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Title in Portuguese: Contibuições para o estudo da modelagem de aerogeradores baseados no gerador de indução duplamente alimentado
Author: Schmidlin Júnior, Celso Rogério
Advisor(s): Lima, Francisco Kleber de Araújo
Co-advisor(s): Nogueira, Fabrício Gonzalez
Keywords: Engenharia elétrica
Geradores elétricos
Turbinas eólicas
Wind turbines
Doubly fed induction generator
Modelling
Issue Date: 22-Dec-2017
Citation: SCHMIDLIN JÚNIOR, C. R. Contibuições para o estudo da modelagem de aerogeradores baseados no gerador de indução duplamente alimentado. 2017. 198 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: O sistema de conversão eólio-elétrico baseado no gerador de indução duplamente alimentado é bastante susceptível a afundamentos e desequilíbrios nas tensões da rede elétrica, pois o estator desta máquina está diretamente conectado à rede elétrica. Assim, para aumentar a suportabilidade a afundamentos de tensão e melhorar o desempenho do gerador durante situações de desequilíbrio das tensões da rede elétrica, muitos trabalhos têm proposto que o sistema de controle atue também nas componentes de sequência negativa, já que os desequilíbrios de tensão e a maioria dos afundamentos dão origem a estas componentes. Com isso, elevam-se ainda mais a complexidade, o esforço computacional e o tempo de simulação deste sistema. Assim, abre-se espaço para a utilização de modelos de ordem reduzida que, apesar de menos precisos, reduzem os esforços computacionais e o tempo de simulação, além de tornar a análise do comportamento do sistema mais simples. Neste contexto, é proprosto nesta tese um modelo simplificado para as sequências positiva e negativa do sistema de conversão eólio-elétrico baseado em gerador de indução duplamente alimentado. Para a validação do modelo, os resultados provenientes deste são comparados com os advindos de simulações de um sistema de grande porte, as quais fazem uso de modelos de ordem elevada. Também são feitas comparações com os resultados provenientes de um protótipo experimental de potência reduzida. Tanto nas simulações quanto nos ensaios experimentais são usados controladores proporcinal-integral e proporcional+ressonante respectivante para o controle das componentes de sequências positiva e negativa das correntes do rotor. Apesar desta técnica estar consolidada, apresenta-se o equacionamento dos termos de alimentação direta, de forma que as componentes de eixo direto e em quadratura tornem-se desacopladas. Para a implementação experimental, é proposto nesta tese um modelo simplificado para o gerador de indução duplamente alimentado com estator em aberto durante o processo de sincronização à rede elétrica. Neste modelo consideram-se todas as perdas elétricas da máquina nesta situação como agrupadas na resistência do rotor. Além disso, detalha-se um método simplificado de estimação deste e outros parâmetros da máquina. Assim, pretende-se tornar a sintonia dos controladores de corrente mais simples, precisa e menos susceptível à perda de sintonia (devido à não consideração das perdas magnéticas e outras de menor relevância) durante a sincronização do gerador à rede elétrica.
Abstract: The wind energy conversion system based on the doubly-fed induction generator is very susceptible to sags and imbalances in the grid voltages, since the stator of this machine is directly connected to the electric grid. Thus, to increase the low voltage ride-through and to improve the performance of the generator during unbalanced grid voltages, many studies have proposed that the control system also act on the negative sequence components, since the voltage unbalance and most of the sags give rise to these components. Thus, are further increased the complexity, computational effort and simulation time of this complex system. This creates room for the use of reduced-order models that, although less precise, reduce computational efforts and simulation time, in addition to making the system behavior analysis simpler. In this context, it is proposed in the present thesis a simplified model for the positive and negative sequences of the wind energy conversion system based on the doubly-fed induction generator. For the validation of the proposed model, its results are compared with those coming from large-scale simulations, which use high-order models. Comparisons are also made with the results from an experimental reduced power prototype. Both in the simulations and in the experimental tests, proportionalintegral controllers are used to control the positive sequence components of the rotor currents and proportional+resonant to the respective negative sequence components. Although this technique is already consolidated, it is presented the equation of the feed-forward terms, so that the direct and quadrature axis components become decoupled. For the experimental implementation, it is proposed in this thesis a simplified model for the doubly-fed induction generator with open stator during the synchronization process. To obtain such model, all the electrical losses of the machine in this situation are considered as grouped in the rotor resistance. In addition, it is detailed a simplified estimation method of the machine parameters. Thus, it is intended to make the current controllers tuning simpler, more precise and less susceptible to loss of tuning (due to the non-consideration of magnetic losses and other less important ones) during the synchronization of the generator with the electric grid.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/31598
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