Modelagem da Turbina Eólica

Transcrição

1 Modelagem da Turbina Eólica 1

2 Característica da Potência X Velocidade da Turbina em rpm 2. P ot 2 ên ci 1. a e 1 m W x m/s 12 m/s 8 m/s Rotação em RPM no lado de Baixa Figura 4.8- Gráfico da freqüência em rpm x potência gerada em Watts para a turbina de 1 MW em um intervalo de velocidades de vento entre 12 e 20 m/s 2

3 . 3

4 4

5 Equações de Controle para Ângulo de Passos β ref = K g ω ar ω ω ref T w ref Velocidade do Rotor (p.u) ω - K g ω ref Velocidade de Referência (p.u.) dβ β = β dt βref T w Malhas de Controle do DFIG Modelo de Fonte de Tensão ref (graus) - β ar,ref k I1 k 1 sτ I1 1 sτ - 1 ω ar k P1 β 1 T w dβ dt dβ min dt dβ max dt Figura Regulação do Ângulo de Passo i qar,ref i qar - k k sτ 1 s P2 I2 I2 sk D2 β min β max β(graus) sk D1 Regulador de Velocidade com Inclusão da Malha Interna de Controle de Corrente ao Longo do Eixo q V qar 5

6 V a,ref T m V a - k P3 1 ω s L m - k sτ I3 I3 i - dar, ref Proteção dos Conversores Estáticos do DFIG i dar k P4 Regulador de Tensão com Inclusão da Malha Interna de de Controle de Corrente ao longo do Eixo d Curto Circuito k sτ sk I4 I4 D4 V dar Rede Elétrica 6

7 a b c Vref VT Implementação no ATP Controladores Wr Vra Vrb Vrc Wm Pm Pref=1.0 Kg iqr idr PI 1/Tw 1/S PI Vqr BETA Gerador de Indução Irb Irc Módulo da máquina de indução Ira FT FA I Vdr V 7

8 Transformador T V EST Entrada do torque mecânico Wm Injeção das correntes do rotor I TM Turbina eólica FT T FA I 205 kvar Wm BETA Wr Vw Tm 8

9 9

10 Sistema COSERN-AÇU ACU DJMSU BAU PNC EST ARG PNCA PNCB MCA PBU 10

11 Simulação 2,0 Tensão em pu nos terminais do gerador 1,6 1,2 0,8 0,4 0, [s] 100 (file COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-var t) t: VT No gráfico da Figura 1 observa-se que a tensão, em regime permanente, é fixada em 1.0 pu. Isso mostra que o controle de tensão implementado garante o valor de referência estabelecido para a variação de vento mostrada na Figura Tensão aplicada ao rotor em volts [s] 100 (file COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-var t) t: VRA Figura 2. Gráfico da tensão da fase a aplicada nos terminais do rotor. 11

12 40 * Corrente do rotor em ( A) [s] 100 (file COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-var t) u1:ipa Figura 3. Gráfico da corrente do rotor na fase a. Nos gráficos das Figuras 2 e 3 temos a tensão e a corrente em componentes de fase, na fase a, dos enrolamentos do rotor. A tensão é gerada da saída dos controladores, convertida por transformada de Park, e aplicada nos terminais dos enrolamentos do rotor e a corrente é obtida do próprio módulo UM4 do ATP. 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 Velocidade mecânica do rotor WMR, Velocidade de ref erência WR e Potência mecânica da turbina PM em pu 0, [s] 100 (file COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-var t) t: WR t: WMR t: PM Figura 4. Gráfico da velocidade do eixo do rotor, da velocidade de referência e da potência mecânica da turbina em pu. No gráfico da Figura 4 temos a velocidade do eixo do rotor e da velocidade de referência que são as grandezas de entrada do controlador de velocidade. Pode-se observar, que o controle atua no sentido de manter a velocidade do rotor no valor da velocidade de referência, que é obtida da curva de potência máxima de desempenho da turbina. No mesmo gráfico, observa-se a curva da potência mecânica desenvolvida pela turbina, para a velocidade de vento imposta conforme o gráfico da Figura 7, em que verifica-se o limite estabelecido de potência em 1.0 pu, pelo controle de ângulo de passo, quando este limite é excedido. 12

13 15 Velocidade do vento VW em m/s e ângulo de passo BETA em graus [s] 100 (file COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-var t) t: VW t: BETA Figura 5. Gráfico da velocidade do vento, para uma rajada de vento, e o ângulo de passo da turbina. No gráfico da Figura 5 a velocidade do vento oscila de uma forma crescente simulando uma rajada de vento. Durante o período de simulação, o vento produziu potência mecânica na turbina superior ao valor nominal da potência do gerador que foi limitada pela a atuação do controle de ângulo de passo 13

14 Aerogerador Síncrono Conversor de freqüência com diodo retificador do lado do gerador e PWM no lado da rede. 14

15 Controlador do conversor do lado da rede Controlador de tensão do booster Aqui substitui id por idc e Pmd pelo índice de modulação m Modelo simplificado 15

16 Implementação no ATP Gerador Vref PID Vrefg Am pli Exci Ger sensor Retificador e booster Idc PI m Vt Vdc 1.35 Vt YC(pu) Idc 16

17 Inversor Vdc Pref PI md Vd Vref Vgrid id P PI Vq mq iq Ig Vg Conexão a rede elétrica Inversor ACU 17

18 Simulação na rede COSERN-AÇU 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 Potência, Tensão e Corrente no elo CC -1, [s] 50 (file COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-var t) t: VDC t: IDC t: P 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 Tensão terminal na rede e tensão terminal no gerador 0, [s] 50 (file COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-var t) t: VGRID t: VT 18

19 1,2 Potência mecânica e potência elétrica do aerogerador 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0, [s] 50 (file COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-var t) t: P t: PM Ângulo de passo e velocidade do vento [s] 50 (file COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-var t) t: BETA t: VW 2000 [A] Corrente no fase a do inversor [s] 50 (file COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-var t) c:iga -VGA 19

20 Modelo Simplificado 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 Tensão terminal nos terminais do aerogerador. Modelo completo e modelo simplificado 0, [s] 50 COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4: t: VGRID COSERN_AÇU_CONC_SINCR_SIMPL.pl4: t: VGRID 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1 Potência de referência e potência ativa do aerogerador. Modelo completo e modelo simplificado -0, [s] 50 COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4: t: PREF t: P COSERN_AÇU_CONC_SINCR_SIMPL.pl4: t: P 20