Sterowanie przekształtnikiem AC-DC-AC elektrowni wiatrowej z magazynem energii w sieciowym i autonomicznym trybie pracy

Transkrypt

1 Krzysztof RAFAŁ, Małgorzata BOBROWSKA-RAFAŁ, Marek JASIŃSKI Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Sterowanie przekształtnikiem AC-DC-AC elektrowni wiatrowej z magazynem energii w sieciowym i autonomicznym trybie pracy Streszczenie. W artykule przedstawiono kompleksowy algorytm sterowania pełnowymiarowym przekształtnikiem AC-DC-AC elektrowni wiatrowej. Algorytm posiada dwa tryby pracy: sieciowy ze śledzeniem mocy maksymalnej oraz autonomiczny, który zapewnia zasilanie symetrycznych, niesymetrycznych oraz nieliniowych odbiorników. Aby ustabilizować napięcie w obwodzie pośredniczącym zastosowano dodatnie sprzężenie od mocy. Algorytm zweryfikowano na stanowisku laboratoryjnym o mocy 3kW. Przedstawiono symulacje współpracy układu z magazynem energii. Abstract. This paper presents control algorithm for a wind turbine full-scale AC-DC-AC converter. Two operation modes are implemented: gridconnected mode with maximum power point tracking and autonomous (islanding) mode assuring balanced voltage for symmetrical, asymmetrical and nonlinear loads. To stabilize DC voltage power feedforward is implemented. Algorithm has been verified on 3kW laboratory setup. Presented simulation results show cooperation of wind turbine with energy storage. (Control of wind turbine AC-DC-AC converter under grid-connected and islanding operation mode). Słowa kluczowe: elektrownia wiatrowa, przekształtnik AC-DC-AC typu back-to-back (BtB), magazyn energii. Keywords: wind turbine, AC-DC-AC converter back to back (BtB) type, energy storage system. Wstęp Elektrownie wiatrowe stały się integralną częścią systemu elektroenergetycznego. Dzięki polityce energetycznej UE i dopłatom do zielonej energii, a także rozwojowi technologii, stanowią ciekawą alternatywę dla konwencjonalnych, dużych źródeł energii, zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego kraju, jak i ze względów ekonomicznych. Elektrownie wiatrowe wywierają jednak negatywny wpływ na jakość energii w systemie elektroenergetycznym. Nieustanna zmienność generowanej mocy (spowodowana zmiennością wiatru), wprowadzanie wyższych harmonicznych, wrażliwość na zakłócenia napięcia pojawiające się w sieci i ich wzmacnianie powoduje, że odnawialne źródła energii są uznawane jako rozwiązania, które stwarzają wiele problemów w systemie elektroenergetycznym. Rozwiązaniem tej sytuacji jest odpowiednia metoda sterowania zaimplementowana w przekształtniku energoelektronicznym sprzęgającym elektrownię wiatrową z siecią. Jego głównym zadaniem, z punktu widzenia systemu elektroenergetycznego, jest minimalizowanie zakłóceń i produkcja energii o wysokiej jakości. Dzięki odpowiedniemu sterowaniu możliwe jest wyeliminowanie wyższych harmonicznych, dostosowanie wytwarzanej energii do zapotrzebowania, a także zwiększenie odporności elektrowni na pojawienie się zapadów napięcia, migotania, oraz wyższych harmonicznych napięcia. Aby zwiększyć użyteczność elektrowni wiatrowej w systemie, możliwe jest również zaimplementowanie pracy autonomicznej (wyspowej) elektrowni wiatrowej. W trybie pracy autonomicznej możliwa jest praca elektrowni wiatrowej niepodłączonej do sieci elektroenergetycznej. Turbina zasila wtedy lokalnego odbiorcę (lub grupę odbiorców), tworząc lokalną mikrosieć (ang. microgrid). Elektrownia powinna przejść do pracy autonomicznej podczas zaników napięcia w sieci lub gdy napięcie w sieci nie spełnia odpowiednich norm jakościowych. Gdy parametry napięcia poprawią się, elektrownia może być ponownie przełączana w tryb pracy sieciowej. Obecnie większość elektrowni wiatrowych, nie jest wyposażona w moduł umożliwiający pracę wyspową, dlatego w przypadku zapadów i zaniku napięcia w sieci muszą być wyłączane. Zależność generowanej mocy od prędkości wiatru znacznie ogranicza możliwość zasilania lokalnych mikrosieci. Aby umożliwić ciągłą pracę w zmiennych warunkach wiatrowych, istnieje możliwość zainstalowania w elektrowni wiatrowej magazynu energii. