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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23592| Título: | Controle inercial baseado em gerador síncrono virtual aplicado a unidades eólicas operando no ponto de máxima potência |
| Título(s) alternativo(s): | Virtual synchronous generator based inertial control applied to wind turbine generators operating at maximum power point |
| Autor(es): | Bastiani, Bruno Augusto |
| Orientador(es): | Oliveira, Ricardo Vasques de |
| Palavras-chave: | Energia eólica Sistemas de energia elétrica Conversores de frequência Wind power Electric power systems Frequency changers |
| Data do documento: | 20-Ago-2020 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | BASTIANI, Bruno Augusto. Controle inercial baseado em gerador síncrono virtual aplicado a unidades eólicas operando no ponto de máxima potência. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2020. |
| Resumo: | A elevada penetração de geração eólica nos sistemas elétricos de potência resulta em problemas de controle e estabilidade de frequência, sendo a redução da inércia equivalente dos sistemas elétricos de potência um dos maiores causadores desses problemas. Neste contexto, este trabalho propõe uma abordagem operacional e de controle para fornecer resposta inercial emulada às unidades eólicas baseadas em conversores estáticos plenos operando no ponto de máxima potência. A contribuição inercial da unidade eólica é ampliada por meio de um controle MPPT adaptativo e de uma constante de inércia virtual adaptativa. A estratégia de controle MPPT adaptativo mitiga a interação antagônica entre a malha de controle MPPT tradicional e o gerador síncrono virtual (GSV) durante o período em que a unidade eólica contribui com a resposta inercial de frequência. O controle proposto reduz a amplitude do segundo afundamento de frequência causado pela aceleração da turbina eólica, por meio da escolha do ponto de operação para iniciar a etapa de restabelecimento da velocidade da turbina eólica. A abordagem utilizada reduz também o esforço de controle, o transitório causado pela ação do MPPT e a energia cinética necessária para restaurar a velocidade da turbina. Também é proposta uma metodologia de projeto para a constante de inércia virtual adaptativa, a qual leva em consideração a velocidade do vento, o desvio de velocidade da turbina eólica e as variações típicas de carga do sistema. A constante de inércia virtual é projetada para diferentes cenários operacionais e atribuída ao GSV em função da velocidade de vento e do ROCOF medidos. Os resultados mostram que a estratégia proposta é efetiva em fornecer maior quantidade de energia ativa durante o afundamento de frequência, melhorando o nadir de frequência e o ROCOF. O controle MPPT adaptativo mitigou o efeito antagônico entre o controle MPPT e o GSV, ampliando a contribuição inercial da unidade eólica e mitigando os efeitos adversos deste acoplamento. A inércia virtual adaptativa, possibilitou a utilização de elevados valores de inércia virtual para variações típicas de carga e evitou que a unidade eólica perdesse a estabilidade em casos de variações elevadas de carga. |
| Abstract: | The high penetration of wind generation in the power systems results in control and frequency stability issues, being the decrease of the equivalent inertia of the electric power systems one of the main causes of these problems. In this context, this work proposes an operational and control approach to provide emulated inertial response to wind generation units based on fully rated converter operating at the maximum power point. The inertial contribution of the wind generation unit is increased by means of an adaptive MPPT control and an adaptive virtual inertia constant. The adaptive MPPT control strategy mitigates the coupling between the traditional MPPT control loop and virtual synchronous generator during the period in which the wind generation unit contributes with the inertial response. The proposed control reduces the amplitude of the second frequency dip caused by the acceleration of the wind turbine by choosing the operating point to start the speed recovery stage. The proposed approach also reduces the control effort, the transient caused by the MPPT action, and the energy needed to restore the wind turbine speed. An analytical design method for the adaptive virtual inertia constant is also proposed, considering the wind speed, wind turbine speed deviation, and typical system load variations. The virtual inertia constant is designed for different operational scenarios and assigned to the virtual synchronous generator as a function of the measured wind speed and ROCOF. The results show that the proposed strategy is effective in providing a higheramount of active energy during the frequencydip,improvingthe frequency nadir and the ROCOF. The adaptive MPPT control mitigated the antagonistic effect between the MPPT control and virtual synchronous generator, increasing the inertial contribution of the wind generation unit and mitigating the adverse effects of this coupling. The adaptive virtual inertia enables the use of high values of virtual inertia for typical load variations and prevents the loss of stability of the wind turbine in cases of large load variations. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23592 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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