Implementação de máquina síncrona virtual do tipo Synchronverter para o gerador de indução duplamente alimentado conectado a uma microrrede
The high integration of distributed generation based on renewable energy sources (DG-RE) into the conventional electric system brings many challenges to the operational sector, this is a consequence of the fact that renewable resources are intermittent, and consequently DG-FREs are non-dispatchable...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Outros Autores: | |
| Formato: | doctoralThesis |
| Idioma: | pt_BR |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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| Assuntos: | |
| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45435 |
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Repositório Institucional |
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Microrrede DFIG Máquina Síncrona Virtual Synchronverter Inércia sintética Serviço ancilar |
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Microrrede DFIG Máquina Síncrona Virtual Synchronverter Inércia sintética Serviço ancilar Silva Júnior, Guilherme Penha da Implementação de máquina síncrona virtual do tipo Synchronverter para o gerador de indução duplamente alimentado conectado a uma microrrede |
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The high integration of distributed generation based on renewable energy sources
(DG-RE) into the conventional electric system brings many challenges to the operational sector, this is a consequence of the fact that renewable resources are intermittent, and
consequently DG-FREs are non-dispatchable generation units. This makes it difficult to
balance instantaneous demand and generation in the system. In addition, GD-FRE uses
a VSC (voltage source converter) at the interface with the grid. The VSCs are fast responding power electronic devices with little or no inertia, thus changing the dynamic
behavior of the power system; are controlled by the grid-following control technique,
requiring the grid voltage reference, whose ability to support the grid is reduced. This
thesis proposes frequency and voltage support of doubly fed induction generators (DFIG)
using the virtual synchronous machine technique Synchronverter. In the proposed configuration, the rotor-side converter (RSC) is conventionally controlled and is responsible
for maintaining the operation of the wind turbine at the maximum power point tracking
(MPPT) and for controlling the stator reactive power, while the grid-side converter (GSC)
is controlled by the Synchronverter. In order to achieve self-sufficiency, the Synchronverter has been enhanced to realize: normal operation, where the active power is set by
controlling the DC bus voltage, similar to conventional GSC control; synthetic inertia and
frequency support/active power and voltage/reactive power. The additional active power
required for frequency support comes from a battery energy storage system (BESS) attached to the DC bus. The Synchronverter has also been enhanced to be able to control
the charge-discharge of the BESS without using the DC-DC converter, achieving economy and simplicity. In addition, there is the natural advantage of the Synchronverter that it does not need a PLL (Phase-Locked Loop). Simulation tests are performed and the
results suggest that the DFIG equipped with the proposed control strategy demonstrates
superiority over conventional and previous techniques, being able to satisfactorily control
the DC bus voltage, provide the ancillary services mentioned above, and control the loaddischarge of the BESS. In the tests, the DFIG is connected to a microgrid composed of 8
load bars and a hydroelectric power plant, then the following disturbances were triggered:
sudden wind variations, symmetrical outage, and abrupt load variations. |
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Barros, Luciano Sales |
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ri-123456789-454352022-05-02T15:31:12Z Implementação de máquina síncrona virtual do tipo Synchronverter para o gerador de indução duplamente alimentado conectado a uma microrrede Silva Júnior, Guilherme Penha da Barros, Luciano Sales http://lattes.cnpq.br/0439625337029616 http://lattes.cnpq.br/5175817442792763 Barbosa, Daniel http://lattes.cnpq.br/7843695359589199 Costa, Flavio Bezerra http://lattes.cnpq.br/7510091283933216 Lima, Francisco Kleber de Araújo http://lattes.cnpq.br/6063062703504217 Ramos, Rodrigo Andrade http://lattes.cnpq.br/2081545253471652 Microrrede DFIG Máquina Síncrona Virtual Synchronverter Inércia sintética Serviço ancilar The high integration of distributed generation based on renewable energy sources (DG-RE) into the conventional electric system brings many challenges to the operational sector, this is a consequence of the fact that renewable resources are intermittent, and consequently DG-FREs are non-dispatchable generation units. This makes it difficult to balance instantaneous demand and generation in the system. In addition, GD-FRE uses a VSC (voltage source converter) at the interface with the grid. The VSCs are fast responding power electronic devices with little or no inertia, thus changing the dynamic behavior of the power system; are controlled by the grid-following