Técnicas de controle aplicadas a um sistema eólico equipado com o PMSG com função de filtragem de corrente harmônica da rede Sob distorções na tensão da rede / Control techniques applied to a wind power system equipped with PMSG with grid harmonic current filtering function under grid voltage distortions

Leonardo Pires de Sousa Silva, Adson Bezerra Moreira, Denisia de Vasconcelos Mota, Lucas Taylan Ponte Medeiros, Vanessa Siqueira de Castro Teixeira

Abstract


Este artigo avalia técnicas de controle aplicadas a um sistema de geração de energia eólica equipado com o gerador síncrono de ímã permanente (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) conectado à rede elétrica sob tensão de rede distorcida. O conversor eletrônico back-to-back é utilizado para conectar a fonte de geração eólica a rede elétrica através de um filtro indutivo. As potências ativa e reativa do gerador são controladas pela orientação do fluxo do rotor pelo conversor do lado do gerador (CLG) utilizando controladores PI para as malhas de correntes e velocidade. O conversor do lado da rede (CLR) regula a tensão do barramento CC e controla as correntes sintetizadas na saída do conversor. A mitigação harmônica é incorporada ao sistema de energia eólica e, juntamente com o algoritmo DSOGI-PLL (do inglês Dual Second Order Generalized Integrator-Phase Locked Loop) garantem a melhoria da qualidade da energia por meio da redução da distorção da corrente da rede. O sistema de energia eólica é analisado em três estudos de casos sob variação da potência gerada e distorções na tensão da rede elétrica com a mesma carga não-linear conectada no ponto de acoplamento comum (PAC). Os resultados obtidos na simulação mostram que as estratégias de controle aplicadas ao sistema em conjunto com a filtragem ativa pelo CLR e DSOGI-PLL garantem o fornecimento de energia à rede elétrica e apresentam as menores distorções harmônicas nas correntes da rede. Para esta condição de carga, foi possível verificar que o DSOGI-PLL funciona melhor para maiores distorções de tensão na alimentação.


Keywords


sistema eólico, fap, tdd, dsogi-pll, qualidade de energia.

References


T.M. Letcher, “Why Wind Energy,” in Wind Energy Engineering, New York, NY, USA: Elsevier, 2017, pp. 3–14.

Z.Q Zhu and 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," COMPEL Int. J. Comput. Math. Elect. Electron. Eng., vol. 32, no. 1, pp. 7-33, 2013, doi: 10.1108/03321641311293731.

S. Tripathi, A. Tiwari and D. Singh, "Grid-integrated permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion systems: A technology review,” Renewable Sustain. Energy Rev., vol. 51, pp. 1288-1305, 2015, doi: 10.1016/j.rser.2015.06.060.

Z. Wang, B. Yuwen, Y. Lang and M. Cheng, "Improvement of Operating Performance for the Wind Farm With a Novel CSC-Type Wind Turbine-SMES Hybrid System," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 28, no. 2, pp. 693-703, April 2013, doi: 10.1109/TPWRD.2012.2231885.

A. B. Moreira, T. A. S. Barros, V. S. C. Teixeira and E. Ruppert, "Power control for wind power generation and current harmonic filtering with doubly fed induction generator," Renewable Energy, vol. 107, pp. 181-193, Jul. 2017, doi: 10.1016/j.renene.2017.01.059.

H. Singh, M. Kour, D. V. Thanki and P. Kumar, "A Review on Shunt Active Power Filter Control Strategies,” International Journal of Engineering & Technology, vol. 7, no. 4.5, pp. 121-125, 2018, doi: 10.14419/ijet.v7i4.5.20026.

A.A. Iman, R.S. Kumar and Y.A. Al-Turki, “Modeling and Simulation of a PI Controlled Shunt Active Power Filter for Power Quality Enhancement Based on P-Q Theory,” Electronics. vol. 9, no. 4: 637, doi: 10.3390/electronics9040637.

