Please use this identifier to cite or link to this item: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/46167
Title: Математичне моделювання в реальному часі асинхронного генератора з інвертором напруги в колі ротора
Other Titles: Real-time mathematical modelling of asynchronous generator with voltage inverter in rotor circuit
Authors: Куцик, А. С.
Плахтина, О. Г.
Kutsyk, A. S.
Plakhtyna, O. G.
Affiliation: Національний університет “Львівська політехніка”
Lviv Polytechnic National University
Bibliographic description (Ukraine): Куцик А. С. Математичне моделювання в реальному часі асинхронного генератора з інвертором напруги в колі ротора / А. С. Куцик, О. Г. Плахтина // Електроенергетичні та електромеханічні системи. — Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2019. — Том 1. — № 1. — С. 25–35.
Bibliographic description (International): Kutsyk A. S. Real-time mathematical modelling of asynchronous generator with voltage inverter in rotor circuit / A. S. Kutsyk, O. G. Plakhtyna // Electrical Power and Electromechanical Systems. — Lviv : Lviv Politechnic Publishing House, 2019. — Vol 1. — No 1. — P. 25–35.
Is part of: Електроенергетичні та електромеханічні системи, 1 (1), 2019
Electrical Power and Electromechanical Systems, 1 (1), 2019
Journal/Collection: Електроенергетичні та електромеханічні системи
Issue: 1
Issue Date: 28-Feb-2019
Publisher: Видавництво Львівської політехніки
Lviv Politechnic Publishing House
Place of the edition/event: Львів
Lviv
UDC: 621.316.925
Keywords: асинхронний генератор
real-time модель
математичне моделювання
векторне керування
asynchronous generator
real-time model
mathematical modeling
vector control
Number of pages: 11
Page range: 25-35
Start page: 25
End page: 35
Abstract: Описано математичну модель електромеханічної системи із асинхронним генератором із регулюванням струму ротора перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги, керованим регуляторами струму. Асинхронні генератори завдяки їх простоті доволі широко використовують у вітроенергетичних установках. Регулювання струмів ротора за допомогою перетворювача частоти дає змогу регулювати швидкість та коефіцієнт потужності в колі статора. Потужність перетворювача частоти визначається діапазоном зміни ковзання і може становити 25–30% сумарної потужності генератора. Синтез відповідної системи керування вимагає розроблення математичної моделі, яка повинна враховувати нелінійність магнітних зв’язків у асинхронній машині та взаємні впливи між компонентами системи. Поєднання реальної системи керування з математичною моделлю силової схеми системи генерування електроенергії за технологією “hardware-in-the-loop”, яка працює у реальному часі, дає змогу провести випробування та налаштування системи керування. Для створення математичної моделі застосовано оригінальний авторський метод середніх напруг на кроці числового інтегрування для математичного моделювання електричних кіл. Застосування цього методу забезпечує високу швидкодію та числову стійкість і створює умови для неперервної роботи моделі в режимі реального часу в поєднанні із фізичними об’єктами (наприклад, із фізичним контролером). Це дає змогу використати її для синтезу та тестування систем керування асинхронним генератором. Реалізована в моделі система векторного керування забезпечує регулювання швидкості обертання генератора та реактивної потужності в колі статора і створює умови для використання зазначеної системи, наприклад, для вітроенергетичних установок.
The mathematical model of an electromechanical system with an asynchronous generator with rotor’s current regulation by frequency converter with an autonomous voltage inverter controlled by current controllers has been described in the article. Asynchronous generators due to their simplicity are widely used in wind power plants. The rotor currents regulation by frequency converter allows to control the speed and power factor in the stator’s circle. In this case, the power of the frequency converter is determined by the range of slip variation and can be 25–30% of total power of the generator. The synthesis of the corresponding control system requires the development of a mathematical model that should take into considertion the nonlinearity of magnetic link in the asynchronous machine and the mutual interactions between components of the system. The combination of a real control system with a real-time mathematical model of the power scheme using the “hardware-in-the-loop” technology allows to test and configure the control system. The feature of the model is the use of author’s method of an average voltage on integration step for mathematical modeling of electrical circuits. The using of this method allows the high calculation performance and stability, and, also, ensured the continuous operation of the computer model in a real time mode in combination with physical objects (as example with a physical controller). This allows it to be used to synthesize and test control systems of asynchronous generator. The vector control system implemented in the model provides the regulation of the rotational speed of the generator and the reactive power in the stator's circle and creates conditions for the use of the specified system, for example, for wind power plants.
URI: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/46167
Copyright owner: © Національний університет „Львівська політехніка“, 2019
© Куцик А. С., Плахтина О. Г., 2019
References (Ukraine): 1. Qiao W., “Dynamic modeling and control of doubly fed induction generators driven by wind turbines”, 2009 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition, Seattle, WA, 2009, pp. 1–8.
2. Pak L-F., Dinavahi V., Real-time simulation of wind energy system based on the doubly-fed induction generator, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 3 (2009), 1301–1309.
3. Wang C., Fang X., Yongjie F., Comparative simulation of dynamic characteristic of wind turbine doubly-fed induction generator based on RTDS andMatlab, IEEE International Conference on Power System Technology, (2010), 1–8.
4. Wu F., Zhang X. P., Godfrey K., Ju P., Small signal stability analysis and optimal control of a wind turbine with doubly fed induction generator, IET- Generation, Transmission and Distribution, vol. 1, no. 5 (2007), 751–760.
