Wybrane problemy współpracy małej elektrowni wodnej z przekształtnikiem AC/DC/AC

Transkrypt

1 Marek KORZENIEWSKI, Andrzej SIKORSKI Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, Katedra Energoelektroniki i Napędów Elektrycznych Wybrane problemy współpracy małej elektrowni wodnej z przekształtnikiem AC/DC/AC Streszczenie. W artykule przedstawiono wybrane problemy dotyczące współpracy przekształtnika AC/DC/AC z generatorem asynchronicznym małej mocy zainstalowanym w elektrowni wodnej. Generator asynchroniczny w połączeniu z przekształtnikiem energoelektronicznym umożliwia oddawanie energii do sieci energetycznej lub na wydzieloną grupę odbiorników nawet przy niskich prędkościach turbiny. W artykule przedstawiono wyniki badań generatora i przekształtnika AC/DC/AC w stanach ustalonych, przejściowych oraz podczas rozruchu w przypadku braku napięcia sieci. Abstract. The article discusses application of AC/DC/AC converter cooperating with an asynchronous generator in small hydroelectric power plants. The asynchronous generator works with power grid or a separated group of receivers, enabling to generate power even at low speeds of the turbine. The article provides also results of the investigation concerning the functioning of the generator coupled with AC/DC/AC converter in steady and transient states during start-up and voltage decay. (Selected problems of the cooperate small power station with AC/DC/AC converter) Słowa kluczowe: generator asynchroniczny, przekształtnik AC/DC/AC, elektrownia wodna. Keywords: asynchronous generator, AC/DC/AC converter, hydroelectric power plant. Wstęp Szacuje się, iż obecnie w Polsce działa około 700 MEW (Małych Elektrowni Wodnych). Na wielu z nich stosuje się generatory asynchroniczne o mocach od 20kW do 500kW włączone bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej. W tego typu generatorach przyłączonych bezpośrednio do sieci oddawanie energii możliwe jest dopiero przy odpowiednio wysokim poziomie wody i obecności napięcia w sieci energetycznej. Bezpośrednie podłączenie generatora do sieci powoduje szereg problemów związanych z częstymi procesami łączeniowymi, znacznymi prądami rozruchowymi, zmienną mocą wyjściową, ograniczonymi możliwościami regulacji mocy oddawanej do sieci, pogorszeniem jakości energii w węzłach sieci w pobliżu zainstalowania, koniecznością stosowania kompensatorów mocy biernej. Pierwsze dwa czynniki mogą powodować zapady i migotanie napięcia. Cykliczne zmiany mocy prowadzą do pogorszenia warunków zasilania, a nawet niestabilności systemu energetycznego [1]. Znaczący wzrost energii elektrycznej pochodzącej z tych nie do końca przewidywalnych źródeł w ostatnim dziesięcioleciu spowodował, zwłaszcza w krajach takich, gdzie ich udział jest istotny, poważne konsekwencje w systemie elektroenergetycznym związane z pogorszeniem się parametrów jakościowych, a nawet awarii elementów systemu. Układy te pracują bez możliwości elektrycznego sterowania mocy oddawanej i wyposażone są jedynie w układy zabezpieczające. Regulacji mocy dokonuje się przez sterownie po stronie turbiny (sterowanie przepływem wody) w ograniczonym zakresie. W celu zmniejszenia lub wyeliminowania negatywnego wpływu elektrowni wodnych na sieć energetyczną nowoczesne rozwiązania generatorów wyposażone są w różnego rodzaju przekształtniki energoelektroniczne [2, 3, 4]. Wprowadzenie przekształtników oraz dodatkowych zasobników energii elektrycznej może znacząco poprawić współpracę małych elektrowni wodnych z siecią elektroenergetyczną. W przypadku braku napięcia w sieci, możliwe jest również bezprzerwowe zasilanie lokalnych odbiorców tzw. wyspy. W niniejszym artykule został opisany