Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. ESTRATÉGIAS DE CONTROLE APLICADAS A AEROGERADORES DUPLAMENTE EXCITADOS DURANTE AFUNDAMENTOS DE TENSÃO DESEQUILIBRADOS VICTOR F. MENDES,, CLODUALDO V. DE SOUSA, GUILHERME M. REZENDE, SILAS Y. LIU, SELÊNIO R. SILVA Programa de Pó-Graduação em Eng. Elétrica, Univeridade Federal de Mina Gerai Av. Antônio Carlo 667, 7-9, Belo Horizonte, MG, Brail. Departamento de Engenharia Elétrica, Univeridade Federal de Itajubá - Campu Avançado de Itabira Rua Irmã Ivone Drummond, 59-87, Ditrito Indutrial Itabira, MG, Brail. E-mail: victormende@unifei.edu.br, clodualdooua@unifei.edu.br, guilhermemr@cpdee.ufmg.br, ilayl@gmail.com, elenio@dee.ufmg.br Abtract In the lat year the maive invetment in renewable energy ource ha decreaed it cot, therefore increaing the number of power plant uing thi kind of energy. Among the renewable plant are the wind power plant which have experimented an exponential growth. With thi expanion, pecific criteria for the integration of wind plant to the grid have been developed. One of the requirement i the ride-through fault capability. In thi context, thi work analyze the behaviour of doublyfed induction generator (DFIG) during voltage ag through imulation and experimental reult. Furthermore, three control trategie for the ride-through improvement, found in the literature, are evaluated. A fourth trategy i propoed in thi work. Keyword Wind Energy, Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), Voltage Sag, Ride-Through Fault Capability. Reumo O invetimento maivo em fonte alternativa de energia tem diminuído o eu cuto e aim o número uina que utilizam ea fonte tem aumentando no último ano. Dentre a uina renovávei etão a uina que utilizam energia eólica a quai têm experimentado um crecimento vertiginoo. Com ee aumento, critério epecífico para a conexão de uina eólica à rede têm ido deenvolvido. Dentre o requiito, e detaca a uportabilidade diante de afundamento de tenão. Nee contexto, ete trabalho analia o comportamento do aerogeradore de indução duplamente excitado (DFIG) durante afundamento de tenão deequilibrado, utilizando reultado imulado e experimentai. Ademai, trê etratégia de controle para o aumento da uportabilidade do DFIG, a quai ão encontrada na literatura, ão avaliada atravé de tete imulado e experimentai. Uma quarta etratégia é propota nete trabalho e comparada com a demai. Palavra-chave Energia Eólica, Gerador de Indução Duplamente Excitado (DFIG), Afundamento Momentâneo de Tenão, Suportabilidade a Afundamento de Tenão. Introdução O uo de tecnologia de geração de energia utilizando fonte alternativa de energia tem crecido rapidamente no último ano devido principalmente a grande preocupação com quetõe ambientai. Uma da tecnologia mai competitiva ão o itema de converão de energia eólica (SCEE). O preço do kw/hora para ea tecnologia tem cada vez mai e aproximado do valor para uina tradicionai. Sendo aim o número de uina eólica no mundo tem crecido exponencialmente. O Brail é um do paíe com a maiore taxa de crecimento, contando atualmente com,5gw de potência intalada, endo que ee valor irá dobrar até o final de. A diferente tecnologia de SCEE diferem baicamente no tipo de gerador e na eletrônica de potência utilizada para a conexão à rede. Uma da tecnologia com maior penetração no mercado é a tecnologia com gerador de indução duplamente alimentado, conhecido por ua igla em inglê DFIG - "doubly-fed induction generator". Ea é uma tecnologia a velocidade variável que tem a vantagem de utilizar converore dimenionado para apena uma parcela da potência nominal da máquina, geralmente %. A Fig. motra o diagrama equemático dea tecnologia. Eta topologia poui dua devantagen: o uo ISBN: 978-85-8-69-5 de uma caixa de tranmião, que é um