Simulating the Operation Modes of a Wind Farm with a Three-Phase Permanent-Magnet Synchronous Generator
Keywords:
wind farm, synchronous generator, permanent magnets, wind velocity, electrical losses
Abstract
The article discusses the general concept of simulating a wind farm with the transition from a single model to a planned powerful wind farm with parallel operation of wind turbines. The results obtained from analyzing the simulation of the operation modes of the 2.5 MW L100 wind turbine equipped with a three-phase synchronous permanent magnet generator and a set of equipment manufactured in Russia are presented. The analysis was carried out taking into account variations in the velocity of wind acting on the wind wheel blades controlled by adjusting the blade angle and is based on the wind farm simulation model developed in the Matlab/Simulink software package. The algorithm of "tracking the maximum power point" by power converters of the "back-to-back" type was used, which showed the possibility of efficient control of wind turbines by controlling the generator speed. The analysis of the wind turbine operation modes has confirmed high dynamic characteristics of the vector control method, due to which the generator can quickly respond to changes in the wind velocity. The necessity to install a filter at the converter output on the electrical network side to ensure the required electric power output quality is substantiated.
References
1. АО «НоваВинд» [Электрон. ресурс], URL: https://novawind.ru/?ysclid=lygsz2mbvj711469734 (дата обращения 24.03.2024).
2. Рамадан А.В, Елистратов В.В. Моделирование режимов работы сетевой ветроэнергетической установки с синхронным генератором на постоянных магнитах. – Электричество, 2019, № 7, c. 11–22.
3. Халилов М.Т. Синхронные двигатели с постоянными магнитами – описание и преимущества. – Энигма, 2020, 22-2, с. 211–215.
4. Гордиевский Е.М. и др. Разработка модели ветроэнергетической установки в программе в Matlab/Simulink. – Наука ЮУрГУ, 2020, № 7, c. 25–32.
5. Рамадан А., Денисов Р.С. Моделирование автономных энергокомплексов на основе ВИЭ для изолированных потребителей в среде MATLAB Simulink. – Вестник аграрной науки Дона, 2017, т. 3, № 39, с. 11–20.
6. Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://sicme.ru/produktsiya/ (дата обращения 06.03.2024).
7. Брилинский А.С. и др. Регулирование напряжения в системообразующих и распределительных сетях. СПб.: Политех-пресс, 2022, 120 c.
8. Рамадан А. Обоснование параметров систем энергоснабжения на основе ВИЭ для условий Сирии: дис. … канд. техн. наук. СПб.:2020, 183 с.
9. Рамадан А., Елистратов В.В. Моделирование и управление сетевой ветроэнергетической установкой с асинхронным генератором двойного питания. – Электричество, 2019, № 3, c. 23–37.
10. Инженерные решения. Синхронный двигатель с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/pmsm/?ysclid=lymom27ago129428147 (дата обращения 24.03.2024).
11. Инженерные решения. Бездатчиковое полеориентированное управление электродвигателем с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/sensorless/?ysclid=lymoqqlhgg230751926 (дата обращения 24.03.2024).
12. Lluís Trilla., Fernando D.B., Oriol G.B. Linear parameter-varying control of of permanent magnet synchronous generators for wind power systems. – IET Power Electronic, 2013, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0149.
13. Соломин Е.В. Ветроэнергетические установки ГРЦ-Вертикаль. – Альтернативная энергетика и экология, 2010, № 1, с. 10–15.
14. Makarichev Yu.A. et al. Energy Efficiency of the Wind Power Generator. – EIConRus, 2019, pp. 294–298, DOI:10.1109/EIConRus.2019.8657095.
15. ГОСТ 30804.4.7–2013. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандартинформ, 2013, 40 с.
---
Работа выполнена в рамках исследований по государственному заданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FSEG-2023-0012).
#
1. NovaVind JSC [Electron. resource], URL: https://novawind.ru/?ysclid=lygsz2mbvj711469734 (Date of appeal 24.03.2024).
2. Ramadan A.V., Elistratov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 7, pp. 11–22.
3. Halilov М.Т. Enigma – in Russ. (Enigma), 2020, 22-2, pp. 211–215.
4. Gordievskiy Е.М. et al. Nauka YuUrGU – in Russ. (SUSU Science), 2020, No. 7, pp. 25–32.
5. Ramadan А., Денисов Р.С. Vestnik agrarnoy nauki Dona – in Russ. (Bulletin of Agrarian Science of the Don), 2017, vol. 3, No. 39, pp. 11–20.
