شماره ركورد
34040
پديد آورنده
حاتم عبدالرحيمي
عنوان
كنترل پيش بين ژنراتور دوسو تغذيه ي بدون جاروبك آبشاري (BCDFIG)
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي برق
سال تحصيل
1394
تاريخ دفاع
1404/03/26
استاد راهنما
دكتر داوود عرب خابوري
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
در اين رساله، يك رويكرد نوآورانه براي مدلسازي و كنترل ژنراتور القايي دوسو تغذيه بدون جاروبك آبشاري ارائه شده است كه ميتواند كاربردهاي متعددي در سامانههاي توليد پراكنده و انرژي بادي داشته باشد. يكي از دستاوردهاي مهم اين تحقيق، استخراج مدلهاي ديناميكي مجزاي ماشين قدرت و ماشين كنترلي در ساختار ژنراتور القايي دوسو تغذيه بدون جاروبك آبشاري است؛ در حاليكه اغلب تحقيقات گذشته، مدلسازي اين ژنراتور را با فرض مدار معادل يكپارچه براي روتور انجام دادهاند. اين مدلسازي دقيق و تفكيكي، امكان بررسي رفتار ديناميكي سيستم را با دقت بالاتري فراهم ميسازد و زمينهساز توسعه روشهاي كنترلي پيشرفته گرديده است.
در ادامه، يك الگوريتم كنترل پيشبين براي ژنراتور BCDFIG طراحي و پيادهسازي شده است. در مدلي كه در اين رساله ارائه شده، مدلهاي ديناميكي ماشين توان و ماشين كنترل در ژنراتور BCDFIG به صورت مجزا و تفكيكي استخراج شده است تا دقت تحليل رفتار گذرا و كوپلينگ مغناطيسي افزايش يابد. در اين روش، برخلاف كنترل برداري كلاسيك، نياز به مدولاسيون پهناي باند و كنترلكنندههاي PI حذف شده و انتخاب بهينهي بردار ولتاژ اعمالي به اينورتر بر اساس مينيممسازي تابع هزينه در هر لحظه صورت ميگيرد. الگوريتم پيشنهادي در محيط نرم افزار MATLAB شبيهسازي و عملكرد آن در شش سناريوي تغييرات بار مصرفي (از 0.2 تا 1.5 پريونيت) و سرعت هاي مختلف شفت ژنراتور مورد بررسي قرار گرفت، كه نتايج نشاندهنده كاهش THD ولتاژ نسبت به روش هاي كنترلي رايج و معمول است.
در مرحله بعد، جهت اعتبارسنجي عملي نتايج شبيهسازي، يك نمونه آزمايشگاهي از ژنراتور BCDFIG با استفاده از ميكروكنترلر قدرتمند STM32H743IIT6 و موتور DC پيادهسازي شده و سيگنالهاي خروجي ولتاژ تحت تغييرات ناگهاني سرعت باد و بار مصرفي در بازه زماني يك ثانيه، ثبت شدهاند. نتايج عملي و شبيهسازي تطابق بسيار مناسبي را نشان ميدهند كه بيانگر صحت مدلسازي و عملكرد مطلوب الگوريتم كنترلي در حفظ كيفيت ولتاژ خروجي (از منظر شكل موج و اعوجاج هارمونيكي كل (تحت اغتشاشات شديد بار و سرعت است.
در پايان، نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه استفاده از روش كنترل پيش بين در كنترل BCDFIG علاوهبر بهبود پاسخ ديناميكي، موجب افزايش بهرهوري سيستم و كاهش مؤثر اعوجاج هارمونيكي ولتاژ خروجي در شرايط متغير در مقايسه با روشهاي مرسوم كنترل برداري در نيروگاه هاي بادي مستقل است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/25
عنوان به انگليسي
Model Predictive Control of a Brushless Cascaded Doubly-Fed Induction Generator (BCDFIG)
تاريخ بهره برداري
6/16/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حاتم عبدالرحيمي
چكيده به لاتين
This dissertation presents an innovative methodology for modeling and control of a Brushless Cascaded Doubly-Fed Induction Generator (BCDFIG), intended for stand-alone and distributed generation applications, particularly in wind energy systems. A major contribution of this research is the development of a fully decoupled dynamic model for the power machine and the control machine within the BCDFIG structure. Unlike most previous studies that consider the rotor as a single equivalent unit, the proposed modeling approach explicitly distinguishes the magnetic coupling and dynamic behavior of each machine. This enables a more accurate representation of transient behavior and internal power interactions, providing a reliable foundation for the design of advanced control strategies.
A Model Predictive Control algorithm is then developed and implemented for the BCDFIG. In the proposed scheme, the optimal switching state of the inverter is determined at each sampling interval by minimizing a predefined cost function, eliminating the need for PWM modulation and PI controllers used in conventional vector control. The proposed control strategy is simulated in MATLAB/Simulink under six load variation scenarios (0.2 to 1.5 p.u.) and different generator shaft speeds. Simulation results demonstrate a significant improvement in output voltage quality, showing a noticeable reduction in Total Harmonic Distortion (THD) compared to conventional control methods.
To experimentally validate the simulation results, a laboratory-scale prototype of the BCDFIG was implemented using an STM32H743IIT6 microcontroller and a DC motor acting as the prime mover. Output voltage signals were recorded under sudden changes in load and input mechanical speed within a one-second time window. The experimental results closely match the simulation outcomes, confirming the accuracy of the proposed modeling approach and the effectiveness of the predictive control scheme in maintaining voltage quality under severe disturbances.
In conclusion, the proposed MPC-based control strategy enhances dynamic response, reduces THD, and improves operational efficiency of the BCDFIG in stand-alone wind generation systems. These results demonstrate that MPC is a promising alternative to conventional vector control for next-generation high-performance generator systems.
كليدواژه هاي فارسي
مدل كنترل پيش بين , ژنراتور دوسو تغذيه ي بدون جاروبك آبشاري , مدل تفكيكي ماشينهاي الكتريكي , سيستم هاي قدرت جدا از شبكه , پايداري ديناميكي , اعوجاج هارمونيكي كل
كليدواژه هاي لاتين
Model Predictive Control (MPC) , Brushless Cascaded Doubly-Fed Induction Generator (BCDFIG) , Decoupled Dynamic Modeling , Stand-alone Power Generation Systems , Dynamic Stability , Total Harmonic Distortion (THD)
Author
Hatam Abdolrahimi
SuperVisor
Davood Arab Khaburi