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Title in Portuguese: Gerador de indução duplamente alimentado utilizando filtro híbrido de dupla sintonia como conversor do lado da rede
Author: Nunes, Marcos Antônio do Nascimento
Advisor(s): Lima, Francisco Kleber de Araújo
Keywords: Engenharia elétrica
Energia eólica
Filtering
Hybrid filtering
Wind energy
Issue Date: 29-Jan-2014
Citation: NUNES, M. A. N. Gerador de indução duplamente alimentado utilizando filtro híbrido de dupla sintonia como conversor do lado da rede. 2014. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: O aumento da participação da geração eólica no sistema interligado nacional (SIN) implica em aumento da quantidade de aerogeradores conectados à rede, e o resultado disso pode se refletir na qualidade da energia injetada no SIN. Dentre os tipos de aerogeradores conectados à rede, destaca-se os do tipo gerador de indução duplamente alimentado (Doubly-Fed Induction Generation - DFIG). Conforme foi verificado em algumas literaturas, o problema das origens dos harmônicos nos aerogeradores baseados em DFIG podem ser resumidos em três fontes, a saber: harmônicos gerados pelo conversor do lado da rede (Grid Side Converter - GSC), que fluem para a rede através do filtro. A maioria desses são filtrados através do filtro na topologia tradicional e não representam grandes influências; harmônicos gerados pelo conversor do lado do rotor (Rotor Side Converter - RSC), que fluem do rotor para o estator através do entreferro e então fluem para a rede; e harmônicos espaciais, decorrentes da construção da máquina e fluem do estator para a rede. Essas podem ser fontes tanto de harmônicos como de inter-harmônicos dada a característica do aerogerador em questão. Os harmônicos gerados pelos dois conversores são m´múltiplos da frequência de chaveamento e se caracterizam como harmônicos de alta ordem (na faixa dos kHz). Entretanto os harmônicos espaciais são de baixa ordem, eles dependem da construção física da máquina e posicionamento das bobinas. Eles resultam nos harmônicos não característicos, múltiplos ímpares de 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 e são influenciados através do escorregamento. Este trabalho propõe uma solução para estes problemas através de filtragem híbrida, aplicada ao GSC, substituindo, portanto, a topologia tradicional com inversor trifásico clássico conectado à rede (GSC), por um filtro híbrido de dupla sintonia. Este trabalho apresenta a modelagem matemática para a solução proposta, além de resultados de simulações extraídos de um modelo desenvolvido no software PSCAD/EMTDC. Os resultados obtidos mostraram-se promissores na solução dos problemas de harmônicos presentes no sistema.
Abstract: The increasing penetration of wind generation in the interconnected national system (SIN) involves increasing the amount of wind turbines connected to the grid, and the result of that can be reflected in the quality of the energy injected into SIN. Among the types of wind turbines connected to the grid, we highlight the wind turbine based on DFIG (Doubly-Fed Induction Generator). As was seen in some literature, the problem of the origins of harmonics in wind turbines based on DFIG can be summarized in three sources, namely: harmonics generated from the GSC (grid-side converter), which flow through the filter to the grid. Most of these are filtered through the filter in traditional topology and do not represent major influences; harmonics generated from the RSC (rotor-side converter), flowing from the rotor to the stator across the air gap and then flow into the grid, and spatial harmonics that result from the machine construction and flow from the stator to the grid. These one can be sources of both harmonic and inter-harmonic given the characteristic of wind turbine in question. The harmonics generated from the two converters are multiple of the switching frequency and the one are characterized as high-order harmonics (in the range of kHz). However the spatial harmonics are low-order harmonics, they depend on the physical construction of the machine and positioning of the coils. They result in the non-characteristic harmonics, odd multiples of 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 and they are influenced by the slip. This work proposes a solution to these problems by way the hybrid filtering applied to the GSC, thus replacing the traditional three-phase inverter topology connected to the grid, by a double-tuned hybrid filter. This work presents the mathematical modeling of the proposed solution, as well as simulation results extracted from a model developed in the software PSCAD/EMTDC. The results obtained promising in solving the problems of harmonics present in the system.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32908
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