Estimação de Parâmetros e Controle de um Gerador de Indução Duplamente Alimentado  Durante a Sincronização com a Rede Elétrica

Celso R. Schmidlin Jr.; Francisco Kleber de A. Lima; Tobias R. Fernandes Neto; Carlos Gustavo C. Branco

doi:10.18618/REP.2018.1.2743

Authors

Celso R. Schmidlin Jr. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Maracanaú – CE, Brasil
Francisco Kleber de A. Lima Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil
Tobias R. Fernandes Neto Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil
Carlos Gustavo C. Branco Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2018.1.2743

Keywords:

Estimação de Parâmetros, Gerador de Indução Duplamente Alimentado, Sincronização

Abstract

O modelo matemático clássico do gerador de indução duplamente alimentado não considera as perdas no núcleo magnético e suplementares. Porém, ele é válido quando o gerador entrega sua potência nominal, o que não ocorre no processo de sincronização, onde o gerador está a vazio. Em geral, os modelos que consideram essas perdas tornam o equacionamento mais complexo. Neste sentido, este artigo propõe que se considerem estas perdas como agrupadas na resistência do rotor, o que mantém as equações da máquina inalteradas. Ainda, apresenta-se um método simplificado para a estimação dos parâmetros do circuito do rotor, os quais são utilizados para sintonizar os controladores de corrente durante o processo de sincronização à rede elétrica. Os resultados de simulação e experimentais confirmam a eficácia da abordagem proposta.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Celso R. Schmidlin Jr., Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, Maracanaú – CE, Brasil

possui graduação (2003) e mestrado (2006) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (UFC). É professor de ensino básico, técnico e tecnológico do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, inicialmente no Piauí (2007 a 2010) e atualmente no Ceará (desde 2010). Cursa doutorado em Engenharia Elétrica na UFC (desde 2013). Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, fontes alternativas de energia, máquinas elétricas e acionamentos de máquinas elétricas.

Francisco Kleber de A. Lima, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil

é Engenheiro Eletricista (1998) e Mestre em Engenharia Elétrica (2003), pela UFC. Recebeu o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela COPPE/UFRJ em 2009. É professor do Departamento de Engenharia Elétrica da UFC. Suas áreas de interesse são: Energias Renováveis, Eletrônica de Potência, Qualidade de Energia, Acionamentos de Máquinas Elétricas e Filtragem Ativa. Ele é membro da SOBRAEP e do IEEE.

Tobias R. Fernandes Neto, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade de Fortaleza (2004), mestrado em Engenharia Elétrica pela UFC (2007) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Technische Universität Darmstadt (2012). Suas principais áreas de interesse são as máquinas elétricas e eletrônica de potência.

Carlos Gustavo C. Branco, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza – CE, Brasil

possui Graduação (2002) e mestrado (2005) em Engenharia Elétrica pela UFC. Durante o Mestrado trabalhou em Projetos de P&D na área de Fontes Ininterruptas de Energia (UPS) e Conversores de Alta Potência. Desde 2005 trabalha na área de P&D de sistemas UPS Isolados em Alta Frequência, Sistemas de Energia Fotovoltaica e Acionamentos de Máquinas. É professor assistente do Departamento de Engenharia Elétrica da UFC. Ele é membro da SOBRAEP e do IEEE.

References

F. Blaabjerg, K. Ma, "Future on power electronics for wind turbine systems", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, v. 1, n. 3, pp. 139-152, Sep. 2013.https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2275978 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2013.2275978

Z. Q. Zhu, J. Hu, "Electrical machines and power-electronic systems for high-power wind energy generation applications. Part I - market penetration, current technology and advanced machine systems", The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, v. 32, n. 1, pp. 7-33, Dec.2012.https://doi.org/10.1108/03321641311293731 DOI: https://doi.org/10.1108/03321641311293731

G. Abad, J. López, M. Rodríguez, L. Marroyo, G. Iwanski, Doubly Fed Induction Machine, John Wiley & Sons, New Jersey, 2011.https://doi.org/10.1002/9781118104965 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118104965

S. V. Dias, T. R. Fernandes Neto, L. L. N. dos Reis, B. C. Torrico, J. C. T. Campos, "Controlador de Corrente Preditivo Contínuo com Anti-Windup Aplicado a um Sistema de Geração Eólico Baseado em DFIG", Eletrônica de Potência, v. 22, n. 1, p. 71-80, Jan./Mar. 2017.https://doi.org/10.18618/REP.2017.1.2650 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2017.1.2650

A. Petersson, Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction Generators for Wind Turbines. PhD Thesis, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, 2005.

R. Pena, J. Clare, G. Asher, "Doubly fed induction genera-tor using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation", IEE Proceedings- Electric Power Applications, v. 143, n. 3, pp. 231-241, May 1996.https://doi.org/10.1049/ip-epa:19960288 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:19960288

G. Tapia, G. Santamaría, M. Telleria, A. Susperregui, "Methodology for Smooth Connection of Doubly Fed Induction Generators to the Grid", IEEE Transactions on Energy Conversion, v. 24, n. 4, pp. 959-971, Dec. 2009.https://doi.org/10.1109/TEC.2009.2025334 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2009.2025334

A. Abdelbaset, A.-H. M. El-Sayed, A. E. H. Abozeid, "Grid synchronization enhancement of a wind driven DFIG using adaptive sliding mode control", IET Renewable Power Generation, v. 11, n. 5, pp. 688-695,Mar. 2017.https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0392 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0392

G. Yuan, J. Chai, and Y. Li, "Vector Control and Synchro-nization of Doubly Fed Induction Wind Generator Sys-tem," in 4th International PEMC Conference Proceedings, pp. 886-890, 2004.

