Focando-se nas potências reativas nos terminais dos DFIG’s, apresentadas na Figura 74, nota-se a complementaridade entre os valores contínuos apresentados por ambas as turbinas. O que permite seu cancelamento quando somadas junto ao PCC.
0 1 2 3 4 5 6 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Tempo (s) Potência do DFIG (p.u.) P DFIG P DFIGDC Q DFIG Q DFIGDC
(a)Turbina 1 - Potência do DFIG
0 1 2 3 4 5 6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Tempo (s) Potência do DFIG (p.u.) P DFIG P DFIGDC Q DFIG Q DFIGDC
(b)Turbina 2 - Potência do DFIG
Figura 74 -DFIG série - Controles propostos ativos - Potência nos terminais do DFIG.
As potências ativa e reativa no PCC são apresentadas na Figura 75. Nela, observa-se a ausência de potência reativa e o valor das potências ativa de ambas as turbinas somadas.
0 1 2 3 4 5 6 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 Tempo (s) Potência no PCC (p.u.) P PCC P PCCDC Q PCCDC Q PCCDC
Figura 75 -DFIG série - Controles propostos ativos - Potências ativa e reativa no PCC.
As potências ativa e reativa dos SGSC’s das turbinas 1 e 2 são apresentadas na Figura 76.
0 1 2 3 4 5 6 −0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 Tempo (s) Potência ativa do SGSC (p.u.) P SGSC P SGSCDC
(a)Turbina 1 - Potência ativa do SGSC
0 1 2 3 4 5 6 −0.35 −0.3 −0.25 −0.2 −0.15 −0.1 −0.05 0 Tempo (s) Potência reativa do SGSC (p.u.) Q SGSC Q SGSCDC
(b)Turbina 1 - Potência reativa do SGSC
0 1 2 3 4 5 6 −0.25 −0.2 −0.15 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1 Tempo (s) Potência ativa do SGSC (p.u.) P SGSC P SGSCDC
(c)Turbina 2 - Potência ativa do SGSC
0 1 2 3 4 5 6 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Tempo (s) Potência reativa do SGSC (p.u.) Q SGSC Q SGSCDC
(d)Turbina 2 - Potência reativa do SGSC
Na Figura 76 nota-se no segundo período de todas as Subfiguras um aumento de valores, devido aos controles de sequência negativa demandarem potência adicional. Além disso, es-tes controles impõem oscilações tanto na potência ativa como reativa dos conversores série de ambas as turbinas.
A potência aparente dos RSC’s de ambas as turbinas são apresentadas na Figura 77. Nela, nota-se o aumento da componente contínua de potência, e também, o surgimento das compo-nentes oscilantes, devido aos controles de sequência negativa.
0 1 2 3 4 5 6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Tempo (s) Potência aparente do RSC (p.u.) S RSC S RSCDC
(a)Turbina 1 - Potência aparente do RSC
0 1 2 3 4 5 6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Tempo (s) Potência aparente do RSC (p.u.) S RSC S RSCDC
(b)Turbina 2 - Potência aparente do RSC
Figura 77 -DFIG série - Controles propostos ativos - Potência aparente dos RSC’s.
Finalmente, na Figura 78, as tensões nos links DC são apresentadas. Nela, nota-se para am-bas as turbinas um breve afundamento devido a entrada de operação dos controles de sequência negativa. 1 2 3 4 5 6 0.999 0.9995 1 1.0005 Tempo (s) Tensão no Link DC (p.u.)
(a)Turbina 1 - Tensão do link DC
1 2 3 4 5 6 7 8 0.9985 0.999 0.9995 1 1.0005 Tempo (s) Tensão no Link DC (p.u.)
(b)Turbina 2 - Tensão do link DC
Figura 78 -DFIG série - Controles propostos ativos - Tensões dos links DC.
