Modelagem da Turbina Eólica - portal-energia.com de... · Modelagem da Turbina Eólica . 2 Característica da Potência X Velocidade da Turbina em rpm 2 4 6 8 10 12-0. 0 0. 1 1

1

Modelagem da Turbina Eólica

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OM

2

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


OM

3

.


OM

4


OM

5

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


OM

6

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


OM

7

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


OM

8

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


OM

9


OM

10

Sistema COSERN-AÇU

BAU PNC

EST ARG PNCA

PNCBPBU

MCA

DJMSU

ACU


OM

11

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.


OM

12

(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.


OM

13

(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

12

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


OM

14

Aerogerador Síncrono

Conversor de freqüência com diodo retificador do lado do gerador e PWM no lado da rede.


OM

15

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


OM

16

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)


OM

17

Inversor

iq

PImqVref

Vq

P

Pref

id

PI md

Vdc

Vd

Ig Vg

Vgrid

Conexão a rede elétrica

InversorACU


OM

18

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


OM

19

(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


OM

20

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


OM

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