control technique, requiring the grid voltage reference, whose ability to support the grid is reduced. This thesis proposes frequency and voltage support of doubly fed induction generators (DFIG) using the virtual synchronous machine technique Synchronverter. In the proposed configuration, the rotor-side converter (RSC) is conventionally controlled and is responsible for maintaining the operation of the wind turbine at the maximum power point tracking (MPPT) and for controlling the stator reactive power, while the grid-side converter (GSC) is controlled by the Synchronverter. In order to achieve self-sufficiency, the Synchronverter has been enhanced to realize: normal operation, where the active power is set by controlling the DC bus voltage, similar to conventional GSC control; synthetic inertia and frequency support/active power and voltage/reactive power. The additional active power required for frequency support comes from a battery energy storage system (BESS) attached to the DC bus. The Synchronverter has also been enhanced to be able to control the charge-discharge of the BESS without using the DC-DC converter, achieving economy and simplicity. In addition, there is the natural advantage of the Synchronverter that it does not need a PLL (Phase-Locked Loop). Simulation tests are performed and the results suggest that the DFIG equipped with the proposed control strategy demonstrates superiority over conventional and previous techniques, being able to satisfactorily control the DC bus voltage, provide the ancillary services mentioned above, and control the loaddischarge of the BESS. In the tests, the DFIG is connected to a microgrid composed of 8 load bars and a hydroelectric power plant, then the following disturbances were triggered: sudden wind variations, symmetrical outage, and abrupt load variations. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A alta integração da geração distribuída baseada em fontes renováveis de energia (GDFRE) ao sistema elétrico convencional traz muitos desafios ao setor operacional, haja vista o fato de que aumentam as preocupações com a confiabilidade do sistema e com a qualidade da energia gerada; trata-se de uma decorrência do fato de os recursos renováveis serem intermitentes, consequentemente, as GD-FREs serem unidades de geração não despacháveis. Isto dificulta o equilíbrio instantâneo entre a demanda e a geração do sistema. Além disto, a GD-FRE utiliza um conversor do tipo VSC (do inglês Voltage Source Converter) na interface com a rede. Os VSCs são dispositivos eletrônicos de potência de resposta rápida, com nenhuma inércia, alterando assim o comportamento dinâmico do sistema de potência; são controlados pela técnica de controle seguidora de rede (do inglês grid-following) necessitando da referência de tensão da rede, cuja a capacidade de realizar suporte à rede é reduzida. Desta forma, esta tese propõe suporte de frequência e tensão por gerador de indução duplamente alimentado (do inglês Doubly Fed Induction Generator - DFIG) através da técnica de máquina síncrona virtual (do inglês Virtual Synchronous Machine - VSM) Synchronverter. Na configuração proposta, o conversor do lado do rotor (do inglês Rotor-Side Converter - RSC) é controlado de maneira convencional sendo responsável por manter a operação do aerogerador no rastreamento do ponto de potência máxima (do inglês Maximum Power Point Tracking - MPPT) e por controlar a potência reativa do estator, enquanto o conversor do lado da rede (do inglês Grid-Side converter - GSC) é controlado pelo Synchronverter. A fim de obter autossuficiência, o Synchronverter foi aprimorado para realizar: operação normal, em que a potência ativa é definida por meio do controle da tensão do barramento CC, de forma semelhante ao controle convencional do GSC; inércia sintética e suporte de frequência/potência ativa e tensão/potência reativa. A potência ativa adicional necessária para suporte de frequência vem de um sistema de armazenamento de energia por bateria (do inglês Battery Energy Storage System - BESS) acoplado ao barramento CC. O Synchronverter também foi aprimorado para ser capaz de controlar a carga-descarga do BESS sem usar o conversor CC-CC, obtendo economia e simplicidade. Além disso, existe a vantagem natural do Synchronverter de não precisar de um PLL (do inglês Phase-Locked Loop). Testes de simulação são realizados e os resultados sugerem que o DFIG equipado com a estratégia de controle proposta demonstra superioridade relação a técnicas convencionais e anteriores, sendo capaz de controlar satisfatoriamente a tensão do barramento CC, fornecer os serviços ancilares mencionados acima e controlar a carga-descarga do BESS. Nos testes, o DFIG é conectado a uma microrrede composta por 8 barras de carga e uma central hidrelétrica, em seguida, foram provocados os seguintes distúrbios: variações bruscas de vento, falta simétrica e variações abruptas de carga. 2021-12-16T23:12:44Z 2021-12-16T23:12:44Z 2021-10-08 doctoralThesis SILVA JÚNIOR, Guilherme Penha da. Implementação de máquina síncrona virtual do tipo Synchronverter para o gerador de indução duplamente alimentado conectado a uma microrrede. 2021. 169f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45435 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO |