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Modelagem da Turbina Eólica
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Característica da Potência X Velocidade da Turbina em rpm
2 4 6 8 10 12- 0.
0 0.
1 1.
2 2.
3 x 6
Rotação em RPM no lado de Baixa
Potência em W
8 m/s 10
12 m/s14 m/s
16
18
20
Figura 4.8- Gráfico da freqüência em rpm x potência gerada em Watts para a turbina de 1 MW em um intervalo de
velocidades de vento entre 12 e 20 m/s
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.
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Equações de Controle para Ângulo de Passos
Malhas de Controle do DFIG Modelo de Fonte de Tensão
wref
refargref T
Kω
ωωβ
−=
refwTdt
d βββ+
−=
Figura 4.13- Regulação do Ângulo de Passo
s1
Velocidade do Rotor (p.u)
-
+
Velocidade de Referência (p.u.)
βref (graus) +
-
∆β
β
β(graus)
β max
β min mindtdβ
maxdtdβ
ref
gK
ω
dtdβ
wT1
+ - 1
1
s1kτ+
+ +
+
ref ar,ω
arω
+
- ref ,qari
qari P2k
I2
I2
sτk
D2sk
+ +
qarV
P1k
I1
I1
sτk
D1sk
+
Regulador de Velocidade com Inclusão da Malha Interna de Controle de Corrente ao Longo do Eixo q
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Proteção dos Conversores Estáticos do DFIG
msLω1−
+
- P3k
refa,V
+
- + 3I
3I
skτ ref ,dari -
dari
P4k
I4
I4
skτ
D4sk
+ +
darV+
aV +
Regulador de Tensão com Inclusão da Malha Interna de de Controle de Corrente ao longo do Eixo d
Rede Elétrica
Tm
Curto Circuito
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Implementação no ATP Controladores
Vref
Vqr
idr
PI
iqrWr
VT
PI
Vdr
Kg1/Tw 1/S
BETA
Pref=1.0
Pm
Wm
Gerador de Indução
V
a Vra
b Vrb
c Vrc
I
FT FA
Ira
Irc
Irb
Módulo da máquina de indução
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Transformador
V
TEST
Entrada do torque mecânico
WmI
FAI
FT
TM
Injeção das correntes do rotor
205 kVAr
T
Turbina eólica
Wm
BETA Wr Vw
Tm
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Sistema COSERN-AÇU
BAU PNC
EST ARG PNCA
PNCBPBU
MCA
DJMSU
ACU
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Simulação
(f ile COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-v ar t) t: VT 0 20 40 60 80 100[s]
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0Tensão em pu nos terminais do gerador
No gráfico da Figura 1 observa-se que a tensão, em regime permanente, é fixada em 1.0 pu. Isso mostra que o controle de tensão implementado garante o valor de referência estabelecido para a
variação de vento mostrada na Figura 5.
(f ile COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-v ar t) t: VRA 0 20 40 60 80 100[s]
-1500
-500
500
1500
2500
3500Tensão aplicada ao rotor em volts
Figura 2. Gráfico da tensão da fase a aplicada nos terminais do rotor.
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(f ile COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-v ar t) u1:IPA 0 20 40 60 80 100[s]
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40*103
Corrente do rotor em ( A)
Figura 3. Gráfico da corrente do rotor na fase a .
Nos gráficos das Figuras 2 e 3 temos a tensão e a corrente em componentes de fase, na fase a,
dos enrolamentos do rotor. A tensão é gerada da saída dos controladores, convertida por transformada de Park, e aplicada nos terminais dos enrolamentos do rotor e a corrente é obtida
do próprio módulo UM4 do ATP.
(f ile COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-v ar t) t: WR t: WMR t: PM 0 20 40 60 80 100[s]
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5Velocidade mecânica do rotor WMR, Velocidade de ref erência WR e Potência mecânica da turbina PM em pu
Figura 4. Gráfico da velocidade do eixo do rotor, da velocidade de referência e da potência
mecânica da turbina em pu.
No gráfico da Figura 4 temos a velocidade do eixo do rotor e da velocidade de referência que são as grandezas de entrada do controlador de velocidade. Pode-se observar, que o controle atua no sentido de manter a velocidade do rotor no valor da velocidade de referência, que é obtida da curva de potência máxima de desempenho da turbina. No mesmo gráfico, observa-se a curva da potência mecânica desenvolvida pela turbina, para a velocidade de vento imposta conforme o
gráfico da Figura 7, em que verifica-se o limite estabelecido de potência em 1.0 pu, pelo controle de ângulo de passo, quando este limite é excedido.
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(f ile COSERN_AÇU_CONC_DFIG.pl4; x-v ar t) t: VW t: BETA 0 20 40 60 80 100[s]
0
3
6
9
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15Velocidade do vento VW em m/s e ângulo de passo BETA em graus
Figura 5. Gráfico da velocidade do vento, para uma rajada de vento, e o ângulo de passo da
turbina.
No gráfico da Figura 5 a velocidade do vento oscila de uma forma crescente simulando uma rajada de vento. Durante o período de simulação, o vento produziu potência mecânica na turbina superior ao valor nominal da potência do gerador que foi limitada pela a atuação
do controle de ângulo de passo
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Aerogerador Síncrono
Conversor de freqüência com diodo retificador do lado do gerador e PWM no lado da rede.
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Controlador do conversor do lado da rede
Controlador de tensão do booster
Aqui substitui id por idc e Pmd pelo índice de modulação m
Modelo simplificado
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Implementação no ATP
Gerador
Vt
Ampli Exci Ger
sensor
Vrefg
PID
Retificador e booster
PI
m
Vdc
1.35
Vt
Vref
Idc
Idc
YC(pu)
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Inversor
iq
PImqVref
Vq
P
Pref
id
PI md
Vdc
Vd
Ig Vg
Vgrid
Conexão a rede elétrica
InversorACU
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Simulação na rede COSERN-AÇU
(f ile COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-v ar t) t: VDC t: IDC t: P 0 10 20 30 40 50[s]
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5Potência, Tensão e Corrente no elo CC
(f ile COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-v ar t) t: VGRID t: VT 0 10 20 30 40 50[s]
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0Tensão terminal na rede e tensão terminal no gerador
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(f ile COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-v ar t) t: P t: PM 0 10 20 30 40 50[s]
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2Potência mecânica e potência elétrica do aerogerador
(f ile COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-v ar t) t: BETA t: VW 0 10 20 30 40 50[s]
0
2
4
6
8
10
12 Ângulo de passo e velocidade do vento
(f ile COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4; x-v ar t) c:IGA -VGA 0 10 20 30 40 50[s]
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000[A]
Corrente no fase a do inversor
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Modelo Simplificado
COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4: t: VGRID COSERN_AÇU_CONC_SINCR_SIMPL.pl4: t: VGRID
0 10 20 30 40 50[s]0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0Tensão terminal nos terminais do aerogerador. Modelo completo e modelo simplif icado
COSERN_AÇU_CONC_SINCR.pl4: t: PREF t: P COSERN_AÇU_CONC_SINCR_SIMPL.pl4: t: P
0 10 20 30 40 50[s]-0,1
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1 Potência de referência e potência ativa do aerogerador. Modelo completo e modelo simplif icado
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