6.4 CONSIDERAÇÕES
Neste capítulo, na primeira seção, foram apresentados os controles propostos para o RSC e SGSC, de forma a permitir a compensação do desequilíbrio de tensão no PCC utilizando-se a configuração série do DFIG. Na segunda seção, apresentou-se a solução proposta para esta configuração do DFIG operando no modo subsíncrono, almejando evitar a saturação do fluxo concatenado, que é o fator limitante do método tradicional, devido à elevação da tensão do estator. Na terceira seção, apresentou-se o controle completo, com o DFIG série operando com todos os controles propostos associados.
6.4 CONSIDERAÇÕES 95
Na primeira seção, mostrou-se que o método para injeção de corrente de sequência negativa pelo estator da máquina foi eficaz, compensado o desequilíbrio de tensão no PCC e mantendo as oscilações do torque eletromagnético sob controle, mesmo que com menor capacidade de com-pensação se comparado a estratégia coordenada para a configuração do DFIG com conversor série associado apresentada no capítulo anterior.
Na segunda seção, a estratégia de absorção de potência através do SGSC pelo método de defasagem de tensão e corrente foi apresentado. O método inicialmente consistia apenas na defasagem de tensão. Porém, foi reformulado, pois para ângulo elevados de defasagem, necessários para a máquina operando sob valores elevados de escorregamento, o SGSC impunha deformações na tensão do estator da máquina. Utilizando-se a defasagem de tensão e corrente foi possível utilizar menores ângulos de defasagem de tensão e o problema foi contornado.
Utilizar o método já citado na literatura para absorção de potência pelo SGSC apenas para equilibrar as potências de ambas as turbinas que necessitam de absorção pelo método de defasa-gem de tensão e corrente, de forma que as potências reativas residuais tenham módulos iguais e sejam canceladas quando somadas no PCC, foi eficaz e permite que se obtenha valores unitários de fator de potência quando utilizados pares ou grupos de turbinas.
Na terceira seção, a operação com ambos os controles propostos foi simulada, demons-trando que o objetivo desta tese foi alcançado. Neste caso, foi possível a operação do DFIG série no modo subsíncrono sem sobretensão no estator da máquina, e também a injeção de corrente de sequência negativa compensando o desequilíbrio de tensão no PCC. Os controles operaram de forma adequada sem violar os limites de potência dos conversores e também com as oscilações de tensão do barramento DC sob controle.
97
7 CONCLUSÕES
Dado o crescimento do uso da energia eólica em todo o mundo e o crescente aumento dos requisitos dos geradores eólicos por parte dos operadores do sistema, nesta tese de doutorado foi desenvolvida uma metodologia de controle aplicada a geradores de indução duplamente alimentados (DFIG) empregados em geração eólica para a compensação de desequilíbrios de tensão. São considerados o DFIG em sua configuração tradicional, o DFIG com o conversor série associado em uma configuração de três conversores, e o DFIG série, onde o conversor série substitui o conversor do lado da rede em uma configuração de dois conversores.
Nos controles implementados junto ao DFIG em sua configuração padrão, replicados dos métodos propostos na literatura, observou-se os efeitos do desequilíbrio de tensão sobre os pa-râmetros de operação da máquina, podendo-se apenas controlar através do RSC um parâmetro operacional por vez, o que em algumas situações mostrou impactar negativamente nos parâme-tros não controlados. Já em uma estratégia combinada entre o RSC e GSC, é possível utilizar o conversor do lado da rede para injetar corrente de sequência negativa na rede e compensar o desequilíbrio de tensão, enquanto o RSC compensa eventuais oscilações de torque na máquina oriundas de resíduos de desequilíbrio. Esta estratégia se mostra capaz de compensar todos os parâmetros da máquina simultaneamente, pelo reequilíbrio da tensão do estator e ainda evitar os efeitos do desequilíbrio sobre eventuais cargas conectadas ao PCC.
