Моделювання системи керування вітрогенератором на базі синхронного генератора з постійними магнітами

Abstract

Наведено результати моделювання та аналізу системи керування вітроенергетичною установкою на базі синхронного генератора з постійними магнітами у середовищі MATLAB/Simulink. Представлено аеродинамічну модель турбіни, електромеханічну модель PMSG, силову електроніку та контури керування струмами з використанням ПІ-регуляторів і спостерігача крутного моменту. Для дослідження застосовано параметри: радіус ротора R=38 м, густина повітря ρ=1,205-1,22 кг/м³, максимальний коефіцієнт потужності Cp max=0,4421, номінальна швидкість вітру Vrate=11,8 м/с; для генератора - номінальна потужність 2 МВт, номінальна частота обертання ωr_rate=2,18 рад/с, напруга 4 кВ, номер активної пари полюсів p=11, потокозчеплення λ=136 Вб, індуктивності Ld=0,334 Гн і Lq=0,217 Гн, опір статора Rs=0,08 Ом, коефіцієнт тертя B=0,01. Імітаційні дослідження підтвердили досягнення генератором граничної потужності 2 МВт у ділянці вище номінальної швидкості; кут атаки зменшується до 0о при V→11,8 м/с.

-

The results of modeling and analysis of a wind power plant control system based on a synchronous generator with permanent magnets in the MATLAB/Simulink environment are presented. An aerodynamic model of the turbine, an electromechanical model of the PMSG, power electronics, and current control loops using PI controllers and a torque observer are presented. The following parameters were used for the study: rotor radius R=38 m, air density ρ=1.205-1.22 kg/m³, maximum power coefficient Cp max=0.4421, nominal wind speed Vrate=11.8 m/s; for the generator - rated power 2 MW, rated rotation frequency ωr_rate=2.18 rad/s, voltage 4 kV, number of active pole pairs p=11, flux linkage λ=136 Vb, inductances Ld=0.334 H and Lq=0.217 H, stator resistance Rs=0.08 Ohm, friction coefficient B=0.01. Simulation studies confirmed that the generator reached a maximum power of 2 MW in the range above the rated speed; the angle of attack decreases to 0° at V→11.8 m/s.