ponto frágil na parte mecânica, e a direta conexão do etator à rede, o que aumenta a ucetibilidade do itema a ditúrbio proveniente da rede. Figura. Sitema de geração de energia eólica DFIG. Devido ao grande aumento do número de uina eólica, o operadore do itema elétrico têm deenvolvido requiito epecífico para a conexão dea uina à rede (Erlich, 5). Dentre o requiito etá a uportabilidade diante de afundamento momentâneo de tenão (AMT), ito é, a capacidade de o itema manter-e em operação memo durante afundamento de tenão na rede. A grande uceptibilidade da tecnologia DFIG a ditúrbio na rede torna importante o etudo do eu comportamento durante AMT e o deenvolvimento de etratégia para a melhoria da uportabilidade. No último ano muito trabalho têm ido publicado abordando tai tema. 8
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. Mende (), López (7) e Zhang (9) modelam o DFIG durante afundamento de tenão, elucidando o comportamento do fluxo, da tenõe e corrente no gerador. Eta análie é importante para compreender o fenômeno envolvido no proceo e deenvolver etratégia para melhorar o deempenho do itema durante o afundamento, aim como apreentado em Brekken (5), Xiang (6), López (8), Xu (8), Gomi-Bellmunt (8), Hu (9), Lima () e Hu (). Nete contexto, o preente trabalho analia o comportamento do DFIG durante afundamento deequilibrado atravé de reultado imulado obtido em um modelo repreentativo de um itema de MW e reultado experimentai obtido em uma bancada de pequeno porte (4kW). A partir dee reultado, trê etratégia de controle para a melhoria da uportabilidade, a quai ão apreentada na literatura, ão avaliada e comparada por imulação e tete experimentai. Baeado nea etratégia, ete trabalho propõe uma quarta etratégia a qual é validada e comparada com a demai. A preente eção apreenta a motivação e objetivo dee trabalho. Na Seção a tecnologia DFIG, a bancada de tete e o modelo de imulação ão brevemente decrito. Na eção Seção o comportamento do DFIG com o controle cláico é analiado e na Seção 4 e 5 a quatro etratégia para aumento da uportabilidade ão avaliada atravé do reultado imulado e experimentai. A Seção 6 é dedicada a realizar uma análie comparativa entre a etratégia e avaliar criticamente a ua implementação. Finalmente a concluõe ão expota na Seção 7. A Tecnologia DFIG O SCEE que utilizam a tecnologia DFIG ão caracterizado por operarem a velocidade variável, permitindo aim a extração da máxima potência do vento. O gerador utilizado é uma máquina de indução com rotor bobinado onde o etator etá diretamente conectado a rede, enquanto o rotor é alimentado por um converor reverível, como motrado na Fig.. O controle do fluxo de potência no rotor da máquina poibilita o gerador operar tanto abaixo quanto acima da velocidade íncrona. O gerador e conecta à turbina eólica atravé de uma caixa de tranmião. A Fig. motra o diagrama equemático da bancada de tete cujo parâmetro etão litado no Anexo. A turbina eólica é repreentada por um imulador que ua um motor de indução controlado em velocidade de modo que ete deenvolva a mema caracterítica de torque e velocidade de uma turbina real. O controle do gerador é implementado em uma plataforma dspace o qual gera pulo PWM com frequência igual a 5kHz para o converore do lado do rotor (RSC - "rotor ide converter") e do lado da rede (GSC - "grid ide converter"). A corrente e tenõe neceária ao controle ão medida utilizando-e trandutore, condicionada e amotrada a uma taxa de 5kHz. O afundamento de tenão ão gerado utilizando-e o dipoitivo ilutrado na Fig. que é recomendado na norma para tete de SCEE (IEC64-). Ao fechar o contator a corrente drenada pelo indutor L cauam uma queda de tenão no indutor L e aim tem-e um AMT na bancada. Para gerar um afundamento deequilibrado deconecta-e