układ przekształtnika AC/DC/AC (rys. 1a) zawierający część silnoprądową o mocy 20kW wraz z kompletną logiką łączeniową i strukturą sterowania. Podczas uruchamiania układu oraz w trakcie prowadzenia badań laboratoryjnych przekształtnika współpracującego z generatorem asynchronicznym klatkowym, dokonano pewnych spostrzeżeń związanych z jego uruchomieniem w różnych stanach pracy. Przekształtnik AC/DC/AC zbudowany jest z dwóch części. Przekształtnik AC/DC podłączony jest poprzez dławiki do sieci elektroenergetycznej. Jego zadaniem jest przekazywanie energii do sieci z możliwością regulacji współczynnika mocy. W drugiej części zastosowano przekształtnik DC/AC współpracujący z generatorem asynchronicznym umożliwiając pracę generatorową maszyny w szerokim przedziale zmian prędkości obrotowej turbiny. Dwustopniowe przetwarzanie pozwala na odbiór energii z generatora przy bardzo niskich obrotach turbiny i przekazywanie jej do sieci jak tylko zostaną pokryte straty własne generatora i przekształtnika [3]. a) b) Rys. 1. Schemat układu przekształtnika AC/DC/AC do współpracy generatora z siecią elektroenergetyczną (a) oraz trójpoziomowa struktura przekształtnika (b). W części silnoprądowej zarówno do przekształtnika AC/DC jak również DC/AC zastosowano konfigurację układu trójpoziomowego z wydzielonym punktem 128 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

2 neutralnym (NPC). Tego typu topologia (rys. 1b) pozwala ograniczyć praktycznie dwukrotnie współczynnik THD wyjściowego prądu oddawanego do sieci w stosunku do przekształtnika 2-poziomowego (przy zbliżonej średniej częstotliwości łączeń decydujących o sprawności przekształtnika). Nadrzędne układy regulacji przystosowane są do trzech typów współpracy z siecią zasilającą: - przekazywanie maksymalnej energii do sieci zasilającej przy maksymalnym wykorzystaniu turbiny, - przekazywanie zadanej ilości energii do sieci zasilającej, - praca na wyspę przy odłączeniu od sieci energetycznej na potrzeby własne i otoczenia. Algorytmy sterowania przekształtników minimalizujące liczbę przełączeń są praktycznie jedyną metodą poprawy sprawności przekształtnika. Wysoka sprawność ma tu zasadnicze znaczenie z punktu widzenia osiągnięcia maksymalnej efektywności ekonomicznej elektrowni wiatrowej lub wodnej. Drugim ważniejszym elementem sukcesu ekonomicznego jest możliwość produkcji energii elektrycznej przy dowolnej, niskiej prędkości turbiny (po pokryciu strat własnych). Istotnym trybem działania przekształtnika jest praca generatora na wyspę. Ten tryb pracy, przy braku odpowiedniego obciążenia, wiąże się z możliwością zwiększenia prędkości turbiny, dlatego wymagane jest odpowiednie zabezpieczenie układu przed awarią i zabezpieczeniem alternatywnych odbiorników energii np. ładowanie dodatkowych baterii akumulatorów poprzez dodatkowy przekształtnik DC/DC. Struktura sterowania przekształtnika W zależności od trybu pracy przekształtnika (praca na wyspę", praca na sieć lub też w stanach awaryjnych) wymagany jest odpowiedni algorytm sterujący oraz ściśle określona sekwencja łączeniowa styczników S1-S7 (rys. 1a). Algorytmy sterowania pracą przekształtników realizowane są programowo w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem zmiennoprzecinkowego procesora sygnałowego (ADSP-21262) firmy Analog Devices. Sygnały pomiarowe prądów oraz napięć w układzie (rys. 2) doprowadzone są do przetworników analogowo-cyfrowych i tam przetwarzane na postać cyfrową. czasochłonnych obliczeń. Układ FPGA odpowiedzialny jest między innymi za pomiar kąta położenia wału i prędkości na podstawie impulsów z czujnika inkrementalnego. Zaimplementowano w nim również bloki modulatorów PWM obsługujących