A metodologia de compensação de desequilíbrios de tensão para o DFIG com conversor série associado, em uma configuração de 3 conversores, foi proposta de forma a aproveitar não só a maior capacidade de lidar com distúrbios de tensão, mas também utilizar da presença do terceiro conversor para estender a capacidade do DFIG em compensar o desequilíbrio de tensão no ponto de conexão com a concessionária (PCC). Esta extensão da capacidade de injeção de corrente de sequência negativa se deve a uma estratégia de controle coordenada que utiliza os 3 conversores simultaneamente.
Verificou-se, através dos resultados, que esta configuração do DFIG apresentou o maior po-tencial de compensação de desequilíbrios de tensão. Além disso, pela possibilidade de absorção de potência através do SGSC, outros controles podem ser implementados sem o limite imposto pela potência residual do GSC. O grau de isolamento da tensão do estator em relação à tensão da rede possibilita a operação balanceada da máquina de indução sem qualquer compensação do lado da rede, quando não há essa necessidade. Como desvantagem, tem-se o custo de se implementar o conversor extra e o aumento de complexidade de se operar com um conversor adicional.
A utilização da configuração série do DFIG para compensar desequilíbrios de tensão no PCC visa unir a capacidade de isolar a tensão do estator em relação à tensão da rede, vista na configuração com conversor série associado, beneficiando-se de todas as vantagens desse isolamento, ao menor custo e menor complexidade de uma configuração com dois conversores e ainda possibilitar ao DFIG série compensar desequilíbrios de tensão junto à rede elétrica.
Para isto, primeiramente era necessário o desenvolvimento de um método de absorção de potência através do SGSC que permitisse ao DFIG série operar em toda a faixa de operação subsíncrona do DFIG tradicional. Inicialmente, a proposta de utilizar a defasagem de tensão do estator, implementada através de tensões induzidas no SGSC, se mostrou limitada quando os resultados mostraram que para ângulos elevados de defasagem de tensão o SGSC promovia deformações na forma de onda do estator. A solução encontrada foi não defasar apenas tensão do estator mas também sua corrente, possibilitando assim a absorção de potência necessária sem qualquer efeito colateral à máquina de indução.
Porém, o método apresentado para absorção de potência pelo SGSC implica obrigatoria-mente em troca de potência reativa com a rede. Para contornar esse efeito, trabalhou-se com pares de turbinas que poderiam ter seu controle de defasagem feitos em sentido inverso ob-tendo o cancelamento da potência reativa. Ainda assim, dificilmente as potências de ambos os conversores, e consequentemente a potência reativa trocada por ambas as turbinas, teriam módulos iguais. Desta forma, utilizou-se o controle padrão de troca de potência do SGSC, onde o módulo da tensão é alterado, apenas para equilibrar as potências que deveriam ser trocadas pelo novo método em ambos os conversores, possibilitando assim o cancelamento da compo-nente de potência reativa sem implicar em grandes alterações da tensão do estator da máquina. Os resultados validaram a metodologia proposta, possibilitando a operação do DFIG no modo subsíncrono mesmo sob a presença de elevados valores de escorregamento.
Além disso, era necessário o desenvolvimento de um método de injeção de corrente de sequência negativa para o DFIG série, já que, neste caso, não há mais o conversor do lado da rede conectado em paralelo para a injeção direta de corrente. A solução foi utilizar o RSC para controlar a corrente de sequência negativa injetada pelo estator da máquina e obter uma forma de contornar as oscilações no torque eletromagnético que esse método promove. Para isto, verificou-se através das equações das componentes oscilantes da potência eletromagnética da máquina que era possível encontrar um valor para a tensão de sequência negativa do estator, de acordo com a corrente de sequência negativa do rotor, onde as oscilações são eliminadas. Desta forma, utilizou-se estes valores como referência para a tensão de sequência negativa no estator, induzindo-as por meio da manipulação de tensão pelo SGSC, e os resultados das simulações comprovaram a eficiência do método.
Este método de injeção de corrente de sequência negativa pelo estator da máquina já foi o utilizado no DFIG com conversor série associado, no capítulo cinco, como controle adicional