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie ciągłości napięcia w warunkach gwałtownych porywów, a nawet jego zaniku. Także podczas współpracy z siecią elektroenergetyczną, zastosowanie magazynu może przynieść wymierne korzyści. Magazyn energii pozwala na wygładzenie przebiegu mocy czynnej oddawanej do sieci, przez co redukuje wahania napięcia spowodowane przez elektrownię wiatrową. Koncepcja elektrowni wiatrowej połączonej z magazynem wprowadza wiele nowych możliwości oraz daje dodatkowy stopień swobody w zakresie regulacji mocy czynnej. Topologia układu W badaniach rozważany jest układ elektrowni wiatrowej z generatorem indukcyjnym i pełnowymiarowym trójpoziomowym przekształtnikiem AC-DC-AC, przedstawiony na rysunku 1. Topologia ta zapewnia pełną kontrolę zarówno parametrów pracy generatora, jak i parametrów energii dostarczanej do sieci. Opisane w artykule zagadnienia sterowania mają również zastosowanie w układach z generatorem synchronicznym oraz innych układach generacji wykorzystujących przekształtniki energoelektroniczne. Rys.1. Schemat blokowy badanego układu 198 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

2 Przekształtnik wykorzystuje topologię trójpoziomową z diodami poziomującymi (ang. Neutral Point Clamped NPC). Dwa identyczne moduły są połączone obwodem napięcia stałego w układzie back-to-back (BtB). Zastosowany modulator wektorowy zapewnia kompensację czasów martwych oraz spadków napięcia na łącznikach półprzewodnikowych, a także równoważy napięcia na kondensatorach obwodu napięcia stałego [1]. Do sterowania przekształtnika sieciowego (ang. Line Side Converter - LSC) wykorzystano metodę sterowania zorientowaną napięciowo (ang. Voltage Oriented Control VOC) [2]. Algorytm wzbogacony jest o moduły usprawniające pracę przy zniekształconym napięciu sieci. Praca przy niesymetrycznym napięciu sieci oraz podczas zapadów możliwa jest dzięki zastosowaniu: Pętli synchronizacji fazowej zapewniającej synchronizację ze składową zgodną napięcia sieci, Dodatniego sprzężenia od napięcia sieci, kompensującemu wpływ niesymetrii na regulatory prądu. Wyższe harmoniczne kompensowane są za pomocą regulatorów rezonansowych [3]. Usprawnienia te gwarantują generację symetrycznego prądu o kształcie sinusoidalnym i niskim współczynniku THD, niezależnie od jakości napięcia w sieci elektroenergetycznej [4]. Do sterowania przekształtnika maszyny indukcyjnej (ang. Machine Side Converter MSC) wykorzystywany jest algorytm bezpośredniego sterowania momentem z modulatorem wektorowym (ang. Direct Torque Control Space Vector Modulator - DTC-SVM). Zapewnia on utrzymanie stałego strumienia stojana maszyny Ψ s oraz dynamiczną regulację momentu maszyny T e [5]. Proponuje się dodanie magazynu energii w postaci baterii superkondensatorów dołączonej do obwodu pośredniczącego przekształtnika. W porównaniu z bateriami elektrochemicznymi, superkondensatory cechuje wyższa sprawność, niezawodność i żywotność systemu. Wadą jest wciąż wysoka cena. Dwukierunkowy przepływ energii oraz dopasowanie poziomów napięć realizowane jest za pomocą przekształtnika z podwójnym mostkiem aktywnym i transformatorem