przekształtniki trójpoziomowe wraz modułami czasów martwych oraz układami czasowolicznikowymi typu watchdog. Procesor DSP wraz z układami peryferyjnymi zamontowano na 4-warstwowej płytce PCB (rys. 3). Rys. 3. Wygląd płytki układu sterowania z procesorem DSP oraz układami peryferyjnymi (FPGA, DAC, ADC, WE/WY BIN, itp.) Drugim bardzo ważnym elementem układu sterowania jest sterownik PLC, który nadzoruje i steruje pracą styczników S1-S7. Sterownik PLC posiada panel dotykowy, z poziomu którego możliwe jest sterowanie pracą urządzenia jak również podgląd ważniejszych parametrów i jego stanu pracy. Wymiana danych pomiędzy sterownikiem PLC a procesorem DSP zrealizowano poprzez łącze szeregowe RS-485 (protokół modbus), którego obsługą zajmuje się mikrokontroler ARM. Praca generatora na sieć Tryb pracy generatora indywidualnie dołączonego do sieci poprzez przekształtnik AC/DC/AC jest najczęściej wykorzystywanym trybem pracy. Struktura układu sterowania w trybie pracy na sieć została przedstawiona na rysunku 4. Nadrzędnym układem regulacji przekształtnika AC/DC jest układ regulacji napięcia U DC na kondensatorze [5]. Rys. 2. Schemat blokowy układu sterowania przekształtnikiem AC/DC/AC z procesorem DSP oraz sterownikiem PLC. W układzie programowalnym FPGA zaimplementowano bloki funkcjonale, które wspomagają jednostkę DSP w realizacji algorytmów sterowania i odciążają ją od Rys. 4. Schemat sterowania przekształtnika AC/DC/AC do współpracy generatora z siecią elektroenergetyczną. Przekształtnik DC/AC odpowiedzialny jest za przekazywanie energii z generatora pracującego ze stałym strumieniem do obwodu DC. Przygotowanie przekształtnika PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/

3 to tego trybu pracy polega na załączeniu stycznika S1 oraz sprawdzeniu poprawności napięć zasilających od strony sieci elektroenergetycznej (amplituda, kolejność faz). Następnie zostaje załączony stycznik S3 powodując tym samym ładowanie wstępne baterii kondensatorów w obwodzie pośredniczącym poprzez rezystory ograniczające. Załączenie stycznika S4 powoduje końcowe doładowanie kondensatorów do napięcia około 560V umożliwiając tym samym start przekształtnika AC/DC i jego pracę. Procedura załączania poszczególnych styczników (zależności czasowe wraz z mechanizmem kontroli poprawności ładowania obwodu pośredniczącego) nadzorowana jest przez sterownik PLC. Układ sterowania z procesorem DSP dostaje sygnał od sterownika o możliwości załączenia algorytmu sterującego pracą przekształtnika AC/DC oraz regulację napięcia w obwodzie pośredniczącym na stałym zadanym poziomie [5]. Po prawidłowym załączeniu przekształtnika AC/DC następuje procedura załączania przekształtnika DC/AC wraz z generatorem asynchronicznym. W tym celu zostaje załączony stycznik S6 oraz wzbudzany jest generator przygotowując go do obciążenia zadanym momentem M*. W tym trybie pracy generator nie ma ograniczeń na maksymalną moc, jaką można uzyskać z turbiny i oddać do sieci. Maksymalną moc można określić na podstawie znajomości charakterystyki mocy w funkcji obrotów turbiny P w =f( m ). W tym wypadku (przy określonym przepływie wody) zadawany jest taki moment M*, przy którym uzyskuje się maksymalne wykorzystanie wody i mocy turbiny przy danej prędkości kątowej wału m. Faktem jest, że większość turbin pracujących w MEW z generatorami asynchronicznymi ma nieznane charakterystyki mocy. Co więcej pracują one przy praktycznie stałej prędkości obrotowej niezależnie od zmieniającego się w różnych porach roku przepływu (różnicy poziomów wody). Zatem bardzo trudne jest uzyskanie maksymalnej wydajności w zmieniających się warunkach pracy turbiny. Zaletą stosowania przekształtników