5. Lei T., Barnes M. and Ozakturk M., “Doubly-fed induction generator wind turbine modelling for detailed electromagnetic system studies”, in IET Renewable Power Generation, March 2013, vol. 7, no. 2, pp. 180–189,.
6. Ufa R. A., Vasilev A. S. and Suvorov A. A., “Development of hybrid model of B2B HVDC”, 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications andManufacturing (ICIEAM), St. Petersburg, 2017, pp. 1–5.
7. Ou K. et al., “MMC-HVDC Simulation and Testing Based on Real-Time Digital Simulator and Physical Control System”, in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Dec. 2014, vol. 2, no. 4, pp. 1109–1116.
8. Plachtyna O. A hybrid model of the electrical power generation system / O. Plachtyna, A. Kutsyk // Proceeding of 10th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPEPOWERENG), IEEE Conference Publications, 2016, pp. 16–20.
9. Плахтина О. Г. Числовий однокроковий метод аналізу електричних кіл і його застосування в задачах електромеханіки, Вісник НТУ “Харківський політехнічний інститут”, 2008, № 30, с. 223–225. Plachtyna O. G. Chyslowyj odnokrokowyj metod anlizu elektrychnych kil i joho zastosuvannia v zadachah elektromechaniky. [Numerical one-step method for the analysis of electric circuits and its application in the problems of electromechanics]. Visnyk NTU “Harkivskij politehnichnyj instytut”. 2008, No. 30, pp. 223–225. (ukr.)
10. Плахтына Е. Г. Математическое моделирование электромашиновентильных систем. Львов: Вища школа, 1986. 161 с. Plachtyna E. G. Matematicheskoje modelirovanie elektromashyno-ventilnyh sistem. [Mathematical modeling of eleсtromechanical systems with semiconductor converters]. Lviv: Vyshcha shkola, 1986. 161 p. (rus.)
11. Плахтина О. Г., Куцик А. С., Тутка В. В. Синхронізація розрахункового часу функціонування матема- тичних моделей електромашиновентильних систем з реальним часом // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2009, №637. с. 67–70.
12. Plachtyna O. G., Kutsyk A. S., Tutka V. V. Synhronizacija rozrahunkovogo chasu funkcionuvannia matematychnych modelej elektromashynoventylnyh system z realnym chasom. [Synchronization of the calculated time of electromechanical systems mathematical models with a real-time] // Visnyk Lviv Politechnic National University “Electric power and electromechanical systems”. 2009, No. 637, рp. 67–70.
References (International): 1. Qiao W., “Dynamic modeling and control of doubly fed induction generators driven by wind turbines”, 2009 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition, Seattle, WA, 2009, pp. 1–8.
2. Pak L-F., Dinavahi V., Real-time simulation of wind energy system based on the doubly-fed induction generator, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 3 (2009), 1301–1309.
3. Wang C., Fang X., Yongjie F., Comparative simulation of dynamic characteristic of wind turbine doubly-fed induction generator based on RTDS and Matlab, IEEE International Conference on Power System Technology, (2010), 1–8.
4. Wu F., Zhang X. P., Godfrey K., Ju P., Small signal stability analysis and optimal control of a wind turbine with doubly fed induction generator, IET- Generation, Transmission and Distribution, vol. 1, no. 5 (2007), 751–760.
5. Lei T., Barnes M. and Ozakturk M., “Doubly-fed induction generator wind turbine modelling for detailed electromagnetic system studies”, in IET Renewable Power Generation, vol. 7, no. 2, pp. 180–189, March 2013.
6. Ufa R. A., Vasilev A. S. and Suvorov A. A., “Development of hybrid model of B2B HVDC”, 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), St. Petersburg, 2017, pp. 1–5.
7. Ou K. et al., “MMC-HVDC Simulation and Testing Based on Real-Time Digital Simulator and Physical Control System”, in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 4, pp. 1109–1116, Dec. 2014.
8. Plachtyna O. A hybrid model of the electrical power generation system / Plachtyna O., Kutsyk A. // Proceeding of 10th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), IEEE Conference Publications. 2016. pр. 16–20.
9. Plachtyna O. G. Chyslowyj odnokrokowyj metod anlizu elektrychnych kil i joho zastosuvannia v zadachah elektromechaniky. [Numerical one-step method for the analysis of electric circuits and its application in the problems of electromechanics] // Visnyk NTU “Harkivskij politehnichnyj instytut”. 2008. No. 30. pp. 223–225. (ukr.)
10. Plachtyna E.G. Matematicheskoje modelirovanie elektromashyno-ventilnyh sistem. [Mathematical modeling of elektromechanical systems with semiconductor converters]. Lviv: Vyshcha shkola, 1986. 161 p. (rus.)
11. Plachtyna O. G., Kutsyk A. S., Tutka V. V. Synhronizacija rozrahunkovogo chasu funkcionuvannia matematychnych modelej elektromashynoventylnyh system z realnym chasom. [Synchronization of the calculated time of electromechanical systems mathematical models with a real-time] // Visnyk Lviv Politechnic National University “Electric power and electromechanical systems” 2009. No. 637. pp. 67–70.
Content type: Article
Appears in Collections:Electrical Power and Electromechanical Systems. – 2019. – Vol. 1, No. 1



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.