بهبود جبرانسازي اثر اينرسي در شبيه‌سازهاي توربين بادي با استفاده از فيلتر كالمن

Improvement of Turbine Inertia Compensation in Wind Turbine Emulators using Kalman Filter

در اين مقاله از يك موتور جريان مستقيم با توان 1/3 كيلووات براي شبيه‌سازي رفتار استاتيكي و ديناميكي يك توربين بادي به صورت واقعي استفاده شده‌است. در اين شبيه‌سازي اثر تفاوت اينرسي‌هاي توربين بادي و موتور جريان مستقيم، نوسانات گشتاور به دليل اثر سايه برج و برش باد، اثر تلفات چرخشي در گشتاور مكانيكي موتور در نظر گرفته شده‌است. يك ژنراتور سنكرون 2/2 كيلووات به صورت مكانيكي به شبيه‌ساز توربين بادي متصل شده كه بار مقاومتي و القايي را تغذيه مي‌كند. محاسبات گشتاور مرجع در نرم‌افزار Matlab/Simulink انجام شده و با استفاده از كارت انتقال داده به سيگنال واقعي تبديل شده و به صورت مرجع ولتاژ به چاپر تغذيه كننده موتور اعمال مي شود. اثر اينرسي توربين وابسته به شتاب سيستم است. براي به دست آوردن شتاب سيستم در كارهاي قبلي نياز به دوبار فيلتر كردن و مشتق گيري از سيگنال مكان بوده، اما براي بهبود اثر اينرسي توربين و كاهش تاخير در اين مقاله از فيلتركالمن استفاده شده است. عملكرد فيلتر كالمن با فيلتر پايين‌گذر مقايسه شده و از فيلتر كالمن براي تخمين شتاب سيستم(بدون استفاده از مشتق‌گير) استفاده شده‌ و پارامترهاي قابل تنظيم آن با استفاده از الگوريتم بهينه سازي اذحام ذرات، بهينه شده‌اند.

In this paper, a 3.1kW DC motor is used to simulate the static and dynamic behavior of a horizontal axis wind turbine. The effect of the difference between wind turbine\ s inertia and DC motor on the dynamic behavior of the system, torque oscillation due to the effect of the tower shadow and wind shear and the effect of rotary losses in the mechanical torque of the DC motor are considered. The torque of the DC motor is controlled by the closed loop PID controller. This closed loop has two feedbacks for speed and current of DC motor. The turbine calculations are performed in Matlab/Simulink and reference signal of turbines torque sent to the chopper using the interface card. A Kalman Filter is used to estimate the acceleration of the DC motor to improve the compensation of turbine inertia effect. Its adjustable parameters are optimized using the particle sworn optimization algorithm (PSO). A 2.2 kW synchronous generator is coupled with the wind turbine emulator and feed a constant load. To show the effectiveness of proposed method results are reported.