wysokiej częstotliwości (ang. Dual Active Bridge - DAB). Elektrownia wiatrowa włączona jest do sieci za pośrednictwem bezstykowego łącznika tyrystorowego. W przypadku, gdy napięcie nie spełnia odpowiednich norm jakościowych układ może odłączyć się od sieci i zasilać lokalnych odbiorców w ramach autonomicznej mikrosieci tzw. praca wyspowa (ang. islanding operation). Współpraca z siecią elektroenergetyczną W podstawowym trybie pracy elektrownia wiatrowa dostarcza całą produkowaną energię do sieci elektroenergetycznej. Charakterystyczna dla energii wiatru jest wysoka zmienność chwilowej mocy turbiny P MSC. Zmienia się ona wraz z prędkością wiatru v według nieliniowej charakterystyki P(v), indywidualnej dla każdej konstrukcji turbiny. Podane są one dla stanów statycznych i optymalnego przy danym wietrze kąta wychylenia łopat oraz prędkości obrotowej wirnika. W małych i średnich turbinach, gdzie łopaty wirnika mają stały kąt wychylenia, maksymalizacja wytwarzanej mocy może odbywać się wyłącznie za pomocą odpowiedniego doboru prędkości obrotowej. Rysunek 2 przedstawia rodzinę charakterystyk zależności mocy od prędkości obrotowej wirnika dla różnych prędkości wiatru dla małej turbiny wiatrowej o mocy 3kW. Każda z krzywych posiada jedno maksimum, dla którego produkcja mocy jest największa. Odpowiedni dobór prędkości obrotowej jest zadaniem algorytmu śledzenia punktu mocy maksymalnej (ang. Maximum Power Point Tracking MPPT). Typowy algorytm wymaga znajomości charakterystyk oraz pomiaru prędkości wiatru. Aby ominąć te niedogodności, wykorzystany został algorytm inkremtalny [6]. Wykorzystując dane o zmianach mocy i prędkości obrotowej w kolejnych krokach algorytm aktywnie wyszukuje maksimum dostępnej mocy. W układzie laboratoryjnym wykorzystywanym w eksperymencie charakterystyka turbiny jest zaprogramowana w mikrokontrolerze, a emulacja turbiny odbywa się za pomocą maszyny prądu stałego sterowanej przez tyrystorowy prostownik nawrotny (Rys.1). Rysunek 3 przedstawia kompletny układ sterowania turbiną w trybie pracy sieciowej. W tym trybie algorytm MPPT jest odpowiedzialny za maksymalizację produkcji mocy zadając odpowiednią prędkość turbiny na zewnętrzną pętlę regulacji prędkości maszyny. Za regulację napięcia w obwodzie pośredniczącym odpowiedzialny jest regulator zadający odpowiednią wartość prądu czynnego dla przekształtnika sieciowego. Aby zwiększyć dynamikę układu sterowania oraz zmniejszyć wahania w obwodzie DC zaimplementowano dodatnie sprzężenie zwrotne od mocy czynnej generatora (ang. Power Feedforward PF). Jest to innowacyjne rozwiązanie sprzęgające algorytmy sterowania przekształtnika maszynowego i sieciowego. Rys.2. Charakterystyka turbiny wiatrowej o mocy 3kW Rys.3. Schemat układu sterowania przekształtnika turbiny wiatrowej w sieciowym trybie pracy (P MSC moc turbiny obliczona z prądów i napięć przekształtnika maszynowego, i ff prąd zadany przez sprzężenie od mocy) PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/

3 Praca autonomiczna Podczas przełączenia układu z trybu pracy sieciowej do pracy autonomicznej konieczna jest również zmiana algorytmu sterowania przekształtnikami. Schemat układu sterowania w trybie autonomicznym przedstawiony jest na rysunku 4. W tym trybie przekształtnik sieciowy jest odpowiedzialny za formowanie napięcia w wydzielonej mikrosieci. W zewnętrznej pętli sterowania przekształtnika sieciowego znajdują się w tym wypadku regulatory napięcia AC, mające za zadanie generację napięcia o stałej amplitudzie i częstotliwości. Regulacja, podobnie jak w algorytmie VOC odbywa się w wirującym układzie współrzędnych. Pętla