uma fae do indutor em paralelo. Figura. Gerador de afundamento de tenão (GAT) O controle do converore é realizado utilizando-e a etrutura cláica em que no: GSC tem-e malha interna controlando a corrente que fluem pelo filtro, uando o referencial íncrono orientado egundo o ângulo da tenão da rede. Malha externa de controle da tenão no barramento CC e potência reativa; RSC tem-e malha interna controlando a corrente no rotor orientada egundo o ângulo da tenão na rede e malha externa controlando Figura. Diagrama da bancada de tete repreentando SCEE equipado com a tecnologia DFIG ISBN: 978-85-8-69-5 9
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. a potência ativa e reativa que flui pelo etator. O modelo de imulação foi implementado utilizando-e a ferramenta Matlab/Simulink e repreenta toda a dinâmica elétrica relevante, bem como o controle dicreto, aim como implementado na bancada. Ee modelo repreenta um itema de MW cujo parâmetro etão litado no Anexo. É importante realtar que a bancada repreenta um SCEE de baixa potência (4kW), enquanto o modelo de imulação repreenta um itema de alta potência (MW). O objetivo nete trabalho não é realizar validação de modelo e im extrapolar o reultado obtido na bancada para o reultado eperado em um itema real de alta potência. Controle Cláico A análie do comportamento do DFIG diante de AMT deequilibrado utilizando o controle cláico erá dividida em uma breve modelagem matemática e a apreentação do reultado experimentai.. Modelagem Matemática López (7), Brekken (5), Xu (8), Gomi-Bellmunt (8), Hu (9) e Hu () realizam modelagen matemática no domínio do tempo para demontrar o efeito do afundamento deequilibrado no DFIG. A modelagem no domínio da frequência para o afundamento equilibrado é abordada em Mende () a qual pode er etendida para o cao deequilibrado utilizando-e a teoria da componente imétrica como apreentado aqui. Uando-e a equaçõe cláica da máquina de indução no referencial íncrono e a dividindo em equência poitiva (+) e negativa (-), já que não há equência zero, tem-e López (8): dψ ωψ v = R i + j, () dt dψ r r r r ωr ψ r v = R i + + j, () dt ψ L i Lm ir = +, () ψ r Lr ir Lm i ω ω ω = +, (4) ω ω ω onde = r+ e r =. A demai variávei e parâmetro tem eu ignificado uual. A variávei podem er decompota em eixo direto (real) e quadratura (imaginário) de modo que (Hu, 9): A A A A A e jω t = + = +. (5) + + + + dq dq+ dq dq+ dq Em (5) o obrecrito indica o referencial utilizado para orientação e o ubcrito repreenta a componente equencial em quetão. Uando ea equação em ()-(4) e aplicando a Tranformada de Laplace, a componente do enlace de fluxo de etator podem er exprea em função da tenão no etator e da corrente no rotor (Mende, ): ( τ ) τ ( τ ) + V + L d m + I rd ψ =, (6) d + + ω τ ωv + L ( ) d m τ + τ I rq ψ =. (7) q + + ω τ Atravé de (6) e (7) oberva-e que a dinâmica da equência poitiva e negativa do fluxo ão imilare, ma como motra (5) a componente poitiva no referencial poitivo repreenta um valor contante, enquanto nee memo referencial a componente negativa tem uma frequência igual ao dobro da frequência da rede (ω ). A influência da tenão da rede no enlace de fluxo é preponderante, portanto é poível deprezar o efeito da corrente de rotor López (7). Dee modo, a tenão induzida no rotor orientada no referencial íncrono poitivo é dada por (Mende, ): + ω ω V V e V r L m τ + + r = d + d d L ω + + τ jωt ( ) + (8) ω r ( r ) L ω ω + τ V V e V jωt ( ) + m + r = q + d + d L ω + + τ (9) A equaçõe (8) e (9) motram que a tenão induzida no rotor depende diretamente da tenõe de equência poitiva e negativa no etator (rede). Dee modo, a tenão de rotor durante o AMT deequilibrado pouirá componente contínua (equência poitiva) e uma componente ocilatória no dobro da frequência da rede (componente negativa). Ea componente de tenão e refletem na corrente de rotor que erão também influenciada pela atuação do controle (Mende, ). O intante de ocorrência do afundamento influencia o comportamento do fluxo e conequentemente da tenão no rotor. Para um afundamento monofáico tem-e (López, 8): Cao no intante do afundamento a tenão na rede eteja paando por um máximo (θ =9 ), a componente poitiva e negativa do fluxo etarão em opoição e anulando, aim não haverá uma componente tranitória (natural) no inicio do afundamento; Cao a tenão na rede eteja paando por zero (θ = ) ocorre o contrário, aim tem-e a ISBN: 978-85-8-69-5
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. máxima componente natural. De (6) e (7) ea componente poui um amortecimento dependente da contante de tempo etatórica (τ ). Ea concluõe ficarão mai clara na próxima ubeção analiando-e o reultado experimentai.. Reultado Experimentai Para o tete experimental conidera-e um afundamento monofáico com tenão remanecente igual a 85%. Inicialmente tem-e uma velocidade de 8RPM, fornecimento de kw para a rede e θ =. Oberva-e na Fig. 4a que no inicio do afundamento (t=), alta corrente ão induzida no rotor da máquina atingindo mai que o dobro da corrente em regime permanente. Ea corrente elevada e devem a componente natural da tenão induzida do rotor obrepota a componente de equência negativa. A componente natural decai em aproximadamente, e reta apena a equência negativa durante o AMT. A componente da corrente de rotor e ua frequência podem er obervada na análie de Fourier motrada na Fig. 4b. A tenão intetizada pelo RSC (Fig. 4c) reage à variação na corrente, porém o controlador PI não é capaz de manter a corrente controlada, poi a banda de paagem do controle geralmente não é capaz de afetar a equência negativa. A ocilaçõe na corrente devido à componente natural e de equência negativa provocam ocilaçõe no torque eletromagnético, como ilutra a Fig. 4d. Tai ocilaçõe cauam etree mecânico na caixa de tranmião e também e refletem em pulaçõe na potência ativa e reativa gerada. A Fig. 4e motra o tete para a velocidade de RPM quando e tem o AMT começando em θ =9. É poível perceber que nee cao não há componente natural, tendo-e apena a ocilaçõe devido à equência negativa evidenciada na corrente dq motrada na Fig. 4f. Sendo aim, a corrente no inicio do afundamento ão menore.. Reultado Simulado Para demontrar o efeito de um afundamento monofáico para 5% (θ = ) quando o itema opera com potência nominal a Fig. 5 motra a corrente "dq" de rotor obtida do modelo de imulação. Fica claro na Fig. 5 que o valor médio, ito é, a equência poitiva da corrente é controlada, porém a componente natural (5 Hz) e a equência negativa ( Hz) não ão controlada e portanto atingem valore relativamente alto. 4 Eixo Direto - -.....4.5.6.7.8 - Eixo Quadratura Referência Medida Referência Medida - -.....4.5.6.7.8 Tempo () Figura 5. Corrente dq de rotor - imulação (95 RPM, θ = ) Fae A da Corrente de Rotor.5 Análie de Fourier da Corrente de Rotor 4 Fae A da Tenão de Rotor 6.45 4 - -4 Amplitude (% da Fundamental).4.5..5..5. Componente Poitiva Componente Natural Componente Negativa Tenão (V) - - Limite de Tenão -6.5 - Torque (N.m) - - - -4-5 -6 -.....4.5.6.7 Tempo () (a) Torque Eletromagnético Etimado - 4 6 8 4 6 8 Frequência (Hz) - - (b) Fae A da Corrente de Rotor -4 -.....4 Tempo () Corrente(A) Eixo Direto da Currente de Rotor -.....4 - (c) Eixo Quadratura da Currente de Rotor Referência Medida Referência Medida -7 -.....4 Tempo () -. -.5.5..5..5..5.4 Tempo () - -.....4 Tempo () (d) (e) (f) Figura 4. Reultado experimentai: 8 RPM, θ = - (a) Corrente da fae A do rotor, (b) Análie de Fourier da Corrente de Rotor, (c) Tenão de Rotor, (d) Torque Eletromagnético; RPM, θ =9 - (e) Corrente da fae A do rotor, (f) Corrente dq de rotor ISBN: 978-85-8-69-5