zainstalowanych pomiędzy generatorem asynchronicznym a siecią elektroenergetyczną jest możliwość pracy z różnymi prędkościami turbiny. Możliwe jest zatem zadanie w układzie sterowania takiego momentu, przy którym sprawność turbiny będzie maksymalna. W zastosowanym układzie sterowania przekształtnikiem DC/AC zastosowano algorytm poszukujący optymalną wartość momentu zadanego (rys. 5), dla którego moc oddawana do sieci (przy określonej prędkości kątowej turbiny) jest maksymalna. Na poprawne działanie algorytmu nie ma wpływu aktualna różnica poziomów wody czy też zastosowany rodzaj turbiny. obejmujące dwie różne części charakterystyki. Pierwszy stan pracy zawiera się od początku układu współrzędnych to punktu max P, w którym układ sterowania zmniejsza wartość momentu zadanego na wale generatora oraz drugi stan pracy, w którym moment jest zwiększany. Decyzja o zmianie wartości momentu zadanego podejmowana jest na podstawie znaków przyrostów mocy i prędkości turbiny. Rys. 6. Przykładowa charakterystyka mocy turbiny w funkcji prędkości obrotowej. Moment na wale jest zmniejszany w przypadku gdy: jednocześnie znaki przyrostów mocy i prędkości są zgodne (P>0, >0) lub (P<0, <0). Moment jest zwiększany w przypadku gdy znaki przyrostów są przeciwne (P>0, <0) lub (P<0, >0). Dodatkowo do zadanej wartości momentu dodano ujemne sprzężenie od prędkości obrotowej turbiny. Zapobiega ono rozbieganiu się turbiny podczas startu układu. Taka sytuacja może mieć miejsce w przypadku gdy na starcie (po włączeniu sterowania i podaniu wody) moment zadany z bloku całkującego jest bliski zeru. W takiej sytuacji turbina może osiągnąć prędkość przewyższającą wartość dopuszczalną w wyniku zbyt małego zadanego momentu hamującego z bloku całkowania (przypadek P>0, >0). Dodatkowe sprężenie, które zwiększa moment zadany proporcjonalnie do prędkości obrotowej, zabezpiecza przed takimi stanami awaryjnymi i umożliwia pracę generatorową wraz ze wzrostem prędkości podczas rozruchu. Rys. 7. Przebiegi czasowe mocy generatora (CH1), momentu zadanego M* (CH3) oraz prędkości kątowej generatora (CH4) podczas próby liniowej zmiany momentu zadanego (a) oraz działania algorytmu szukającego maksimum mocy generatora (b). Rys. 5. Schemat blokowy układu zadawania momentu algorytmu szukającego maksimum mocy generatora. Do poprawnego działania algorytmu niezbędna jest informacja o aktualnej prędkości oraz mocy uzyskiwanej z generatora. Zasada działania algorytmu może być wyjaśniona na przykładowej charakterystyce mocy turbiny w funkcji prędkości (rys. 6). Możliwe są dwa stany pracy Poprawności działania algorytmu zweryfikowano na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w silnik asynchroniczny o mocy 20kW (generator) napędzanego z silnika obcowzbudnego prądu stałego (turbina). W pierwszym etapie badań określono punkt P MAX (rys. 7a), w którym uzyskano największą moc generatora przy określonym momencie zadanym zmieniającym się liniowo. W drugim etapie uruchomiono układ sterowania z załączonym algorytmem szukającym maksimum mocy generatora (rys. 7b). Z porównania otrzymanych 130 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

