRsC
sLz
RsC
zRsC
sLz
1),
1(
)1
(,1
2122
1211
uI
LIs 1
LGs 1
CFs 1
+RD
uG
iG iI
uC
Načrtovanje LCL filtraBode Diagram
Frequency (Hz)
Pha
se (
deg)
Mag
nitu
de (
dB)
-40
-30
-20
-10
0
10
20
102
103
-90
-60
-30
0
undamped LCL
damped LCL
L
LI [mH] 1.25
LG [mH]
1.5
CF [F] 6
RD [] 4
QQcc<5%<5%
ZZTT<10%Z<10%Zbb
resres<0.5<0.5swsw
)(
)()(
su
sisH
I
I
%10)(
)(
swI
swI
u
i
%20)(
)(
swI
swG
i
i
Znižanje valovitosti izhodnega toka
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-20
-10
0
10
20
ii [A
]
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-20
-10
0
10
20
ig [
A]
t [s]
Detekcija kota napetosti
x
y
u
u1tan
)sin(22
)sin(yx
y
uu
u
22)cos(
yx
x
uu
u
Kp=80 Ti=1 s
Simulacija usmernika s korekcijo PF
Simulacija v stacionarnem stanju
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-30
-20
-10
0
10
20
30
t [s]
ia [
A]
ua/1
0 [V
]
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-30
-20
-10
0
10
20
30
t [s]
ia [
A]
ua/1
0 [V
]
Mrežna Mrežna priključitevpriključitev
Generatorski načinGeneratorski način
Idealna fazna napetostIdealna fazna napetost 2% 52% 5thth + 1% 7 + 1% 7thth harmonske vsebineharmonske vsebine
Simulacija samostojnega razsmernika
Simulacija v stacionarnih razmerah
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-30
-20
-10
0
10
20
30
t [s]
ia [
A]
ua/1
0 [V
]
0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14
-300
-200
-100
0
100
200
300
t [s]
ua,u
b,uc
[V
]
Fazne napetosti in tok na bremenu ob nazivni obremenitvi
Samostojni razsmernikSamostojni razsmernik
Simulacija prehodnega pojava
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
-300
-200
-100
0
100
200
300
t [s]
ua,u
b,uc
[V
]
0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14
-30
-20
-10
0
10
20
30
t [s]
ia [
A]
ua/1
0 [V
]
Samostojni razsmernikSamostojni razsmernik
StartStart Stopnica iz polovične obremenitve na nazivnoStopnica iz polovične obremenitve na nazivno
Implementacija
IM 15kW 1500rp
m
TM*
sa,sb,sc
VLT 5022
SCALAR CONTROL
3x400V/50Hz GRID
IG 11kW 1000rp
m
VLT 5022
VECTOR CONTROL
VLT 5022
POWER STAGE
LCL filter
CDC
C
iA,B,C
uA,B,C
UD
C
D A D
A
D A
D A
D A
D A
SVM
Data acquisition
& transformati
D
A
DSPACE 1103
uq*
P*
Generator control
Te
Grid connected
AR control
Standalone
control
Main control
UDC*
UDC
Udq
Idq
UAC*
UDC*
Udq
Idq
ud*
?*
dSPACE 1103dSPACE 1103 MPPC 604e at 633MhzMPPC 604e at 633Mhz TMS320F240TMS320F240 16xADC-16 416xADC-16 4s ±10Vs ±10V 44xxADC-12 800 ns ADC-12 800 ns 10V 10V 88xxDAC-14 bit -6 µs DAC-14 bit -6 µs 1010 7x IE interface7x IE interface 32xI/032xI/0 TDE softwareTDE software
Implementacija
Kombinirano vodenje
ControlDesk
Stacionarno delovanjeMrežno delovanjeMrežno delovanje
Measured conditions
UDC=650V UAC=220V
P=11.28kW
PF=0.998
ITHD=6.7% UTHD=2%
Usmerniško delovanjeUsmerniško delovanje Generatorsko delovanjeGeneratorsko delovanje
Prehodni pojavMrežno delovanjeMrežno delovanje
Start sistema ob nazivni obremenitviStart sistema ob nazivni obremenitviOdziv na motnjoOdziv na motnjo
Stacionarno delovanjeSamostojno delovanjeSamostojno delovanje