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. No reultado imulado é poível notar que em 5Hz, ito é, a componente natural perdura por todo o afundamento obrepota à equência negativa, diferentemente do cao experimental em que ea componente e extingue rapidamente. Io ocorre porque geralmente a contante de tempo etatórica (τ ) em máquina de grande porte é bem maior e aim endo o amortecimento do fluxo é bem menor. 4 Etratégia para a Melhoria da Suportabilidade Como pôde er vito na eção anterior, a componente natural e a equência negativa cauam alta corrente no rotor a quai podem acionar proteçõe do itema o deconectando da rede ou memo danificar o converore. Dee modo, ão neceária etratégia para melhorar a uportabilidade do itema, aim como decrita na próxima ubeçõe. 4. Compenação do Torque e Potência Reativa (CTP) Para reduzir a ocilaçõe no torque eletromagnético e na potência reativa que urgem durante deequilíbrio de tenão na rede, Brekken (7) propõe a compenação dea variávei na aída do controladore de corrente, como motra a Fig. 6. A compenaçõe complementam a aída do controladore PI para remover a ocilaçõe em ω devido a equência negativa. O bloco C d,comp e C d,comp na Fig.6 ão ajutado de forma a ter um alto ganho nea frequência e aim ão implementado utilizando filtro reonante. Mai detalhe obre ee filtro encontram-e em Brekken (7). Figura 6. Controle do RSC com a compenação da ocilaçõe de torque e potência reativa (CTP) (Brekken, 7) 4. Controlador Dual-PI (CDPI) Na literatura exitem divera etratégia para o controle da equência negativa. Dentre ela etá o controle eparado da equência poitiva e negativa na chamada etrutura dual-pi (CDPI) como apreentado em Xu (8) e Gomi-Bellmunt (8). A Fig. 7 motra o diagrama de bloco repreentativo dea etrutura de controle. Na etratégia CDPI o controle da corrente é divido em controle da componente de equência poiti- Figura 7. Controle do RSC com a etratégia CDPI va e da equência negativa amba controlada utilizando-e controladore PI realimentado e compenaçõe feedfoward (cc r+ e cc r- ), aim como no controle cláico. Com ea etrutura é neceária a decompoição da corrente total na componente equenciai. Para io utiliza-e um filtro rejeita faixa ajutado para o dobro da frequência da rede cuja função de tranferência é dada por: ( * ω ) + F( ) =, () ω + + ( * ω ) Q onde Q é o fator de eletividade do filtro. Para que a orientação do controle eja feita de forma correta utiliza-e a PLL ( phae-locked loop ) propota em Rodriguez (6) a qual é robuta a deequilíbrio de tenão. A fim de melhorar a uportabilidade do DFIG deeja-e que a corrente de rotor eja a menor poível, portanto a referência da componente de equência negativa ão mantida em zero. A referência da equência poitiva é mantida contante, porém eria poível reduzi-la para diminuir ainda mai a corrente total no rotor. 4. Controlador PI +Reonante (CPIR) Hu (9) e Hu () também apreentam um controle da componente de equência poitiva e negativa, porém o controle de amba a equência é realizado em conjunto. Utiliza-e para io controladore PI acrecido de uma parcela reonante (CPIR) ajutada no dobro da frequência da rede para controlar a componente negativa. A etrutura de controle é imilar ao controle cláico, como motra a Fig. 8, porém a equação do controlador de corrente erá dada por: Ki Kr G( ) = K p + +, () + ω ( ) onde K p e K i ão o ganho do PI que ão mantido iguai ao do controle cláico e K r é o ganho do controlador reonante. Ee último deve er ecolhido de modo a tornar a parcela reonante tão eletiva quanto neceário. A parcela reonante inerirá um alto ganho na frequência deejada e aim atuará obre a equência negativa. Para fin de uportabilidade a referência dea componente é mantida em zero, afim de reduzila o máximo poível. ISBN: 978-85-8-69-5