4 przebiegów można wywnioskować, że układ zwiększał moment zadany do wartości, dla której moc generatora była największa. W rzeczywistym układzie zarówno moc oddawania do sieci przyjmuje wartości ujemne (prąd jest w przeciwfazie do napięcia sieci) jak również moc generatora jest ze znakiem ujemnym. Ujemną moc generatora przy dodatnim kierunku obrotowym maszyny można uzyskać jedynie przy zadawaniu ujemnego momentu elektromagnetycznego. Z tego powodu (podczas omawiania charakterystyki z rysunku 6) określenie zwiększ moment w rzeczywistym układzie jest tożsame z zwiększeniem wartości momentu z ujemnym znakiem. obciążenia może wymagać przekazania różnicy energii do lub z zasobnika. Przygotowanie oraz praca przekształtnika w tym trybie odbywa się przy wyłączonym styczniku S1, którego wyłączenie zabezpiecza układ przed niekontrolowanym pojawieniem się napięcia sieci. Rys. 8. Przebiegi czasowe mocy P oddawanej do sieci (CH1), momentu elektromagnetycznego generatora (CH3) oraz prędkości kątowej generatora (CH4) podczas próby działania algorytmu szukającego maksimum mocy generatora dla dwóch różnych kątów otwarcia kierownicy. Skale: P (2kW/dz.), M (50Nm/dz.), m (200rad/dz.). Dokonano również sprawdzenia działania algorytmu na obiekcie rzeczywistym w małej elektrowni wodnej zlokalizowanej w starym młynie w miejscowości Nowa Wieś Ełcka na rzece Ełk. Moc zainstalowanego tam generatora asynchronicznego wynosi 20kW i jest on sprzęgnięty poprzez przekładnie z turbiną Francisa z nieruchomymi łopatkami wirnika. Pomiarów dokonano przy dwóch różnych ustawieniach łopatek kierownicy zmieniając tym samym przepływ oraz maksymalną moc jaką można uzyskać w danych warunkach. Na rysunku 8 zostały pokazane przebiegi podczas zmian kąta otwarcia kierownicy (dwa ustawienia kąta). Analizując zarejestrowane przebiegi można zauważyć zmianę wartości momentu elektromagnetycznego podczas zmian ustawień kąta kierownicy. Podczas zwiększenia przepływu moment elektromagnetyczny zwiększa się natomiast gdy przepływ jest mniejszy wartość momentu jest zmniejszana dopasowując się tym samym do mocy maksymalnej. Praca generatora na wyspę W przypadku braku napięcia od strony sieci elektroenergetycznej możliwa jest praca układu na tzw. wyspę (wydzieloną sieć odbiorników). Ten tryb pracy wymaga zupełnie innej struktury sterowania przekształtnika (rys. 9). Rolę regulatora napięcia stałego w obwodzie pośredniczącym przejmuje układ sterowania przekształtnika DC/AC współpracującego z generatorem. Przekształtnik ten dostarcza tylko tyle energii, aby pokryć zapotrzebowanie wyspy (P L ) i utrzymać wymagane napięcie U DC *. Wypracowany w ten sposób sygnał zadanej mocy P * określa wymagany moment obciążenia turbiny M. Układ pracy wyspowej wymaga podłączenia do sieci zasobnika energii np. w postaci akumulatora. Z uwagi na dużą inercję regulacji energii dostarczanej z turbiny, skokowa zmiana Rys. 9. Schemat sterowania przekształtnika AC/DC/AC do współpracy generatora z siecią lokalną ( wyspą ). Rys. 10. Wyniki testów laboratoryjnych cyklu rozruchu układu przy współpracy z wyspą : prąd i G i napięcie fazowe u G generatora wraz z zadanym i rzeczywistym momentem obciążenia generatora (a), oraz prąd i napięcie odbiornika wyspy (przekształtnika AC/DC), napięcie U DC, napięcie i moduł strumienia generatora s (d). Skale: u (100V/dz.), i (5A/dz.), (0,5Wb/dz.). W przypadku braku napięcia sieci, układy sterujące przekształtnikiem (logika łączeniowa, zasilanie sterownika PLC oraz sterowanie) zasilane są z wbudowanego UPS-a. Procedura załączania przekształtnika w trybie na wyspę PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/

5 rozpoczyna się od załączenia stycznika S6 łączącego przekształtnik DC/AC z generatorem. Proces rozruchu układu podczas pracy na wyspę przedstawiony jest na rysunku 10. Po załączeniu S6 zostaje uruchomione sterowanie przekształtnika DC/AC powodując wstępne wzbudzenie generatora (przedział t 0 -t 1 ). Energia niezbędna w procesie wzbudzenia dostarczana jest z baterii akumulatorów podłączonych poprzez przekształtnik DC/DC do obwodu pośredniczącego. Istotne jest aby podczas procesu wzbudzenia moment zadany z układu sterowania oraz prędkość generatora miały wartość