Ohmsko bremeOhmsko breme
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Ua,
Ub,
Uc
[V]
t [s]
UaUbUc
Ua Ub Uc
Measured conditions
UDC=700 V UAC=230 V
P=11 kW IAC=16.4 A
ITHD=3.4 % UTHD=3.4 %
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-30
-20
-10
0
10
20
30
ia,ib
,ic [
A]
t [s]
iaibic
ic ib ia
Stacionarne razmereSamostojno delovanjeSamostojno delovanje
3-3-faznifazni diodnidiodni usmernikusmernik
Measured conditions
UDC=700 V UAC=230 V
P=11 kW IAC=16.6 A
ITHD=25 % UTHD=10 %
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Ua
[V]
t [s]0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
ia [
A]
t [s]
Prehodni pojav
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5580
600
620
640
660
680
700
720
740
Udc*,
Udc [
V]
t [s]
Udc
Udc*
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50
50
100
150
200
250
300
350
Ud*,
Ud [
V]
t [s]
Samostojno delovanjeSamostojno delovanje
Polna obremenitev Polna obremenitev ob polovični dovodni ob polovični dovodni močimoči
Prehodni pojavSamostojno delovanjeSamostojno delovanje
Start v kratkem Start v kratkem stikustiku
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ia,ib
,ic [
A]
t [s]
iaibic
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-50
0
50
100
150
200
250
300
Ud*
,Ud
[V]
t [s]
Ud*Ud
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
id [
A]
t [s]
uG 500F 32
Avtomatska sprememba načina delovanja
mirovanjemirovanje
Mrežno delovanjeMrežno delovanjeSamostojno delovanjeSamostojno delovanje
I-SAI-SAI-GMI-GM
GM-IGM-I SA-ISA-I
GM-SAGM-SAI-GM:UI-GM:UGG inin /PLLe /PLLe inin /TRIP /TRIP inin START STARTI-SA:/UI-SA:/UGG inin /TRIP /TRIP inin START STARTGM-I: TRIP GM-I: TRIP aliali STOP STOPSA-I: TRIP SA-I: TRIP aliali STOP STOP aliali PLLe PLLeGM-SA: PLLeGM-SA: PLLe
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Ua,
Ub,
Uc
[V]
t [s]
UaUbUc
Preklop iz mrežnega delovanja v samostojno delovanje
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
ia,ib
,ic [
A]
t [s]
iaibic
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ethe
ta,
PLL
e
t [s]
ethetaPLLe
Nazivno bremeNazivno breme
Preklop iz samostojnega delovanja v mrežno delovanje
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Ua,
Ub,
Uc
[V]
t [s]
UaUbUc
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08-30
-20
-10
0
10
20
30
40
ia,ib
,ic [
A]
t [s]
iaibic
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ethe
ta,
PLL
e
t [s]
ethetaPLLe
dt
tdiLtu
L
L
)()(
Zaključek Vektorsko krmiljenje DC/AC pretvornika z
enotnim faktorjem moči je bilo uspešno načrtovano, simulirano,vgrajeno in preizkušeno.
Načrtan je bil LCL filter, vgrajen in preizkušen Vgrajeni sta dve različni strategiji vodenja Uporabljen je splošni pristop k načrtovanju
regulatorjev in njihovih parametrov Detekcija kota mrežne napetosti je izvedena s
PLL zanko Dve različni strategiji vodenja sta vgrajeni in
preizkušeni s pomočjo dSPACE razvojnega sistema
Možna je avtomatska detekcija ustrezne strategije vodenja in preklop med njima.
top related