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. Figura 8. Controle do RSC com a etratégia CPIR 4.4 Controlador Reonante Modificado (CRM) Em toda a etratégia anteriormente apreentada o controle é realizado apena obre a componente negativa, porém a componente natural não é afetada como erá motrado na próxima eção. Sendo aim, no preente trabalho é propota a utilização do controle reonante, porém além da parcela reonante que controla a equência negativa, acrecenta-e uma parcela que atua na componente natural induzida durante o traniente de tenão. A equação do controlador de corrente erá dada por: K Kr K r i G( ) = K p + + +.() + ω + ω ( ) ( ) A etrutura de controle é igual à motrada na Fig. 8 e o principio de operação dea etratégia é imilar ao da etratégia CPIR, porém há o acrécimo da parcela reonante que atuará obre a componente natural, ito é, a componente na frequência da rede (ω ). A dicretização de tal controlador para implementação digital é eencial para a ua correta operação, porém não erá abordada nee trabalho. Mai detalhe podem er obtido em Yepe (). Na próxima eção o reultado imulado e experimentai para toda etratégia apreentada erão analiado e comparado. 5 Reultado da Etratégia de Suportabilidade 5. Reultado Simulado Conidera-e em todo a imulaçõe que o itema etá operando na condição nominal (MW, 95 RPM) e tem-e um AMT monofáico para 5%. A Fig. 9a motra que com o uo da etratégia CTP há uma ubtancial redução na ocilação do torque devido a equência negativa comparado com o controle cláico para o cao em que θ =9. Nota-e que a corrente de rotor praticamente não e alteram durante o AMT (Fig. 9b). No entanto, quando tem-e θ = a componente natural continua a exitir cauando ocilaçõe no torque (Fig. 9b) e alta corrente de rotor. A Fig. motra a comparação do reultado para a corrente de rotor utilizando a etratégia CDPI, CPIR e CRM. Atravé da Fig. a nota-e que quando não há a preença da componente natural, apó um tranitório inicial a corrente é completamente controlada pela etratégia CDPI, ito é, a equência negativa é mantida em zero. O reultado para a etratégia CPIR, não motrado aqui, é imilar ao do CDPI, porém há uma redução no tranitório inicial devido a não neceidade de utilização de filtro para a decompoição da componente equenciai. Quando o intante de ocorrência do AMT é mudado para θ =, A Fig. b motra que a corrente dq de rotor tem ocilaçõe apena na frequência da rede, ito é, a componente negativa é controlada em zero, porém a componente natural continua a exitir. Sendo aim, propô-e nee trabalho a etratégia CRM cujo o reultado é ilutrado na Fig. c em comparação com a etratégia CPIR. Nota-e que há uma enível redução tanto na componente de equência negativa, quanto na componente natural apó um rápido tranitório. 5. Reultado Experimentai A mema condiçõe utilizada no tete da Seção. ão utilizada aqui. A etratégia CTP motra bon reultado imulado, porém verificou-e que a implementação real da compenação não é trivial e por io o reultado não foram adequado. Dee modo, o reultado para ea etratégia erão omitido. A Fig. a motra o reultado da etratégia CDPI para o cao θ =9. Oberva-e, aim como na imulação, que apó um rápido traniente a corrente e mantêm controlada devido a atuação da parcela reonante obre a componente de equência negativa. -65-7 Torque Eletromagnético CCL CTP 5 5 Corrente de Rotor -5-6 Torque Eletromagnético N.m -75-8 -85-9 5-5 N.m -7-8 -95 - -9 - -5-5 - - -.5.5..5..5..5.4.45 Tempo () -5 -...4.6.8 Tempo () - -.....4.5.6.7.8.9 Tempo () (a) (b) (c) Figura 9. Reultado imulado com CTP: 95 RPM, θ =9 - (a) Torque Eletromagnético, (b) Corrente de Rotor; 95 RPM, θ = - (c) Torque Eletromagnético. ISBN: 978-85-8-69-5