zerową. Niespełnienie tego warunku (przy niskim napięciu w obwodzie U DC wynoszącym ok. 24V) powoduje, że układ regulacji strumienia nie jest w stanie wymusić wymaganej wartości strumienia. Po prawidłowym wzbudzeniu generatora zostały otwarte łopatki kierownicy (sterowanie ręczne) wprawiając wirnik w ruch obrotowy. W tej samej chwili zadawany jest moment elektromagnetyczny (t 1 ) umożliwiając wzrost napięcia U DC. W czasie testów laboratoryjnych zaobserwowano problemy z prawidłowym startem układu pojawiające się podczas wprawiania w ruch obrotowy generatora. Zbyt wolny przyrost prędkości generatora powodował szybkie zmniejszanie się wartości strumienia w maszynie uniemożliwiając tym samym wzrost napięcia U DC. Spowodowane jest to pojawiającą się SEM proporcjonalną do prędkości kątowej generatora przeciwdziałającej napięciu zasilającemu maszynę mając tym samym wpływ na zmniejszanie się wartości strumienia. Gdy napięcie U DC osiągnie wartość zadaną 700V włączane są styczniki S4, S3, S2 oraz sterowanie przekształtnika AC/DC (t 2 ). Praca układu podczas przełączenia wyspa/sieć Układ przystosowany jest do pracy automatycznej umożliwiającej przełączanie się pomiędzy trybem pracy na sieć o trybem pracy na wyspę. Podczas pracy na sieć w przypadku pojawienia się zaniku napięcia od strony sieci wyłączany jest natychmiast stycznik S1 oraz przełączanie jest sterowanie z rys.4 na sterowanie z rys. 9. Po pojawieniu się sieci zasilającej o prawidłowych parametrach powrót do pracy na sieć następuje po zsynchronizowaniu napięcia sieci z napięciem generowanym na wydzieloną grupę odbiorników. Przełączenie polega na wyłączeniu przekształtnika AC/DC, załączeniu stycznika S1, załączeniu przekształtnika AC/DC z nowym sterowaniem wraz z przełączeniem sterowania w przekształtniku DC/AC. Powyższe procesy łączeniowe należy przeprowadzać możliwie jak najszybciej oraz w ściśle określonych odstępach czasowych uwzględniających np. czas opóźnienia stycznika S1. Sterowanie stycznikami realizowane jest z poziomu sterownika PLC (po wysłaniu z DSP po RS-485 odpowiedniej informacji) zatem wyznaczenie konkretnego czasu reakcji stycznika S1 było niemożliwe. Spowodowane jest to opóźnieniami w samym sterowniku w procedurach obsługi procedur wymiany danych poprzez port szeregowy, które nie mogły być realizowane w przerwaniach (brak obsługi przerwań w sterowniku). Łączny czas reakcji stycznika S1 zmierzony po wysłaniu komendy jego załączenia lub wyłączenia zmieniał się w granicach od kilkudziesięciu do nawet kilkuset ms. Z tego powodu należało zbudować dodatkowy układ załączania stycznika S1 bezpośrednio z procesora DSP (cyfrowy port we/wy) omijając tym samym opóźnienia związane z przesyłem danych po łączach szeregowych oraz czasowo zmienną reakcję samego sterownika. Obsługa stanów awaryjnych Podczas pracy urządzenia monitorowane są parametry takie jak: napięcia zasilające od strony sieci, amplituda prądów sieci i generatora, napięcia w obwodzie pośredniczącym, aktualna prędkość generatora itp. Dane te są na bieżąco wysyłane do sterownika PLC i wyświetlane na ekranie dotykowym. Występujące w układzie stany awaryjne (np. przekroczenie dopuszczalnej prędkości turbiny, przetężenia, zbyt wysokie napięcie U DC, itp.) jest natychmiast wykrywane i uruchamiana jest procedura awaryjnego wyłączenia urządzenia. Polega ona na zablokowaniu sterowania obu przekształtników, odłączeniu się od sieci (stycznik S1) i generatora (stycznik S6) oraz załączeniu stycznika S7. Stycznik S7 łączy generator z kondensatorami oraz rezystorem wodnym, na którym wytracana jest energia zapobiegając tym samym rozbieganiu się i ewentualnemu zniszczeniu turbiny lub generatora. Wnioski W artykule opisano zbudowany i uruchomiony układ przekształtnika AC/DC/AC (rys. 11) oraz problemy jakie napotkano podczas uruchamiania przekształtnika z generatorem asynchronicznym. Rys. 11. Wygląd zewnętrzny zbudowanego układu przekształtnika AC/DC/AC. Podstawową zaletą stosowania przekształtnika jest możliwość oddawania energii do sieci przy teoretycznie niskiej prędkości kątowej turbiny (gdy moc turbiny pokrywa 132 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/2012

