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Title in Portuguese: Contribuições para o estudo do DFIG diante de afundamentos desbalanceados: detecção e LVRT
Author: Dantas, Joacillo Luz
Advisor(s): Lima, Francisco Kleber de Araújo
Keywords: Engenharia elétrica
Energia - Fontes alternativas
Energia eólica
Double fed induction machine
Assymetric voltage sag
Power elimination
Induction generator
Issue Date: 29-May-2017
Citation: DANTAS, J. L. Contribuições para o estudo do DFIG diante de afundamentos desbalanceados: detecção e LVRT. 2017. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: A preocupação com aquecimento global, e com a poluição no planeta, direcionou o interesse mundial pela geração de energia elétrica a partir de fontes não poluentes, sendo os aerogeradores uma das principais fontes de energia utilizada com esses propósitos. Os aerogeradores são bastante difundidos mundialmente, e a quantidade de parques eólicos conectados a rede elétrica continua crescendo. Nesse cenário, o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) ocupa uma posição de destaque por ser um dos mais utilizados. A principal vantagem do DFIG é operar com velocidade variável utilizando um conversor back-to-back de tamanho reduzido, e, portanto, de baixo custo. Na verdade, o conversor só precisa ser dimensionado para processar cerca 30% da potência nominal do gerador. No entanto, os DFIGs apresentam o inconveniente de serem muito sensíveis a distúrbios na rede elétrica, principalmente afundamentos de tensão. Afundamento de tensão é um dos principais fatores responsáveis pela diminuição da qualidade de energia em qualquer sistema elétrico, e tem um efeito negativo nos geradores de indução duplamente alimentado por estes terem os enrolamentos do estator diretamente ligados à rede elétrica. Afundamentos de tensão podem ocasionar oscilações na potência ativa, no torque e na tensão do elo CC, além de poderem provocar danos, tanto na máquina quanto nos conversores, devido as elevadas correntes que surgem nesse tipo de contingência. Com isso, fica notória a importância da aplicação de estratégias de controle para ajudar o DFIG a suportar afundamentos de tensão, sem desconectar da rede elétrica e sem sofrer nenhum dano, como também a necessidade de detecção do afundamento para que a estratégia de controle possa atuar no momento certo. Desta forma, introduzindo o conceito de valor agregado da componente normalizada da tensão por fase, este trabalho propõe um algoritmo de detecção de afundamentos de tensão que se caracteriza por ser rápido e preciso. Ele pode detectar, rapidamente e com precisão, afundamentos simétricos e assimétricos, mesmo em sistemas com tensões distorcidas. Este trabalho também propõe uma estratégia de controle, aplicada ao conversor do lado do rotor (RSC), para proteger o gerador de indução duplamente alimentado e o conversor back-to-back durante afundamentos de tensão. A estratégia busca eliminar potência ativa oscilante que aparece no DFIG por ocasião de afundamentos desbalanceados, possibilitando também a redução das correntes na máquina durante este evento indesejado.
Abstract: The global warming and the pollution on earth have driven the world demand for non-polluting electric power sources, and the wind turbines are one of the main sources of energy used for this purpose. The wind turbines are widespread on the world, and the number of wind farms connected to the grid is constantly increasing. In this scenario, the double fed induction gene- rator (DFIG) plays an important role, since it is one of the most used wind generator. The main advantage of this machine is to provide variable speed using a small and economic back-to-back power converter. Actually , the converter only need to be sized to 30% of the rated power of the DFIG. However, the DFIGs are very sensitive to grid disturbances, especially to voltage sags. Voltage sag is one of the major factors that contribuite to the power quality deterioration, and it has a negative influence in the DFIG because this machine has the stator circuit directly connected to the grid. The voltage sag can provoque oscillations in the active power, in the torque and in the DC link voltage, and it can also damage the machine and the back-to-back converter due to the high currents that arise in this type of contingency. Thus, it is mandatory to apply a control strategy to help the DFIG to stay connected to the grid during voltage sags and to overcomes this stressful mishap, as well as the necessity of voltage sag detection in order to make the control strategy acts at the right time. Therefore, by introducing the concept of aggre- gated value of the normalized voltage per phase, this work proposes a rapid and robust voltage sag detection algorithm, named ADAMF. It is able to quickly and accurately detect symmetric and asymmetric voltage sags, even within distorted voltage systems. This work also proposes a control strategy applied to the rotor side converter (RSC) of the DFIG, in order to protect the machine and the back-to-back converter during voltage sags. The aim of the proposed strategy control is to remove the oscillating active power that raises during unbalanced voltage sags, and as consequence, the reduction of the machine currents.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32239
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