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. 5 Referência Poitiva 5 -.....4 5 5 Referência Poitiva -.....4 5 5 -.....4.5.6.7.8.9 CPIR CRM 5-5 Referência Poitiva 5-5 Referência Poitiva -5 - CPIR CRM - -.....4 Tempo () (a) - -.....4 Tempo () -5 -.....4.5.6.7.8.9 Tempo () (b) (c) Figura. Reultado imulado da corrente dq de rotor: 95 RPM, θ =9 - (a) Etratégia CDPI; 95 RPM, θ = - (b) Etratégia CDPI, (c) Etratégia CPIR e CRM. 4 -.....4 Referência Poitiva 4 Referência Poitiva -.....4 4 Referência Poitiva -.....4 - Referência Poitiva - -.....4 Tempo ().5 -.5 Referência Poitiva - -.....4 Tempo () -.....4 Tempo () (a) (b) (c) Figura. Reultado experimentai da corrente dq de rotor: 5 RPM, θ =9 - (a) Etratégia CDPI; 5 RPM, θ = - (b) Etratégia CPIR, (c) Etratégia CRM. - Referência Poitiva Já quando tem-e θ = a componente natural do fluxo e reflete na corrente de rotor, a qual não é afetada pela etratégia CDPI e CPIR (Fig. b). Com o uo da etratégia CRM propota nee trabalho tem-e o controle tanto da componente de equência negativa, quanto da natural como motra a Fig. c. 6 Avaliação Crítica A quatro etratégia avaliada nete trabalho demontram er poível diminuir a corrente de rotor devido a componente de equência negativa que urge durante o AMT deequilibrado. A trê primeira etratégia apreentada, encontrada na literatura, geralmente ão aplicada para deequilíbrio permanente de tenão na rede. Eta etratégia têm a deficiência de não atuar obre a componente natural que urge durante o traniente de tenão na rede. Dentre ela a de mai fácil implementação e melhor repota é a CPIR, dede que uma implementação digital correta eja realizada. A etratégia CRM motra uma boa repota no controle da corrente de rotor, no entanto a ocilaçõe no torque eletromagnético, não motrado aqui, continuam a exitir cauando etree mecânico na caixa de tranmião. A maior limitação para o correto funcionamento de toda a etratégia apreentada aqui etá na capacidade de tenão que pode er intetizada pelo RSC. Em todo o tete apreentado o controlador de corrente não aturou, ito é, o converor foi capaz de intetizar a tenão demandada pelo controle. Quanto mai evero for o afundamento, maior é a tenão neceária para a correta operação da etratégia de controle. A amplitude deta tenão pode er aproximada por (8) e (9). Para afundamento com nívei alto de deequilíbrio para a efetiva atuação da etratégia é neceária a redução na potência ativa entregue à rede e a operação do converor na região de obremodulação. Uma análie mai aprofundada da condiçõe em que a etratégia erão eficaze e faz neceário. 7 Concluão Nete trabalho o comportamento de itema de converão de energia eólica equipado com a tecnologia com gerador duplamente alimentado foi analiado durante afundamento de tenão deequilibrado. Primeiramente coniderou-e o controle cláico do DFIG para analiar o comportamento atravé de reultado imulado e experimentai. Oberva-e que a componente natural de fluxo que urge durante o traniente de tenão e a equência negativa do fluxo devido ao deequilíbrio de tenão induzem elevada tenõe no rotor que por ua vez provocam alta corrente que podem danificar o converor. Para a melhoria da uportabilidade do itema analiou-e trê etratégia encontrada na literatura que tendem a atenuar a componente de equência negativa eja atravé de compenaçõe ou pelo controle direto dea componente. Ea etratégia não afetam a componente natural. ISBN: 978-85-8-69-5 4