6 straty własne generatora i przekształtników). Przekształtnik może współpracować z siecią lub też na wydzieloną grupę odbiorników w zależności od potrzeb lub/i warunków zewnętrznych. Przewidziano tryb pracy automatycznej, w którym istnieje możliwość podglądu ważniejszych parametrów pracy urządzenia na ekranie dotykowym jak również jego zdalnej obsługi za pomocą sieci Internet. Do obsługi sieci internet wykorzystano modem GSM/GPRS typu IK-201 firmy PLUM, który przyłączony był do portu RS- 232 w panelu LCD. W modemie zainstalowana była karta SIM z przypisanym na stale numerem IP. Wizualizacja obsługująca zdalne sterowanie wykonana była w oprogramowaniu TelWin SCADA (ang. Supervisory, Control And Data Aquisition) firmy Tel-Ster. Algorytmy sterujące pracą przekształtników zostały napisane w języku C/C++ w środowisku programistycznym VisualDSP++ firmy Analog Devices. Bogate możliwości układu sterowania (jednostka DSP wspomagana układem FPGA) pozwoliło na implementację różnych odmian algorytmów sterowania. Testowano między innymi metody DTC, DTC-, DFOC [6, 7] (przekształtnik DC/AC) oraz DPC, DPC-, VFOC [8] (przekształtnik AC/DC) w układach przekształtników zarówno dwu- jak i trójpoziomowych. Praca naukowa dofinansowana przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w latach jako projekt rozwojowy Nr N R LITERATURA [1] Lubośny Z.: Stabilność systemu elektroenergetycznego z farmami wiatrowymi, Przegląd Elektrotechniczny nr 9, (2010) s.66. [2] Teodores cu R., Blaabjerg F. : Wind turbines with grid failure detection operating in stand alone and grid-connected mode, IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 19, (2004), no.5, s [3] Sikorski A., Kuźma A., Cooperation of induction squirrel-cage generator with grid connected AC/DC/AC converter, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 57 (4), 2009, s [4] Benghanem M., Kairous D.,Wamkeue R., Belmadani B.: Odporna technika sterowania ślizgowego zastosowana do kontroli mocy zasilanego za pomocą SV-PWM generatora wiatrowego DFIG, Przegląd Elektrotechniczny nr 11a (2010) s. 43. [5] Sikorski A., Korzeniewski M., Malinowski M.: Przekształtnik AC/DC/AC w małej elektrowni wodnej, Przegląd Elektrotechniczny nr 6 (2011) s.97. [6] Sikorski A., Bezpośrednia regulacja momentu i strumienia maszyny indukcyjnej, Politechnika Białostocka, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, (2009). [7] Korzeniewski M.. Nowe algorytmy bezpośredniej regulacji momentu i strumienia silnika indukcyjnego zasilanego z trójpoziomowego przekształtnika DC/AC, PhD Thesis, Białystok University of Technology, (2009). [8] Malinowski, M., Kazmierkowski, M.P., Trzynadlowski, A.M.: A comparative study of control techniques for PWM rectifiers in AC adjustable speed drives, Industrial Electronics Society,. IECON '01. The 27th Annual Conference of the IEEE, vol.2, (2001), s Autorzy: dr inż. Marek Korzeniewski, Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, ul. Wiejska 45d, Białystok, pb.edu.pl; prof. dr hab. inż. Andrzej Sikorski, Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, ul. Wiejska 45d, Białystok, pb.edu.pl; PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 88 NR 4b/