Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the main issues regarding the operation of full power converters
wind turbines connected to the grid under balanced and unbalanced voltage sags.
In the past, the grid codes allowed wind turbines to be disconnected during voltage and
frequency disturbances. However, recently, grid codes updates often require that wind turbines
remain connected during voltage sags aiming to provide voltage back-up support.
Furthermore, some specific criteria establish that wind turbines should be able to utilize
part of its current capability to promote the voltage back-up during unbalanced voltage
sags. To guarantee the grid connected converter operation, even with voltage sags that
lead to zero-voltage situations and unbalanced voltage conditions, a synchronous frame
PLL with a very low time constant is designed and adapted with a Kalmam filter synchronization
system. This thesis propose a two stages synchronization for grid connected
converters that is able to ensure proper operation of the converter even when voltage on
the converter terminals has temporarily falling down to zero. This goal is meet with a
synchronous frame PLL with a very low time constant adapted with a Kalmam filter synchronization
system. This composed synchronization system allows the converter control
system to get the positive and negative sequences voltages components, that are necessary
to the output power control even under severe voltage dips. Moreover, an anti windup is
adapted to operate with a resonant current controller enabling the minimization of the
saturation in the control action during voltage transients. During unbalanced voltage
dips, the injection of unbalanced currents to the voltage back-up support becomes a good
alternative to reduce the imbalance factor of the grid voltages. However, it is necessary to
limit the maximum current output of the converter to avoid undesirable protection trips.
This thesis proposes a strategy that limite the output currents allowing the use of the
converter full current capacity during unbalanced voltage sags support. To achieve this
goal, the current references are divided into three parts. The former is associated with
the active power reference synchronized with the positive sequence voltage. The second
is the reactive power synchronized with the positive sequence voltage and the third is the
reactive power synchronized with the negative sequence voltage. The strategy propose
the computation of th reactive power references by the positive and negative sequence
voltages on the PPC in order to not overpass the converter current limits. Experimental
and simulation results corroborate the contributions of this thesis. / Esta tese trata do problema de operação de aerogeradores com conversores plenos conectados à rede durante afundamentos de tensão equilibrados e desequilibrados. Inicialmente,
os códigos de rede permitiam a desconexão dos aerogeradores durante distúrbios de frequência ou durante afundamentos de tensão. Entretanto, a presente tendência dos
requisitos de conexão em diversos países obriga os aerogeradores a permanecerem conectados a contribuição destes com injeção de corrente reativa visando dar suporte à tensão.
Além disso, alguns critérios especifícos estabelecem que aerogeradores devem ser capazes de utilizar parte de sua capacidade de corrente para promover o suporte de reativos também durante afundamentos desequilibrados. Nesta tese é apresentado um método de sincronismo composto baseado em filtro de Kalman e aplicado para conversores conectados
à rede durante afundamentos de tensão que possam levar a tensão a zero no ponto de conexão. Este possibilita a obtenção das componentes de sequência e as suas tensões em
quadratura de maneira simples, além de apresentar um bom desempenho dinâmico durante afundamentos desequilibrados. Além disso, uma estrutura anti windup é adaptada para operar com um controlador ressonante de corrente possibilitando a minimização da saturação da ação de controle na síntese das correntes de saída. Uma vez que o conversor do lado da rede é capaz de operar em condições severas de maneira adequada, a injeção de corrente reativa de forma a minimizar a tensão se sequência negativa no ponto de conexão é uma possibilidade para a diminuição do fator de desequilíbrio. Entretanto é necessário
limitar as correntes máximas de saída do conversor. Esta tese propõem uma estratégia de limitação de corrente para conversores conectados à rede que possibilita o uso da plena
capacidade de corrente do conversor na injeção de correntes desequilibradas para o suporte de tensão. Para atingir esse objetivo, as referências de corrente são dividas em três
partes e com objetivos distintos. A primeira é associada a potência ativa sincronizada com a tensão de sequência positiva. A segunda representa a parcela de potência reativa
sincronizada com a tensão de sequência positiva e a terceira parcela representa a potência reativa sincronizada com a tensão de sequência negativa. Pelo cômputo da norma máxima das correntes por uma expressão genérica é possível determinar as correntes de referência que respeitam os limites de corrente do conversor. Resultados de simulação e experimentais corroboram as contribuições desta tese.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3678 |
| Date | 28 September 2012 |
| Creators | Gabe, Ivan Jorge |
| Contributors | Pinheiro, Humberto, Sperandio, Mauricio, Mariotto, Lenois, Camargo, Robinson Figueiredo de, Cardoso, Rafael |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 8aab6aac-f16b-4f23-8761-b8462475f027, c7085320-c761-4f29-8599-4d24b5331b29, 48fe7ead-1447-4872-9fc2-6ba070c2ad14, 5e61fc85-eec9-47d0-9536-76be809602e5, 05ac9c73-0ad3-4e43-bce4-955ac223e1d2, c291743c-d01d-48aa-9784-3ceae836cd12 |
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