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Previous issue date: 2016-08-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increase in wind power integration into power systems is currently a general trend in many countries and the Variable-Speed Wind Turbine (VSWT) Equipped with a Doubly Fed Induction Generator System with back-to-back power converters are most often used for this purpose. There is the need for its control system to operate properly to ensure stability and to achieve the desired performance when they are subjected to different transient disturbances, which is a difficult taste due to nonlinearities and strong coupling between electrical and mechanical variables in this type of wind turbine. In this context, this work aims to tune the gains of the PI controllers that make up the control system using a collective intelligence meta-heuristic algorithm for two normal perturbations in the operation of a wind farm: a wind variation and electrical fault. For that, it was modeled the wind turbine taking advantage of detailed modeling, considering the stator voltage oriented control structure, with active and reactive power control loops and their respective current controls, all equipped with PI controllers. Therefore, a set of objective functions was generated penalizing the most important variables directly from the dynamic simulation. Next, a multi-objective PSO algorithm has been enhanced, to be used as a tuning tool. Then the algorithm was applied to the VSWT for Single-machine infinite bus system for wind speed variation and electrical fault. Finally, the robustness of the tunings was tested on the in Single-machine infinite bus system and a 32 nodes feeder. The PSO showed good ability to exploitation and intensification of the search space reaching the preset tuning requirements in all cases. Stability and satisfactory performance results were obtained for transient disturbances thanks to key variables penalty in the objective functions. The tuning resulted robust enough for variations of feeder parameters and operating conditions besides the proper stiffness coefficient of the turbine generator mechanical coupling, whenever the wind turbine was subjected to disturbances considered in the tuning. It is also noted that exploring the objective functions and the algorithm itself can attain a large improvement in the performance of the tuned wind turbine control system for wind variations and electrical faults / O aumento da integração da geração eólica em sistemas elétricos de potência é atualmente uma tendência generalizada em muitos países e os Aerogeradores de Velocidade Variáveis (AVV) com Geradores de Indução de Dupla Alimentação (DFIG) com conversores de potência de tipo back-to-back são os mais empregados para este fim. Existe a necessidade de que seu sistema de controle atue corretamente para garantir a estabilidade e obter o desempenho desejado quando estes são submetidos a diferentes perturbações transitórias, o que resulta difícil devido às não-linearidades e à forte relação entre as grandezas elétricas e mecânicas deste tipo de aerogerador. Neste contexto, esta dissertação tem como objetivo a sintonia dos ganhos dos controladores PI que compõem o sistema de controle, utilizando um algoritmo meta-heurístico de inteligência coletiva, para duas perturbações normais na operação de uma usina eólica: variação de vento e falta elétrica. Para isso, foi modelado o DFIG aproveitando modelos detalhados, considerando a estrutura de controle orientada pela tensão do estator, com malhas de controle de potência ativa e reativa e seus respetivos controles de correntes, todas equipadas com controladores tipo PI. Logo foi gerado um conjunto de funções objetivos, penalizando diretamente das simulação dinâmica as variáveis de maior importância. A seguir, foi aprimorado um algoritmo PSO multi-objetivo, o qual é utilizado como ferramenta de sintonia. Em seguida, o algoritmo foi aplicado ao DFIG na configuração máquina barra-infinita para variação de vento e falta elétrica. Finalmente foi testada a robustez das sintonias obtidas no sistema de máquina barra-infinita e em um alimentador de 32 nós. O PSO apresentou uma boa capacidade de exploração e intensificação do espaço de busca alcançando os requisitos de sintonia preestabelecidos em todos os casos. Os resultados de estabilidade e desempenhos foram satisfatórios para as perturbações transitórias utilizadas graças à penalização de variáveis chaves nas funções objetivos. A sintonia resultou suficientemente robusta para variações de parâmetros do alimentador e de condições operativas, além do próprio coeficiente de rigidez do acoplamento mecânico turbina-gerador, sempre que a usina esteja submetida a perturbações consideradas na sintonia. Observa-se também que explorando as funções objetivo e o próprio algoritmo pode-se atingir uma ampla melhoria no desempenho do sistema de controle do DFIG sintonizado para as variações de vento e faltas elétricas.
Palavras-chave: Geração Eólica, Aerogeradores
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/1036 |
| Date | 04 August 2016 |
| Creators | Aguilar, Milton Ernesto Barrios |
| Contributors | Reginatto, Romeu, Franco, Edgar Manuel Carreño, Salles, Mauricio Barbosa de Camargo |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Parana, Foz do Iguaçu, 8774263440366006536, 500, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação, UNIOESTE, BR, Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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