synchronizacji fazowej jest wyłączona, a kąt fazowy jest generowany jako przebieg piłokształtny o częstotliwości znamionowej. W trybie pracy autonomicznej turbina musi dostarczyć dokładnie tyle energii, ile konsumują odbiorcy. Algorytm MPPT musi zatem zostać wyłączony. Zostaje on zastąpiony regulatorem napięcia w obwodzie pośredniczącym, który zadaje moment elektromagnetyczny na generator, obciążając turbinę. W trybie autonomicznym sprzężenie od mocy ma przeciwny kierunek. Obliczona moc odbiorców jest przekazywana do układu sterowania przekształtnika maszynowego i wpływa na moment zadany maszyny elektrycznej. Jeżeli moc odbiorców jest mniejsza od maksymalnej mocy generowanej przy danym wietrze, moment obciążenia jest zmniejszany i układ pracuje po prawej, stabilnej stronie charakterystyki P(Ω), gdzie Ω - prędkość kątowa generatora. Jeżeli nawet chwilowo odbierana moc przekroczy generowaną przekroczony zostaje moment krytyczny i dochodzi do zatrzymania układu i utraty napięcia w obwodzie pośredniczącym. Wynika stąd najważniejsze ograniczenie pracy autonomicznej moc pobierana przez odbiorców nie może być większa od mocy dostarczanej przez turbinę. W praktyce przekreśla to możliwości pracy przy niskich prędkościach wiatru. Magazyn energii Silna zależność produkowanej mocy od prędkości wiatru jest największą wadą elektrowni wiatrowych. Gwałtowne zmiany prędkości wiatru powodują problemy z jakością energii w punkcie przyłączenia elektrowni. Dynamiczne zmiany generowanej energii wywołują spadki napięcia w linii zasilającej, co skutkuje wahaniami napięcia oraz występowaniem efektu migotania. Najczęściej wybieranym środkiem zapobiegawczym jest instalacja kompensatorów typu SVC lub STATCOM w pobliżu parku elektrowni wiatrowych. Poprzez regulację mocy biernej stabilizują poziom napięcia, jednak nie usuwają przyczyny problemu. Dlatego proponuje się integrację magazynu energii z układem przekształtnikowym turbiny wiatrowej. Gwarantuje ona możliwość elastycznej regulacji mocy czynnej w zakresie ograniczonym jedynie mocą i pojemnością magazynu. Ponadto moc bierna może być dowolnie regulowana przez przekształtnik sieciowy bez potrzeby instalowania dodatkowych kompensatorów. Czyni to elektrownię wiatrową uniwersalnym, regulowanym źródłem mocy czynnej i biernej. Wykorzystanie magazynu energii do wygładzania przebiegu generowanej mocy pozwala na utrzymanie napięcia na stałym poziomie oraz redukcję strat przesyłowych. Umożliwia również pomoc systemowi elektroenergetycznemu w czasie zapadów napięcia dostarczając moc czynną i/lub bierną. W trybie pracy autonomicznej magazyn energii pozwoli na eliminację ograniczenia mocy odbiorców i efektywne wykorzystanie turbiny. Algorytm MPPT może pozostać włączony, a nadmiar energii zostanie zmagazynowany. W chwili gdy wiatr osłabnie i energia produkowana przez turbinę nie będzie wystarczać na pokrycie potrzeb odbiorców, niedobór może zostać pobrany z magazynu. Wyniki symulacyjne W celu zademonstrowania korzyści płynących z dodania magazynu energii wykonano model symulacyjny w programie Matlab/Simulink. Zastosowano w nim uproszczony model przekształtnika oraz generatora. Położono nacisk na charakterystykę turbiny oraz bilans mocy w systemie. Parametry symulowanego modelu są takie same, jak w przypadku stanowiska laboratoryjnego (Tab.1). Dodany został magazyn energii w postaci baterii superkondensatorów o napięciu znamionowym 50V i pojemności 50F. W trybie pracy sieciowej proponuje się zmianę sposobu regulacji napięcia w obwodzie pośredniczącym. Zamiast regulacji prądu sieciowego regulator napięcia u dc zadaje moc niezbędną do utrzymania