6. Sinhronnye elektrodvigateli s postoyannymi magnitami (Synchronous Electric Motors with Permanent Magnets) [Electron. resource], URL: https://sicme.ru/produktsiya/ (Date of appeal 06.03.2024).
7. Brilinskiy A.S. et al. Regulirovanie napryazheniya v sistemo-obrazuyushchih i raspredelitel'nyh setyah (Voltage Regulation in Backbone and Distribution Networks). SPb.: Politekh-press, 2022, 120 p.
8. Ramadan А. Obosnovanie parametrov sistem energosnabzheniya na osnove VIE dlya usloviy Sirii: dis. … kand. tekhn. nauk (Justification of the Renewable Energy Supply System Parameters for the Syria Conditions: Dis. ... cand. Sci. (Eng.)). SPb.:2020, 183 p.
9. Ramadan A.V, Elistratov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 3, pp. 23–37.
10. Inzhenernye resheniya (Engineering Solutions) [Electron. resource], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/pmsm/?ysclid=lymom27ago129428147 (Date of appeal 24.03.2024).
11. Inzhenernye resheniya (Engineering Solutions) [Electron. resource], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/sensorless/?ysclid=lymoqqlhgg230751926 (Date of appeal 24.03.2024).
12. Lluís Trilla., Fernando D.B., Oriol G.B. Linear parameter-varying control of of permanent magnet synchronous generators for wind power systems. – IET Power Electronic, 2013, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0149.
13. Solomin Е.V. Al'ternativnaya energetika i ekologiya – in Russ. (Alternative Energy and Ecology), 2010, No. 1, pp. 10–15.
14. Makarichev Yu.A. et al. Energy Efficiency of the Wind Power Generator. – EIConRus, 2019, pp. 294–298, DOI:10.1109/EIConRus.2019.8657095.
15. GОSТ 30804.4.7–2013. Obshchee rukovodstvo po sredstvam izmereniy i izmereniyam garmonik i intergarmonik dlya sistem elektrosnabzheniya i podklyuchaemyh k nim tekhnicheskih sredstv (General Guide on Harmonics and Interharmonics Measuring Instruments and Measurement, for Power Supply Systems and Equipment Connected Thereto). M.: Standartinform, 2013, 40 p
---
The work was carried out within the framework of research activities conducted under the state assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (the topic FSEG 2023-0012)
2. Рамадан А.В, Елистратов В.В. Моделирование режимов работы сетевой ветроэнергетической установки с синхронным генератором на постоянных магнитах. – Электричество, 2019, № 7, c. 11–22.
3. Халилов М.Т. Синхронные двигатели с постоянными магнитами – описание и преимущества. – Энигма, 2020, 22-2, с. 211–215.
4. Гордиевский Е.М. и др. Разработка модели ветроэнергетической установки в программе в Matlab/Simulink. – Наука ЮУрГУ, 2020, № 7, c. 25–32.
5. Рамадан А., Денисов Р.С. Моделирование автономных энергокомплексов на основе ВИЭ для изолированных потребителей в среде MATLAB Simulink. – Вестник аграрной науки Дона, 2017, т. 3, № 39, с. 11–20.
6. Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://sicme.ru/produktsiya/ (дата обращения 06.03.2024).
7. Брилинский А.С. и др. Регулирование напряжения в системообразующих и распределительных сетях. СПб.: Политех-пресс, 2022, 120 c.
8. Рамадан А. Обоснование параметров систем энергоснабжения на основе ВИЭ для условий Сирии: дис. … канд. техн. наук. СПб.:2020, 183 с.
9. Рамадан А., Елистратов В.В. Моделирование и управление сетевой ветроэнергетической установкой с асинхронным генератором двойного питания. – Электричество, 2019, № 3, c. 23–37.
10. Инженерные решения. Синхронный двигатель с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/pmsm/?ysclid=lymom27ago129428147 (дата обращения 24.03.2024).