A. Susperregui, J. Jugo, I. Lizarraga, G. Tapia, "Automa-ted control of doubly fed induction generator integrating sensorless parameter estimation and grid synchronisation", IET Renewable Power Generation, v. 8, n. 1, pp. 76-89, Jan. 2014.https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2013.0045 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2013.0045

S. Z. Chen, N. C. Cheung, K. C. Wong, J. Wu, "Grid Synchronization of Doubly-fed Induction Generator Using Integral Variable Structure Control", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 24, n. 4, pp. 875-883, Dec. 2009.https://doi.org/10.1109/TEC.2009.2025316 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2009.2025316

A. G. Abo-Khalil, "Synchronization of DFIG output voltage to utility grid in wind power system", Renewable Energy, v. 44, pp. 193-198, Aug. 2012.https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.01.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.01.009

H. Voltolini, Modelagem e Controle de Geradores de Indução Duplamente Alimentados com Aplicação em Sistemas Eólicos. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, 2007.

R. Teodorescu, M. Liserre, P. Rodriguez, F. Blaabjerg, Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems, John Wiley & Sons, 2011.https://doi.org/10.1002/9780470667057 DOI: https://doi.org/10.1002/9780470667057

F. K. de A. Lima, C. G. C. Branco, "Modelo em Malha Fechada para o Gerador de Indução Duplamente Alimen-tado Baseado em Controladores Proporcional e Integral", Eletrônica de Potência, v. 21, n. 2, p. 81-90, Mar./Jun. 2016.https://doi.org/10.18618/REP.2016.2.2559 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2016.2.2559

J. L. Dantas, F. K. de A. Lima, J. M. Guerrero, J. C. Vasquez, C. G. C. Branco, "Um Algoritmo Robusto e Rápido para Detecção de Afundamento de Tensão", Eletrônica de Potência, v. 21, n.1, p. 024-031, Dez. 2015 / Fev.2016.https://doi.org/10.18618/REP.2016.1.2566 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2016.1.2566

E. Levi, "Impact of Iron Loss on Behaviour of Vector Con-trolled Induction Machines", IEEE Transactions on Indus-try Applications, v. 31, n. 6, pp. 1287-1296, Nov./Dec. 1995.https://doi.org/10.1109/28.475699 DOI: https://doi.org/10.1109/28.475699

E. Levi, M. Sokola, A. Boglietti, M.Pastorelli, "Iron loss in rotor-flux-oriented induction machines: identification, assessment of detuning, and compensation", IEEE Transaction on Power Electronics, v. 11, n. 5, pp. 698-709, Sep. 1996.https://doi.org/10.1109/63.535402 DOI: https://doi.org/10.1109/63.535402

M. Bašic, D. Vukadinovic, G. Petrovic, "Dynamic and pole-zero analysis of self-excited induction generator using a novel model with iron losses", Electrical Power and Energy Systems,v. 42, n. 1, pp. 105-118, Nov. 2012.https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.03.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.03.003

D. S. Brereton, D. G. Lewis, C. C. Young,"Representa-tion of induction-motor loads during power-system stabili-ty studies", Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. Part III: Power Apparatus and Systems, IEEE, v. 76, n. 3, p. 451-460, Apr. 1957.https://doi.org/10.1109/AIEEPAS.1957.4499587 DOI: https://doi.org/10.1109/AIEEPAS.1957.4499587

P. C. Krause, O. Wasynczuk, S. D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, Wiley-IEEE Press, 2. ed., 2002.https://doi.org/10.1109/9780470544167 DOI: https://doi.org/10.1109/9780470544167

I. Barbi,Teoria Fundamental do Motor de Indução, UFSC, Florianópolis, 1985.

A. E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., S. D. Umas,Máquinas Elétricas: com Introdução à Eletrônica de Potência, Bookman - Grupo A, 6. ed., Porto Alegre, 2006.

R. B. Ridley, B. H. Cho, F. C. Y. Lee, "Analysis and Interpretation of Loop Gains of Multiloop-Controlled Switching Regulators", IEEE Transactions on Power Electronics, v. 3, n. 4, pp. 489-498, Oct. 1988.https://doi.org/10.1109/63.17971 DOI: https://doi.org/10.1109/63.17971

Máquinas elétricas girantes - Parte 1: Motores de indução trifásicos - Ensaios, NBR 5383-1, 2002.

H. A. Pereira, A. F. Cupertino, R. Teodorescu, S. R. Silva, "High Performance Reduced Order Models for Wind Tur-bines with Full-Scale Converters Applied on Grid Inter-connection Studies", Energies, v. 7, pp. 7694-7716, Nov. 2014.https://doi.org/10.3390/en7117694 DOI: https://doi.org/10.3390/en7117694