napięcia na przekształtnik DC-DC magazynu energii. Amplituda prądu oddawanego do sieci zależy natomiast od poziomu naładowania magazynu energii według charakterystyki przedstawionej na rysunku 5. Przy w pełni naładowanym magazynie oddawana jest moc znamionowa, a przy minimalnym napięciu na superkondensatorze energia nie jest oddawana do sieci. Rysunek 6 ilustruje pracę elektrowni wiatrowej z magazynem energii w warunkach dużej zmienności wiatru. Moc generowana przez turbinę charakteryzuje się dużą zmiennością. Składowa zmienna jest wymieniana z magazynem energii, natomiast moc oddawana do sieci charakteryzuje się dużo mniejszą zmiennością w czasie. Tabela 1. Parametry podstawowych elementów stanowiska laboratoryjnego Moc znamionowa przekształtnika 15kVA Częstotliwość łączeń 5kHz Napięcie sieci 3x400V Parametry filtru L c / C f / L g 2.8mH / 6uF / 2.2mH Moc maszyny indukcyjnej 3kW Transformator Dyn11, 15kVA Rys.4. Schemat układu sterowania przekształtnika turbiny wiatrowej w autonomicznym trybie pracy (T ff moment zadany przez sprzężenie od mocy) W trybie pracy autonomicznej za regulację napięcia DC również odpowiedzialny jest przekształtnik DC-DC sprzęgający magazyn energii (Rys. 7). Poziom naładowania magazynu energii powinien być cały czas monitorowany. W 200 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

4 przypadku zbliżania się maksymalnego poziomu napięcia powinien dać sygnał do wyłączenia algorytmu MPPT i ograniczenia mocy generowanej przez turbinę, natomiast w przypadku nadmiernego obniżenia poziomu napięcia powinien generować sygnał do ograniczenia pobieranej mocy (odłączenia części lokalnych odbiorców energii). Na rysunku 8 przedstawiono pracę autonomiczną układu. Obciążenie pobiera stale moc równą 1,5kW, co jest połową mocy znamionowej turbiny. Bez zastosowania magazynu energii praca turbiny byłaby możliwa tylko w momentach, gdy generowana moc przekracza moc obciążenia, tj. przy wietrze większym od 6m/s. Magazyn energii pozwala na nieprzerwaną pracę przy zmiennej prędkości wiatru. Magazyn pełni rolę bufora jest doładowywany, gdy występuje nadwyżka produkowanej mocy i oddaje energię podczas jej niedoboru. Algorytm MPPT pozostaje włączony, maksymalizując produkcję energii. Wyniki eksperymentalne Opisane algorytmy sterowania przekształtnikiem AC- DC-AC elektrowni wiatrowej zostały zweryfikowane eksperymentalnie na stanowisku laboratoryjnym. Najważniejsze parametry przedstawione są w tabeli 1. Widok stanowiska przedstawia rysunek 9. Rysunek 10 przedstawia stan statyczny pracy elektrowni w trybie pracy sieciowej. Przebiegi prądów i napięć na obciążeniu (po stronie wtórnej transformatora) podczas pracy wyspowej elektrowni pokazano na rysunkach 11 i 12. W warunkach symetrycznego, liniowego obciążenia elektrownia oddaje sinusoidalny prąd, generując dla odbiorcy sinusoidalne napięcie. Zarówno w przypadku symetrycznego obciążenia trójfazowego, jak i obciążenia tylko dwóch faz, generowane jest symetryczne trójfazowe napięcie. Zniekształcenie fali napięciowej spowodowane jest nieliniowością transformatora, napięcia po stronie pierwotnej mają kształt sinusoidalny. Na rysunku 13 pokazano moment przejścia elektrowni z pracy sieciowej do pracy autonomicznej oraz powrót do pracy sieciowej. Zaimplementowany algorytm pozwala na płynne zmiany trybu pracy elektrowni. Dla odbiorcy jedynym zauważalnym objawem jest nieznaczne obniżenie amplitudy napięcia trwające jeden okres. Po przejściu w tryb pracy wyspowej moment obciążenia zmniejsza się, natomiast prędkość obrotowa wzrasta. Odpowiada to przejściu na prawą stronę charakterystyki z rysunku 2. Po