Modelo em malha fechada para o gerador de indução duplamente alimentado baseado em controladores proporcional e integral

Authors

  • Francisco Kleber de A. Lima Universidade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Elétrica, Fortaleza-CE, Brasil
  • Carlos Gustavo C. Branco Universidade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Elétrica, Fortaleza-CE, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2016.2.2559

Keywords:

Geração Eólica, Gerador de Indução Duplamente Alimentado, Modelagem Matemática

Abstract

Este trabalho tem por objetivo analisar o modelo do gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) no referencial dq síncrono através de estudo teórico. Através da análise dos circuitos que relacionam o rotor e o estator desta máquina nos eixos direto e em quadratura, um modelo matemático será deduzido e analisado em detalhes. Um desenvolvimento matemático baseado em controladores clássicos será proposto. Por fim, resultados experimentais a partir de um protótipo montado em laboratório serão apresentados e discutidos, a fim de validar a teoria proposta.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Francisco Kleber de A. Lima, Universidade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Elétrica, Fortaleza-CE, Brasil

, nascido em 03 de novembro de 1968 em Fortaleza é Engenheiro Eletricista (1998) e Mestre em Engenharia Elétrica (2003), pela Universidade Federal do Ceará. Recebeu o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela COPPE/Universidade Federal do Rio de Janeiro em 2009. Dr. Lima é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará. 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.

Carlos Gustavo C. Branco, Universidade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Elétrica, Fortaleza-CE, Brasil

possui Graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (2002) e mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (2005). 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 Pesquisa e Desenvolvimento de sistemas UPS Isolados em Alta Frequência, Sistemas de Energia Fotovoltaica e Acionamentos de Máquinas. Carlos Gustavo C. Branco atualmente é professor assistente do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará. Ele é membro do IEEE e da SOBRAEP.

References

ONS, "Banco de Informações de Geração",[Online],2015, URL:http://www.aneel.gov.br. 2]J. B. Ekanayake, L. Holdsworth, N. Jenkins," Comparison of 5th Order and 3rd Order Machine Models for Doubly Fed Induction Generator (DFIG)Wind Turbines", Electric Power Systems Research, vol. 67, no. 3, pp. 207-215, Dez. 2003. https://doi.org/10.1016/S0378-7796(03)00109-3 DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-7796(03)00109-3

M. Molinas, J. A. Suul, T. Undeland, "Low Voltage Ride Through of Wind Farms With Cage Generators: STATCOM Versus SVC",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 3, pp. 1104-1117, Mai.2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921169 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921169

S. Müller, M. Deicke, R. W. D. Doncker, "DoublyFed Induction Generator Systems for Wind Turbines", IEEE Industry Applications Magazine, vol. 8, no. 3,pp. 26-33, Mai/Jun. 2002. https://doi.org/10.1109/2943.999610 DOI: https://doi.org/10.1109/2943.999610

M. V. A. Nunes, J. A. P. L. Lopes, H. H. Zürn, U. H.Bezerra, R. G. Almeida, "Influence of the Variable-Speed Wind Generators in Transient Stability Margin of the Conventional Generators Integrated in Electrical Grids", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 19, no. 4, pp. 692-701, Dez. 2004. https://doi.org/10.1109/TEC.2004.832078 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2004.832078

J. P. Costa, J. Marques, H. A. Gründling, H. Pinheiro,"Comportamento Dinâmico Do Gerador De Indução Com Dupla Alimentação Orientado No Fluxo Estatórico", Eletrônica de Potência, vol. 11, no. 1, pp.33-42, Mar. 2006. https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.033042 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.033042

V. F. Mendes, Ride-Through Fault Capability Improvement Through Novel Control Strategies Applied for Doubly-Fed Induction Wind Generators, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Minas Gerais, 2013.

V. F. Mendes, C. V. Sousa, S. R. Silva, B. C.Rabelo, W. Hofmann, "Modeling and Ride-ThroughControl of Doubly Fed Induction Generators During Symmetrical Voltage Sags", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 26, no. 1, pp. 1161-1171, Set.2011. https://doi.org/10.1109/TEC.2011.2163718 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2011.2163718

F. Poitiers, T. Bouaouiche, M. Machmoum, "Advanced Control of a Doubly-Fed Induction Generator for Wind Energy Conversion", Electric Power Systems Research, vol. 79, no. 7, pp. 1085-1096, Jul. 2009. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2009.01.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2009.01.007

M. K. Bourdoulis, A. T. Alexandridis, "Direct Power Control of DFIG Wind Systems Based on Nonlinear Modeling and Analysis", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 4,pp. 764-775, Dez. 2014.https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2345092 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2345092

S. Yang, Y. Wu, H. Lin, W. Lee, "Integrated Mechanical and Electrical DFIG Wind Turbine Model Development", Industry Applications, IEEE Transactions on, vol. 50, no. 3, pp. 2090-2102, Mai.2014. https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2287308 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2287308

Y. Tang, L. Xu, "A Flexible Active and Reactive Power Control Strategy for a Variable Speed Constant Frequency Generating System", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 10, no. 4, pp. 472-478, Jul.1995. https://doi.org/10.1109/63.391945 DOI: https://doi.org/10.1109/63.391945

J. P. Costa, H. Pinheiro, "Nova Estratégia de Controle de Alto Desempenho para Operação do GIDA Durante Distúrbios Assimétricos na Rede Elétrica”, Eletrônica de Potência, vol. 14, no. 4, pp. 305-315, Dez. 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.305315 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.305315

A. S. Filho, M. E. O. Filho, E. Ruppert, "A Power Control Scheme for Doubly-Fed Induction Generator",Eletrônica de Potência, vol. 14, no. 4, pp. 287-295,Dez. 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.287295 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.287295