R. R. Souza, A. B. Moreira, T. A.S. Barros and E. Ruppert, ”A proposal for a wind system equipped with a doubly fed induction generator using the Conservative Power Theory for active filtering of harmonics currents,” Electric Power Systems Research, vol. 164, pp. 167-177,2018, doi: 10.1016/j.epsr.2018.07.027.

A. B. Moreira, T. A. D. S. Barros, V. S. D. C. Teixeira, R. R. D. Souza, M. V. D. Paula and E. R. Filho, "Control of Powers for Wind Power Generation and Grid Current Harmonics Filtering From Doubly Fed Induction Generator: Comparison of Two Strategies," IEEE Access, vol. 7, pp. 32703-32713, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2899456.

J. Yao, R. Liu, T. Zhou, W. Hu and Z. Chen, "Coordinated control strategy for hybrid wind farms with DFIG-based and PMSG-based wind farms during network unbalance," Renewable Energy, vol. 105, pp. 748-763, May 2017, doi: 10.1016/j.renene.2016.12.097.

D. Thakur and J. Jiang, “Active Power Control of Grid-connected Permanent Magnet Synchronous Generator-based Wind Turbines in the Presence of Voltage Sags,” Electric Power Components and Systems, Vol.45, no.14, pp.1512-1524, December 2017, doi: 10.1080/15325008. 2017.1347214.

M. E. Meral and D. Celik, “DSOGI-PLL Based Power Control Method to Mitigate Control Errors under Disturbances of Grid Connected Hybrid Renewable Power Systems,” Power engineering and electronics engineering, vol. 16, no. 1, March 2018, doi: 10.15598/aeee.v16i1.2485.

C. Xu, K. Dai, X. Chen and Y. Kang, "Unbalanced PCC voltage regulation with positive- and negative-sequence compensation tactics for MMC-DSTATCOM," IET Power Electronics, vol. 9, no. 15, pp. 2846-2858, December 2016, doi: 10.1049/iet-pel.2015.1038.

J. Gupta and A. Kumar, "Fixed Pitch Wind Turbine-Based Permanent Magnet Synchronous Machine Model for Wind Energy Conversion Systems,” Journal of Engineering and Technology, vol. 2, pp. 52-62, March 2012, doi: 10.4103/0976-8580.94226.

A. Yazdani and R. Iravani, Voltage-Sourced Converters in Power Systems: Modeling Control and Applications, Hoboken, NJ, USA:Wiley, 2010.

A. B. Moreira, T. A. D. S. Barros, V. S. D. C. Teixeira, R. R. D. Souza, M. V. D. Paula and E. R. Filho, "Control of Powers for Wind Power Generation and Grid Current Harmonics Filtering From Doubly Fed Induction Generator: Comparison of Two Strategies," IEEE Access, vol. 7, pp. 32703-32713, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2899456.

H. Akagi, Y. Kanazawa and A. Nabae, "Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-20, no. 3, pp. 625-630, May 1984, doi: 10.1109/TIA.1984.4504460.

P. Rodríguez, R. Teodorescu, I. Candela, A. V. Timbus, M. Liserre and F. Blaabjerg, "New positive-sequence voltage detector for grid synchronization of power converters under faulty grid conditions," 2006 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Jeju, 2006, pp. 1-7, doi: 10.1109/pesc.2006.1712059.

J. Arrillaga and N. R. Watson, Power System Harmonics, Alemanha: Wiley, 2004.

J. Tian, D. Zhou, C. Su, F. Blaabjerg and Z. Chen, "Maximum energy yield oriented turbine control in PMSG-based wind farm," The Journal of Engineering, vol. 2017, no. 13, pp. 2455-2460, 2017, doi: 10.1049/joe.2017.0770.

IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems - Redline," in IEEE Std 519-2014 (Revision of IEEE Std 519-1992) - Redline, vol., no., pp.1-213, 11 June 2014.




DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv8n5-054