powrocie do pracy na sieć prędkość stopniowo powraca do punktu wyznaczonego przez algorytm MPPT. Rys.5. Schemat układu sterowania turbiny wiatrowej z magazynem energii w sieciowym trybie pracy Rys.7. Schemat układu sterowania turbiny wiatrowej z magazynem energii w autonomicznym trybie pracy Rys.6. Praca z magazynem energii w trybie współpracy z siecią (Po moc oddawana do sieci, Pm moc wymieniana z magazynem energii, Pt moc generowana przez turbinę, Us napięcie superkondensatora) Rys.8. Praca z magazynem energii w trybie autonomicznym (Po moc pobierana przez odbiorców, Pm moc wymieniana z magazynem energii, Pt moc generowana przez turbinę, Us napięcie superkondensatora) PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/

5 Rys.9. Stanowisko laboratoryjne do badania przekształtników wielopoziomowych Rys.10. Stan ustalony w sieciowym trybie pracy: a) prądy sieci 2A/dz, b) napięcia sieci 200V/dz) Rys.13. Przejścia pomiędzy dwoma trybami pracy (od góry: prąd sieci 10A/dz, napięcie sieci 500V/dz, napięcie DC 50V/dz i offset 600V, prędkość wiatru 5m/s/dz, prąd maszyny 20A/dz, napięcie stojana 500V/dz, prędkość obrotowa 100rad/s/dz, moment elektromagnetyczny 10Nm/dz) Rys.11. Praca autonomiczna przy obciążeniu symetrycznym: a) prądy obciążenia 1A/dz, b) napięcia obciążenia 100V/dz Rys.14. Przejście z trybu pracy sieciowej do autonomicznej: a) bez sprzężenia od mocy, b) ze sprzężeniem od mocy (od góry: prąd maszyny 10A/dz, prąd sieci 5A/dz, napięcie sieci 500V/dz, napięcie DC 20V/dz, offset 600V) Rys.12. Praca autonomiczna przy obciążeniu niesymetrycznym: a) prądy obciążenia 1A/dz, b) napięcia obciążenia 100V/dz Rys.15. Przejście z trybu pracy autonomicznej do sieciowej: a) bez sprzężenia od mocy, b) ze sprzężeniem od mocy (od góry: prąd maszyny 10A/dz, prąd sieci 5A/dz, napięcie sieci 500V/dz, napięcie DC 20V/dz, offset 600V) 202 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

6 Na rysunkach 14 i 15 przedstawiono momenty przejścia pomiędzy dwoma trybami pracy przekształtnika. Dzięki zastosowaniu sprzężenia od mocy wahania napięcia na kondensatorze w obwodzie pośredniczącym przekształtnika są zminimalizowane. Powrót z pracy wyspowej do współpracy z siecią energetyczną wywołuje znaczne przeregulowanie prądu sieciowego. Związane jest to ze skokiem wartości napięcia DC oraz opóźnieniem spowodowane przez łącznik tyrystorowy. Zastosowanie sprzężenia od mocy eliminuje pierwszą z przyczyn i pozwala na zmniejszenie przeregulowania. Na rysunku 16 przedstawiono działanie algorytmu MPPT w odpowiedzi na zmianę prędkości wiatru. Zastosowany algorytm inkrementacyjny dobiera optymalną prędkość turbiny bez znajomości prędkości wiatru. Powoduje to obniżenie dynamiki regulacji. Jest to szczególnie widoczne podczas obniżania prędkości wiatru (chwilowe obniżenie momentu napędzającego turbinę). W stanie ustalonym algorytm dobiera prędkość, przy której uzyskiwana moc jest maksymalna. Rys.16. Działanie algorytmu MPPT (od góry: prędkość wiatru 5m/s/dz, moment mechaniczny turbiny 10Nm/dz, prędkość obrotowa generatora100rad/s/dz, moc oddawana do sieci 1kW/dz) Podsumowanie W artykule przedstawiono metody sterowania przekształtnikiem AC-DC-AC elektrowni wiatrowej. Zaprezentowano kompleksowe podejście do problemów sterowania przy zniekształconym napięciu sieci oraz w zmiennych warunkach wiatrowych. Opracowany przez autorów układ sterowania obejmuje: Algorytm współpracy z siecią elektroenergetyczną, odporny na zniekształcenia napięcia (wyższe harmoniczne, zapady) [4], [7], [8]; Algorytm umożliwiający pracę autonomiczną i zasilanie lokalnych odbiorników energii