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Eletrônica de Potência e Controle para Energia Eólica - Coggle Diagram
Eletrônica de Potência e Controle
para Energia Eólica
DFIG
Dois conversores AC com link CC entre eles
Grid-side Converter (GSC)
Controle do fator de potência
Rotor-side Converter (RSC)
Garantir MPPT e controlar
potência reativa
Imagem1
Vector Control
(VC)
GSC
virtual-flux-oriented (VFO)
grid-voltage-oriented (GVO)
RSC
stator-flux-oriented (SFO)
stator-voltage-oriented (SVO)
Controle Direto de
Potência/Torque (DPT)
GSC
look-up-table (LUT)
RSC
Space-vector-modulation (SVM)
PMSG
Imagem2
a
Parallel-connected LV BTB VSC
Vantagens:
• Design modular e baixo dv/dt;
• Alta confiabilidade;
• Baixa frequência de comutação com baixas perdas;
• baixo custo de fabricação devido a dispositivos LV.
Desvantagens:
• Correntes circulantes são produzidas com técnicas de modulação intercaladas;
• Necessita de transformadores elevadores.
Tensão de linha < 1kV
(usualmente 690V)
Multi-level MV BTB VSC
Five-level Cascaded H-Bridge
(CHB)
Características:
• Estrutura modular;
• Distorção THD e dv/dt baixos;
• Operação de alta tensão sem dispositivos de comutação em série;
• Design de conversor redundante flexível;
• Grande número de fontes DC isoladas;
• Vários módulos IGBT.
3/4-level BTB Flying Capacitor (FC) VSC
Vantagens:
• Estrutura modular para os dispositivos de comutação;
• Conversor multi-level que reduz harmônicos LV e dv/dt.
Limitações:
• Grande número de capacitores CC com circuitos de pré-carga separados;
• Controle de balanceamento de tensão de capacitor complexo;
• Aplicações de alta frequência de comutação (>1200Hz).
Three-level BTB NPC-VSC
Vantagens:
• Sem problemas na comutação de tensão;
• Equalização de tensão estática sem componente adicional;
• Distorção THD e dv/dt baixos;
• Design modular;
• Comportamento dinâmico pode ser bem controlado via VC ou DTC/DPC.
Desvantagens:
• Possível desvio da tensão;
• Distribuição desigual de perdas.
two-level
MV BTB VSC
Desafios:
• Divisão igualitária de tensão para cada dispositivo em série;
• dv/dt e reflexão de onda consideravelmente altos;
• Necessidade de indutância de filtro do lado do gerador alta para reduzir harmônicos;
• Filtros LCL podem ser usados, mas introduzem possíveis ressonâncias.
BTB-connected PWM MV Current-Source Converters (MV BTB CSCs)
Vantagens:
• Estrutura de conversor simples com poucas chaves;
• Comutação baixa de dv/dt;
• É possível uma implementação sem transformadores, diminuindo o custo.
Desvantagem:
Performance dinâmica limitada.
Conversores Matriciais
Vantagens:
• Confiável e robusto;
• Ocupa muito menos espaço.
Limitações e Desafios:
• São Necessários elementos passivos na forma de filtros na entrada;
• O principal desafio do conversor matricial é ser aceito no mercado, visto que quase não foi implementado até o momento.
full-power converters
Grid Side Converter
(GSC)
Imagem3
Controle através de transformada dq
Controle de eixo direto (potência ativa)
Controle de eixo em quadratura (potência reativa) com dois modos
Controle de potência reativa instantânea
Controle de tensão da rede
(quando ocorrem períodos de falta)
Machine Side Converter
(MSC)
Garantir MPPT
Quatro modos
Controle de corrente mínima do estator
Corrente do estator do eixo d é
controlada para ser nula
Controle de fator de potência unitário
Compensa a potência reativa
absorvida pelo PMSG
Controle de tensão do estator constante
Evitar o risco de sobretensão
em altas velocidades
Controle de eficiência máxima
Minimizar perdas de potência
em todo o sistema
Imagem4
Controle de amortecimento ativo
Suprime oscilações
e evita instabilidade
Utilizado além do GSC e MSC
• Garante uma operação estável da turbina eólica
sistema;
• O controlador MSC mantém a tensão do barramento CC constante e controla a tensão do estator do gerador para seu valor nominal na referência SVO ao longo de todas as operações;
• O controlador GSC controla a potência ativa instantânea e a saída de potência reativa para a rede na referência GVO.
Imagem5
Controle Sensorless
Duas técnicas principais
A partir do
Phase-locked loop (PLL)
PLL é usado para sincronizar o sinal
gerado com o sinal da rede
Implementado via estimação da força
eletromotriz estendida (EMF)
Imagem6
Sliding mode observer (SMO)
Transformadas Alpha-Beta e dq
Estima o fluxo no estator (Alpha-Beta)
e corrente no estator (dq)
Calcula-se a posição do rotor
Não estima a velocidade do rotor
Necessidade de utilizar duas referências distintas
Imagem7
Estima a velocidade do
rotor e sua posição