Σύγκριση Κλασσικού Και Ελέγχου Βασισμένου Σε Ασαφή Λογική Ανεμογεννήτριας Μονίμων Μαγνητών

Abstract

Δεδομένου ότι η αιολική ενέργεια έχει καταστεί μία από τις ταχύτερααυξανόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, το βασικό θέμα των αιολικώνσυστημάτων μετατροπής ενέργειας είναι πώς να χειρίζεται αποτελεσματικά ηανεμογεννήτρια σε ένα ευρύ φάσμα ταχυτήτων ανέμου, αποδίδοντας μέγιστη ισχύεξόδου.Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί ουσιαστικά μια λεπτομερήπαρουσίαση και μια συγκριτική μελέτη επί των κυριότερων τεχνικών ελέγχου πουεμφανίζονται σήμερα για την ανεύρεση σημείων λειτουργίας μέγιστης ισχύοςσυστήματος ανεμογεννήτριας μεταβλητών στροφών. Αρχικά γίνεται περιγραφή τωνεπιμέρους τμημάτων που απαρτίζουν το σύστημα της ανεμογεννήτριας. Γίνεταιαναφορά στη γενική θεωρία σύγχρονων μηχανών μόνιμου μαγνήτη για νακαταλήξουμε, μέσω των παραδοχών που έγιναν στο μοντέλο αναπαράστασης τηςγεννήτριας. Ακολουθεί σύντομη περιγραφή και παράθεση των βασικών σχέσεων τωνπεριφερειακών συστημάτων της ανεμογεννήτριας δηλαδή τον τριφασικό ανορθωτήδιόδων, τον μετατροπέα ανύψωσης τάσης και τον SPWM αντιστροφέα.Στη συνέχεια εξετάζονται δύο κατηγορίες τεχνικών ελέγχου μεγιστης ισχύος,δηλαδή έλεγχος βασισμένος σε δεδομένες χαρακτηριστικές καμπύλες ροπής στροφώνκαι αναζήτηση του σημείου μέγιστης ισχύος χωρίς προγενέστερη γνώσηχαρακτηριστικών καμπυλών. Στη δεύτερη κατηγορία μελετώνται δύο επιμέρουςμέθοδοι, έλεγχος μέσω συνεχών αλλαγών και συγκρίσεων καθώς και έλεγχοςβασισμένος στην ασαφή λογική. Η ανάλυση της λειτουργίας του συστήματος σε κάθεπερίπτωση ελέγχου, αλλά και η σύγκριση των μεθόδων αξιολογούνται με βάσητεσσάρων κριτηρίων: τη συμπεριφορά του κάθε συστήματος σε αντίστοιχεςμεταβολές του λόγου κατάτμησης του dc/dc μετατροπέα-ανυψωτή ,την απόκριση τουσυστήματος σε μια βηματική μεταβολή της μέσης τιμής της ταχύτητας του ανέμου,την απόκριση του συστήματος σε μια βηματική μεταβολή της μηχανικής ροπής καιτην απόκριση του συστήματος σε πραγματικές χρονοσειρές ανέμου. Τέλος, ηπαρουσίαση και σύγκριση των παραπάνω τεχνικών ελέγχου γίνεται σε θεωρητικόεπίπεδο αλλά και σε επίπεδο προσομοίωσης με την χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή.Since wind energy has become one of the fastest growing renewable energysources, the key issue of wind energy conversion systems is how to effectively handlethe wind turbine in a wide range of wind speeds, with maximum output.This thesis is essentially a detailed presentation and a comparative study on themain control techniques that appear today to find points of maximum power operatingsystem variable wind speed. Initially, the individual parts that make up the system ofthe wind are described. Reference is made to the general theory of permanent magnetsynchronous machine to conclude, through the assumptions made, to the modelrepresentation of the generator. A brief description and listing of the basic relations ofregional systems of the wind turbine follows, such as the three-phase rectifyingdiodes, dc/dc boost converter and SPWM dc/ac inverter.Then, two categories of techniques for maximum power point tracking areexamined, maximum power point tracking based on typical speed torque curves andmaximum power point tracking without prior knowledge characteristics curves. In thesecond category two specific methods are studied, control through ongoing changesand comparisons and control based on fuzzy logic. Not only the analysis of systemoperation in any case control, but also the comparison of the methods are evaluatedbased on four criteria: the behavior of each system corresponding changes in the dutycycle of dc/dc boost converter, the system response to a stepping change of theaverage wind speed, the system response to a stepping change of the mechanicaltorque and the system’s response to real time wind series. Finally, the presentationand the comparison of the above techniques of control are not only based on theorybut also on simulation using a computer.