F. K. A. Lima, E. H. Watanabe, P. Rodriguez, A. Luna, "Controle de Gerador de Indução Duplamente Alimentado Diante de Afundamentos de Tensão",Eletrônica de Potência, vol. 14, no. 3, pp. 189-199,Ago. 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.3.189199 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.3.189199

P. C. Krause, O. Wasynczuk, S. D. Sudhoff, S. Pekarek, Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, 3rded., John Wiley & Sons, 2013. https://doi.org/10.1002/9781118524336 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118524336

F. Blaabjerg, Z. Chen, "Power Electronics for Modern Wind Turbines",Synthesis Lectures on Power Electronics, vol. 1, no. 1, pp. 1-68, 2005. https://doi.org/10.2200/S00014ED1V01Y200602PEL001 DOI: https://doi.org/10.2200/S00014ED1V01Y200602PEL001

F. K. A. Lima, A. Luna, P. Rodriguez, E. H. Watanabe,F. Blaabjerg, "Rotor Voltage Dynamics in the Doubly Fed Induction Generator During Grid Faults", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 25, no. 1, pp.118-130, Jan. 2010. https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2025651 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2009.2025651

A. Luna, F. K. A. Lima, D. Santos, P. Rodríguez,E. H. Watanabe, S. Arnaltes, "Simplified Modeling of a DFIG for Transient Studies in Wind Power Applications",IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 1, pp. 9-20, Jan. 2011. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2044131 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2044131

F. K. A. Lima, E. H. Watanabe, P. Rodríguez, A. Luna,"Modelo Simplificado para Aerogeradores Equipados com Gerador de Indução Duplamente Alimentado", Eletrônica de Potência, vol. 16, no. 1, pp. 47-55, Fev.2011. https://doi.org/10.18618/REP.2011.1.047055 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2011.1.047055

L. Xu, Y. Wang, "Dynamic modeling and control of DFIG-based wind turbines under unbalanced network conditions", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, no. 1, pp. 314-323, Fev. 2007. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.889113 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.889113

I. Erlich, J. Kretschmann, J. Fortmann, S. Mueller-Engelhardt, H. Wrede, "Modeling of Wind Turbines Based on Doubly-Fed Induction Generators for Power System Stability Studies",IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, no. 3, pp. 909-919, Ago. 2007.https://doi.org/10.1109/TPWRS.2007.901607 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2007.901607

G. H. Li, B. H. Zhang, Z. G. Hao, J. Wang,Z. Q. Bo, T. Yip, "Modeling of DFIG Based Wind Generator and Transient Characteristics Analysis",in10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), pp. 1-4, 2011.

J. Hu, H. Nian, H. Xu, Y. He, "Dynamic Modeling and Improved Control of DFIG Under Distorted Grid Voltage Conditions", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 26, no. 1, pp. 163-175, Mar. 2011. https://doi.org/10.1109/TEC.2010.2071875 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2010.2071875

A. Ostadi, A. Yazdani, R. K. Varma, "Modeling and Stability Analysis of a DFIG-Based Wind-Power Generator Interfaced With a Series-Compensated Line",IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 24,no. 3, pp. 1504-1514, Jul. 2009.https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2013667 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2013667

L. Fan, R. Kavasseri, Z. L. Miao, C. Zhu, "Modeling of DFIG-Based Wind Farms for SSR Analysis", IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, no. 4, pp.2073-2082, Out. 2010. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2050912 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2050912

Y.-K. Wu, W.-H. Shu, H.-Y. Cheng, G.-T. Ye, D.-C. Jiang, "Mathematical Modelling and Simulation Eletrôn. Potên., Campo Grande, v. 21, n.2, p. 081-090, mar./jun. 2016. 90of the DFIG-Based Wind Turbine",in International Automatic Control Conference (CACS), pp. 57-62,2014.

L. Xu, "Coordinated Control of DFIG's Rotor and Grid Side Converters During Network Unbalance",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 3, pp.1041-1049, Mai. 2008.https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921157 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.921157

D. Xiang, L. Ran, P. J. Tavner, S. Yang, "Control ofa Doubly Fed Induction Generator in a Wind Turbine During Grid Fault Ride-Through",IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 21, no. 3, pp. 652-662, Set.2006.https://doi.org/10.1109/TEC.2006.875783 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2006.875783

D. Santos-Martin, J. L. Rodriguez-Amenedo,S. Arnalte, "Direct Power Control Applied toDoubly fed Induction Generator Under Unbalanced Grid Voltage Conditions", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 5, pp. 2328-2336, Set.2008.

https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2001907 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2001907

A. Petersson, T. Thiringer, L. Harnefors, T. Petru,"Modeling and experimental verification of gridinteraction of a DFIG wind turbine",IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 20, no. 4, pp.878-886, Dez. 2005. https://doi.org/10.1109/TEC.2005.853750 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2005.853750

W. Leonhard, Control of Electrical Drives, 3rd ed.,Dpringer-Verlag, 2001. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56649-3 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-56649-3

P. Rodriguez, A. Luna, M. Ciobotaru, R. Teodorescu,F. Blaabjerg, "Advanced Grid Synchronization System for Power Converters under Unbalanced and Distorted Operating Conditions",in32ndAnnual Conference on IEEE Industrial Electronics (IECON), pp. 5173-5178,2006 https://doi.org/10.1109/IECON.2006.347807 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2006.347807

Published

2016-06-30

How to Cite

[1]
F. K. de A. Lima and C. G. C. Branco, “Modelo em malha fechada para o gerador de indução duplamente alimentado baseado em controladores proporcional e integral”, Eletrônica de Potência, vol. 21, no. 2, pp. 81–90, Jun. 2016.

Issue

Section

Original Papers