Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:47:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:51:55Z : No. of bitstreams: 1 82250.pdf: 3821212 bytes, checksum: 26a0f22f5d05cae72f6dcbf3c0d050be (MD5) / Este trabalho trata da aplicação dos sistemas de controle de estrutura variável para a regulação de velocidade de unidades geradoras, visando agilizar o processo de sincronização destas unidades ao sistema elétrico. Também é investigado o uso destes sistemas para a regulação de tensão na operação a vazio e para a regulação de velocidade em sistem elétrico isolado. Apresentam-se aspectos conceituais e as principais características e propriedades dos sistemas de controle de estrutura variável. Desenvolve-se uma metodologia de uso geral para o projeto de controladores de estrutura variável. Através de simulações digitais são feitas comparações com os reguladores convencionais. Descreve-se uma aplicação do controlador proposto em uma unidade geradora de grande porte.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T23:16:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199328.pdf: 2272968 bytes, checksum: 3be5c8cd446179c27dc5e64fe2a8a28b (MD5) / Esta tese apresenta propostas para o aumento da margem de estabilidade transitória pós-falta de sistemas elétricos com grande integração de parques eólicos, que incluem o uso do controle do ângulo de passo nos sistemas eólicos de velocidade fixa, e dos geradores assíncronos duplamente excitados com conversores estáticos bidirecionais conectados ao enrolamento do rotor (DFIG) nos esquemas eólicos de velocidade variável. O modelo físico dos parques eólicos, consistindo de um grande número de turbinas eólicas, foi implementado através de uma ferramenta de simulação dinâmica original, desenvolvida no ambiente computacional MATLABTM. O primeiro estágio no processo de simulação foi modelar os componentes individuais do sistema com um grau apropriado de complexidade. Para validação dos modelos desenvolvidos e do software foram realizadas simulações computacionais utilizando uma rede elétrica de distribuição do IEEE, em duas configurações distintas. A partir dos resultados obtidos, foi demonstrado que a estabilidade pós-falta dos aerogeradores pode ser aumentada pela redução temporária da potência mecânica das turbinas nos sistemas eólicos de velocidade fixa. Através do uso do controle do ângulo de passo, o balanço entre os torques mecânico e elétrico é mantido, o que resulta no aumento da estabilidade transitória dos geradores eólicos. Para redes elétricas com grande integração de parques eólicos, é demonstrada a diferença significativa existente entre os comportamentos transitórios dos sistemas eólicos de velocidade variável que adotam o DFIG, em relação aos sistemas eólicos de velocidade fixa com geradores de indução em gaiola. Esta diferença de comportamento se deve à capacidade dos dois reguladores de corrente do rotor do DFIG em controlar o torque elétrico e a potência reativa da máquina eólica. Tal aspecto é claramente observado após a ocorrência de faltas severas na rede, como curto-circuito. É também considerada a influência dos geradores eólicos de velocidade fixa e variável, na margem de estabilidade transitória dos geradores síncronos conectados à rede elétrica.Os resultados apresentados confirmam a eficácia das estratégias de controle adotadas.

This thesis presents the main concepts and configurations used in wind turbine connected to the grid, as well as, an analysis, design and implementation of the control system for the Doubly Fed Induction Generator (DFIG). The DFIG has been selected since it is the concept frequently adopted by the wind turbine manufactures. In the thesis, it is presented a model of the DFIG in stator flux reference frame that is normally used in DFIG. The main reason for use the stator flux reference frame is that in this referential is possible to control the active and reactive power of the stator circuit independently. However, the main limitation related with the DFIG vector control is the poor damping oscillation of the stator flux. Aiming to study this problem, the impact of the bandwidth of the rotor currents control loop in the stator flux oscillation mode that appears near the voltage grid frequency, is investigated. It is demonstrated that when Rs approaches of the zero, these oscillations can not be controlled by the rotor converter. The proposed controller has an internal current control loop and an external power control loop. As the controllers are usually implemented in a digital signal processor (DSP), a redesign in discrete time to compute the control action with anti-windup is given. Finally, experimental results to validate the controllers design using a 2 kW DFIG and IGBT PWM converter, controlled by the DSP TMS320F241, are presented. / O presente trabalho apresenta os principais conceitos e configurações utilizadas em turbinas eólicas conectadas a rede elétrica, bem como a analise, o projeto e a implementação do sistema de controle para o gerador de indução com dupla alimentação (GIDA), visto que, este é o conceito mais utilizado pela indústria de turbinas eólicas. Inicialmente, é apresentado o modelo do GIDA em eixos síncronos qd no referencial do fluxo estatórico, que é, normalmente, utilizado para o projeto dos controladores do GIDA, pois neste referencial é possível controlar independentemente a potência ativa e reativa da turbina eólica. Entretanto, um problema comum associado ao controlador vetorial do GIDA são as oscilações pouco amortecidas do fluxo estatórico. Com o intuito de estudar este problema, é apresentada uma análise do impacto da banda passante dos controladores de corrente, nos modos oscilações do fluxo estatórico, que surgem próximos à freqüência da rede elétrica. Essas oscilações aparecem na parte não controlada da GIDA, resultante do acoplamento direto do circuito estatórico com a rede elétrica. O controlador proposto baseia-se num laço interno de corrente e um laço externo de potências ativa e reativa. Como os controladores são implementados em DSP, também, são apresentados os projeto dos controladores em tempo discreto com limitação da ação integral. Finalmente, são apresentados resultados experimentais utilizando um GIDA de 2 kW e um inversor PWM, controlado através do DSP TMS320F241.