11. Инженерные решения. Бездатчиковое полеориентированное управление электродвигателем с постоянными магнитами [Электрон. ресурс], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/sensorless/?ysclid=lymoqqlhgg230751926 (дата обращения 24.03.2024).
12. Lluís Trilla., Fernando D.B., Oriol G.B. Linear parameter-varying control of of permanent magnet synchronous generators for wind power systems. – IET Power Electronic, 2013, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0149.
13. Соломин Е.В. Ветроэнергетические установки ГРЦ-Вертикаль. – Альтернативная энергетика и экология, 2010, № 1, с. 10–15.
14. Makarichev Yu.A. et al. Energy Efficiency of the Wind Power Generator. – EIConRus, 2019, pp. 294–298, DOI:10.1109/EIConRus.2019.8657095.
15. ГОСТ 30804.4.7–2013. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандартинформ, 2013, 40 с.
---
Работа выполнена в рамках исследований по государственному заданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FSEG-2023-0012).
#
1. NovaVind JSC [Electron. resource], URL: https://novawind.ru/?ysclid=lygsz2mbvj711469734 (Date of appeal 24.03.2024).
2. Ramadan A.V., Elistratov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 7, pp. 11–22.
3. Halilov М.Т. Enigma – in Russ. (Enigma), 2020, 22-2, pp. 211–215.
4. Gordievskiy Е.М. et al. Nauka YuUrGU – in Russ. (SUSU Science), 2020, No. 7, pp. 25–32.
5. Ramadan А., Денисов Р.С. Vestnik agrarnoy nauki Dona – in Russ. (Bulletin of Agrarian Science of the Don), 2017, vol. 3, No. 39, pp. 11–20.
6. Sinhronnye elektrodvigateli s postoyannymi magnitami (Synchronous Electric Motors with Permanent Magnets) [Electron. resource], URL: https://sicme.ru/produktsiya/ (Date of appeal 06.03.2024).
7. Brilinskiy A.S. et al. Regulirovanie napryazheniya v sistemo-obrazuyushchih i raspredelitel'nyh setyah (Voltage Regulation in Backbone and Distribution Networks). SPb.: Politekh-press, 2022, 120 p.
8. Ramadan А. Obosnovanie parametrov sistem energosnabzheniya na osnove VIE dlya usloviy Sirii: dis. … kand. tekhn. nauk (Justification of the Renewable Energy Supply System Parameters for the Syria Conditions: Dis. ... cand. Sci. (Eng.)). SPb.:2020, 183 p.
9. Ramadan A.V, Elistratov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2019, No. 3, pp. 23–37.
10. Inzhenernye resheniya (Engineering Solutions) [Electron. resource], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/pmsm/?ysclid=lymom27ago129428147 (Date of appeal 24.03.2024).
11. Inzhenernye resheniya (Engineering Solutions) [Electron. resource], URL: https://ru.about-motors.com/motorcontrol/sensorless/?ysclid=lymoqqlhgg230751926 (Date of appeal 24.03.2024).
12. Lluís Trilla., Fernando D.B., Oriol G.B. Linear parameter-varying control of of permanent magnet synchronous generators for wind power systems. – IET Power Electronic, 2013, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0149.
13. Solomin Е.V. Al'ternativnaya energetika i ekologiya – in Russ. (Alternative Energy and Ecology), 2010, No. 1, pp. 10–15.
14. Makarichev Yu.A. et al. Energy Efficiency of the Wind Power Generator. – EIConRus, 2019, pp. 294–298, DOI:10.1109/EIConRus.2019.8657095.
15. GОSТ 30804.4.7–2013. Obshchee rukovodstvo po sredstvam izmereniy i izmereniyam garmonik i intergarmonik dlya sistem elektrosnabzheniya i podklyuchaemyh k nim tekhnicheskih sredstv (General Guide on Harmonics and Interharmonics Measuring Instruments and Measurement, for Power Supply Systems and Equipment Connected Thereto). M.: Standartinform, 2013, 40 p
---
The work was carried out within the framework of research activities conducted under the state assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (the topic FSEG 2023-0012)
Published
2024-06-27
Issue
Section
Article