Anai do XIX Congreo Braileiro de Automática, CBA. Baeado nete reultado propõe-e uma nova etratégia de controle que age tanto na equência negativa quanto na componente natural da corrente de rotor, diminuindo aim o eu valor durante o afundamento deequilibrado. A eficácia dea etratégia depende da capacidade de tenão que o converor pode intetizar. Quanto maior o deequilíbrio de tenão maior a tenão demandada. A análie da condiçõe de afundamento e potência em que a etratégia é capaz de aumentar a uportabilidade do DFIG erá tema de trabalho futuro. Anexo TABELA I PARÂMETROS DO SISTEMA Variável Bancada Simulação Potência 4 kw MW Frequência (f ) 5 Hz 5 Hz Tenão Etator/Rotor (K r) 4/95 V 69/69 V Indut. de Magnetização (L m) 6. mh. mh Indut. Própria de Rotor (L r) 69.7 mh.64 mh Reitência de Rotor (R r). Ω.8 mω Indut.Própria de Etator (L ) 69.7 mh.758 mh Reitência de Etator (R ).7 Ω.8 mω Agradecimento O autore agradecem à CAPES/DAAD que a- travé do programa PROBRAL apoiou a cooperação entre a UFMG e TU Dreden (Alemanha) e ao CNPQ e à FAPEMIG pelo apoio financeiro. Referência Bibliográfica Brekken, T. K. A. and Mohan, N. (8). Control of a doubly-fed induction wind generator under unbalanced grid voltage condition. IEEE Tran. on Energy Converion, vol., pp. 9-5, 7. Erlich, I. and Bachmann U. (5). Grid Code Requirement Concerning Connection and Operation of Wind Turbine in Germany. IEEE PES General Meeting, v., pp 5-57. Gomi-Bellmunt, O.; Junyent-Ferre, A.; Sumper, A. and BergaJane, J. (8). Ride-through control of a doubly fed induction generator under unbalanced voltage ag. IEEE Tran. on Energy Converion, vol., no. 4, pp. 6-45. IEC64-, Wind turbine: Meaurement and aement of power quality characteritic of grid connected wind turbine, nd Edition, 88/99/CDV. Hu, J.; He, Y.; Xu, L. and William, B.W. (9). Improved control of DFIG ytem during network unbalance uing PI-R current regulator. IEEE Tranaction on Indutry Electronic, pp. 49 45. Hu, J. and He, Y. (). DFIG wind generation ytem operating with limited converter rating conidered under unbalanced network condition - Analyi and control deign, Renewable Energy, vol. 6, iue, pp. 89-847. Lima, F. K. A.; Luna, A.; Rodriguez, P.; Watanabe, E. H. and Blaabjerg, F. (). Rotor Voltage Dynamic in the Doubly Fed Induction Generator During Grid Fault. IEEE Tran. on Power Electronic, v. 5, pp. 8-. López, J.; Sanchi, P.; Roboam, X. and Marroyo, L. (7). Dynamic behavior of the doubly fed induction generator during three-phae voltage dip. IEEE Tran. on Energy Converion, v., pp. 79 77. López, J.; Gúbia, E.; Sanchi, P.; Roboam, X., and Marroyo, L. (8).Wind turbine baed on doubly fed induction generator under aymmetrical voltage dip. IEEE Tran. on Energy Converion, :. Lu-hua Zhang, Xu Cai and Jia-hu Guo (9). Dynamic Repone of DFIG Fault Current Under Contant AC Exitation Condition. Power and Energy Engineering Conference, pp. 4. Mende, V. F.; de Soua, C. V.; Silva, S. R.; Rabelo, B.; Krau, S. and Hoffman, W. (). Behavior of Doubly-Fed Induction Generator During Symmetrical Voltage Dip Experimental Reult. IEEE International Sympoium on Indutrial Electronic, pp. 45 5. Mende, V. F.; Soua, C. V.; Silva, S. R.; Rabelo, B. and Hoffman, W. (). Modeling and Ride- Through Control of Doubly Fed Induction Generator During Symmetrical Voltage Sag. IEEE Tranaction on Energy Converion, v. 6, pp. 6-7. Rodriguez, P.; Teodorecu, R. I.; Candela, A.; Timbu, V. and Blaabjerg, F. (6). New poitiveequence voltage detector for grid ynchronization of power converter under faulty grid condition, in Proc. PESC, pp. 7. Yepe, A.G.; Freijedo, F.D.; Lopez, O. and Doval- Gandoy, J. () High-Performance Digital Reonant Controller Implemented With Two Integrator. Power Electronic, IEEE Tranaction on, vol.6, no., pp.56-576. Xiang, D.; Ran, L.; Tavner, P. J. and Yang, S. (6). Control of doubly fed induction generator in a wind turbine during grid fault ridethrough. IEEE Tranaction on Energy Converion, v., pp. 65 66. Xu, L. (8). Coordinated control of DFIG rotor and grid ide converter during network unbalance. IEEE Tran. on Power Electronic, vol., pp. 4 49. ISBN: 978-85-8-69-5 5