elektrycznej; Dodatnie sprzężenie zwrotne od mocy pozwalające na stabilizację napięcia w obwodzie pośredniczącym w stanach dynamicznych (skok obciążenia, przejścia pomiędzy trybem sieciowym i autonomicznym); Algorytm śledzenia punktu mocy maksymalnej, nie wymagający czujnika prędkości wiatru [6]. W trybie pracy sieciowej algorytm gwarantuje generację prądu o niskim współczynniku THD, niezależnie od jakości napięcia w sieci, do której przyłączona jest elektrownia. Algorytm MPPT zapewnia dostosowanie prędkości obrotowej turbiny do prędkości wiatru, maksymalizując ilość pozyskiwanej energii. W trybie pracy autonomicznej układ umożliwia generację sinusoidalnego napięcia o zadanej amplitudzie, zarówno przy sinusoidalnym, jak i odkształconym, a także niesymetrycznym prądzie obciążenia. Algorytm został zweryfikowany w badaniach laboratoryjnych z emulatorem turbiny o mocy 3kW. Zaproponowano dodanie superkondensatorowego magazynu energii w celu poprawy warunków pracy elektrowni i optymalizacji przepływu energii ze źródła do odbiorcy. W trybie pracy sieciowej umożliwia wygładzanie przebiegu mocy oddawanej do sieci, minimalizując wahania napięcia. W trybie autonomicznym pozwala na nieprzerwaną pracę gdy moc generowana przez turbinę jest mniejsza od mocy pobieranej przez lokalnych odbiorców. Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy Nr N Projekt Zintegrowany system magazynu energii i przekształtnika energoelektronicznego dla poprawy jakości energii elektrycznej realizowany w ramach programu VENTURES Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Niniejsza praca jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, projekt Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej. LITERATURA [1] Malinowski M., Stynski S., Kolomyjski W., Kazmierkowski M.P., Control of Three-Level PWM Converter Applied to Variable- Speed-Type Turbines, IEEE Trans. Ind. Electr., Vol. 56, pp , January [2] Kazmierkowski M.P., Krishan R., Blaabjerg F., Control In Power Electronics, Academic Press, USA, [3] Liserre M., Teodorescu R., Blaabjerg F., Multiple Harmonics Control for Three-Phase Grid Converter Systems With the Use of PI-RES Current Controller in a Rotating Frame, IEEE Trans. Power Electr., Vol. 21, May [4] Rafał K., Bobrowska-Rafał M., Piasecki S., Jasinski M., Coordinated Control of Grid-Connected Three-Level NPC Converter under Distorted Grid Voltage, 21st IEEE International Symposium on Industrial Electronics, June [5] Wilamowski B.M., Irwin J.D., The Industrial Electronics Handbook Power Electronic and Motor Drives, Second Edition, CRC Press, Taylor & Francis Group Boca Raton, London, New York, [6] Rolak M., Kot R., Malinowski M., Goryca Z., Szuster J.T., AC/DC converter with Maximum Power Point Tracking algorithm for complex solution of Small Wind Turbine, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 2011, nr 6. [7] Piasecki S., Jasiński M., Rafał K., Korzeniewski M., Milicua A., Higher Harmonics Compensation in Grid-Connected PWM Converters for Renewable Energy Interface and Active Filtering, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 2011, nr 6, [8] Zielonka P., Jasiński M., Bobrowska-Rafał M., Sikorski A., Sterowanie przekształtnika sieciowego AC-DC podczas zapadów napięcia w sieci elektroenergetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 2011, nr 6, Autorzy: mgr inż. Krzysztof Rafał, rafalk@isep.pw.edu.pl, mgr inż. Małgorzata Bobrowska-Rafał, bobrowsm@isep.pw.edu.pl, dr inż. Marek Jasiński, mja@isep.pw.edu.pl, Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75, Warszawa. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/