Mehran Zamanifar

PhD Dissertation

Dynamic Performance Improvement of a DFIG based WT by the Optimization Tuning of the Controller Parameters Using Trajectory Sensitivity Analysis and Bifurcation Theory

چکیده:

با توجه به اصل پیوستگی شار پیوندی، هنگامی که یک سیستم توربین بادی مبتنی بر DFIG در معرض اختلالی مانند تغییر سرعت باد قرار می‌گیرد، شار استاتور نمی‌تواند به طور ناگهانی تغییر کند. این حقیقت باعث پیدایش یک مولفه DC در شار استاتور می‌شود. در این شرایط ولتاژهای ضد محرکه الکتریکی روتور که دینامیک‌های استاتور را بر روی دینامیک‌های جریانی روتور منعکس می‌کند، نقش مهمی در نوسانات جریان روتور خواهد داشت. برای میراکردن این نوسانات و بهبود عملکرد دینامیکی سیستم، تکیه صرف بر تحلیل سیگنال کوچک، ممکن است کافی نباشد. روش جدیدی مبتنی بر ترکیب تحلیل سیگنال کوچک و تکنیک تبدیل سری فوریه گسسته (DFT) جهت تعیین مشخصه میرایی جریان روتور حین وقوع اختلالات بزرگ‌تر پیشنهاد می‌شود. در این روش طیف فرکانسی یک سیگنال که از تحلیل فوریه به دست می‌آید، اطلاعات مربوط به میرایی هر مولفه فرکانسی را به دست می‌دهد. بنابراین در این رساله، برای بهبود رفتار دینامیکی سیستم DFIG، با استفاده از بهینه‌‌سازی چند هدفه بر اساس الگوریتم ترکیبی بالا تنظیم بهینه پارامترهای کنترل‌کننده‌های PI سیستم به دست می‌آید. مسأله بهینه با استفاده از الگوریتم NSGA-II که ویرایشی از الگوریتم ژنتیک است و برای حل مسائل بهینه‌سازی با معیارهای چندگانه طراحی شده است، حل می‌شود. هدف اصلی سیستم کنترل افزایش میرایی سیستم به همراه تضمین وجود حاشیه پایدار مطمئن است. تحلیل مقادیر ویژه و شبیه‌سازی‌های زمانی نشان می‌دهد که روش بهینه‌‌سازی پیشنهادی منجر به پاسخ‌های دینامیکی بهتر سیستم در مقایسه با روش‌هایی که تنها متکی به تحلیل سیگنال کوچک هستند، می‌شود. در ادامه، روش تحلیل حساسیت مسیر حالت جهت استخراج پارامترهای کنترلی که دارای تأثیر بیشتری در رفتار دینامیکی سیستم هستند، به کار گرفته شده و مشخص شده است که در بین پارامترهای کنترلی سیستم چهار پارامتر بیشترین تأثیر را روی عملکرد دینامیکی سیستم داراست. بنابراین الگوریتم تنظیم بهینه پارامتر پیشنهادی با انتخاب تنها این چهار پارامتر کنترلی به عنوان مجهولات مسأله بهینه‌سازی اصلاح می‌شود. معرفی تئوری انشعابات و کاربرد آن بر روی سیستم DFIG از دیگر تحقیقات این رساله است که توسط آن تأثیر تغییر پارامترهای سیستم اعم از پارامترهای کنترلی و غیر‌کنترلی در رخداد انواع انشعابات در سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به کمک این تئوری روشی جهت استخراج محدوده پایدار پارامترهای کنترلی سیستم به صورت یک، دو، سه و چهار پارامتری ارائه می‌شود. این اطلاعات می‌تواند در زمان جستجوی پارامترهای کنترلی در الگوریتم تنظیم بهینه پارامترها مفید واقع شود. بسته پیشنهادی شامل روش و تعیین محدوده پایدار پارامترهای کنترل‌کننده‌ها مبتنی بر تئوری انشعابات، تعیین پارامترهای موثرتر مبتنی بر تحلیل حساسیت مسیر حالت و تعیین مقادیر بهینه پارامترهای کنترلی مبتنی بر بهینه‌سازی چند هدفه با استفاده از تحلیل سیگنال کوچک و تحلیل DFT شکل موج زمانی جریان روتور، برای اولین بار در بهبود عملکرد دینامیکی سیستم DFIG استفاده شده است.