RSC ou à compensação do desequilíbrio de tensão pelo GSC.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 Tempo (s)
Potência Ativa do Estator
(p.u.)
P
S
P
Sdc
(a)Potência Ativa
0 1 2 3 4 5 6 7 8 −0.1 −0.05 0 0.05 0.1 Tempo (s)
Potência Reativado Estator
(p.u.) Q S Q Sdc (b)Potência Reativa
Figura 29 -Controle coordenado - Potências ativa e reativa do estator.
Observa-se na Figura 29, no segundo período, as oscilações naturais nas potências ativa e reativa promovidas pela tensão desequilibrada. No terceiro período, observa-se novamente que reduzir as oscilações no torque eletromagnético também reduz as oscilações da potência reativa. Entretanto, reduzir as oscilações de torque através do controle proposto para o RSC promove um aumento nas oscilações na potência ativa. Neste quesito, a compensação de dese-quilíbrio de tensão pelo GSC se mostra superior, pois, como não existe desedese-quilíbrio de tensão e corrente no estator da máquina, as potências não apresentam oscilações, assim como o torque eletromagnético, como pode ser observado no quarto período.
As potências ativa e reativa do GSC são apresentadas na Figura 30.
0 2 4 6 8 −0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 Tempo(s) Potência Ativa do GSC (p.u.) P GSC P GSCdc
(a)Potência Ativa
0 1 2 3 4 5 6 7 8 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 Tempo (s) Potência Reativa do GSC (p.u.) Q GSC Q GSCdc (b)Potência Reativa
Figura 30 -Controle coordenado - Potências ativa e reativa do GSC.
A Figura 30 traz as potências ativa e reativa do GSC. Nota-se, no terceiro período, o in-cremento nas oscilações devido a componente de frequência 2ω1 presente na tensão do link DC, que ocorre pela atuação do controle implementado junto ao RSC. No quarto período, as oscilações de potência se devem à corrente de sequência negativa injetada pelo GSC para a compensação da tensão no PCC.
A Figura 31 ilustra as potências totais ativa e reativa do DFIG, que consistem na soma das potências exportadas pelo estator do gerador e pelo GSC.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Tempo (s)
Potência Ativa Total DFIG
(p.u.)
P
DFIG
P
DFIGdc
(a)Potência Ativa
0 1 2 3 4 5 6 7 8 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 Tempo (s)
Potência Reativa Total DFIG
(p.u.) Q DFIG Q DFIGdc (b)Potência Reativa
Figura 31 -Controle coordenado - Potências ativa e reativa totais do DFIG.
A potência ativa total é apresentada na Subfigura 31a, nela nota-se o incremento promovido pelos controles de sequência negativa, sendo o maior deles promovido pela compensação de desequilíbrio de tensão no PCC, apresentada no quarto período, o que se mostra lógico devido à maior corrente de sequência negativa injetada pelo DFIG para este fim.
A potência reativa, ilustrada na Subfigura 31b, apresenta oscilações constantes no segundo e terceiro períodos, sendo que o controle promovido pelo RSC não influencia na potência reativa total. Já no quarto período, novamente a injeção de corrente de sequência negativa pelo GSC promove um aumento nas oscilações.
4.3 CONSIDERAÇÕES
Neste capítulo foi apresentada a decomposição das equações da máquina pelo método das componentes simétricas, além do DSOGI-QSG para a obtenção dos sinais medidos de sequên-cia positiva e negativa. Foram também discutidos, modelados e simulados os controles já pro-postos para o DFIG sob desequilíbrios de tensão, onde os resultados obtidos para os controles implementados junto ao RSC e GSC ilustraram suas aplicações e deram base para a discussão. Quanto aos controles implementados junto ao RSC algumas considerações, baseadas nos resultados obtidos, podem ser feitas:
Quando implementada a compensação das oscilações da potência ativa do estator da má-quina alguns efeitos indesejados podem ser observados. Esta estratégia de controle promove uma elevação da componente de sequência negativa nas correntes do rotor e estator da má-quina. Além disso, há um aumento nas oscilações do torque eletromagnético, sendo o maior nível de oscilações observado durante toda a simulação. A potência reativa segue este mesmo comportamento, sendo todas as observações feitas anteriormente válidas para este parâmetro. A tensão no barramento DC apresentou um incremento considerável em suas oscilações.
Os resultados obtidos quando implementados os objetivos de compensação das correntes de sequência negativa do estator e do rotor podem ser analisados conjuntamente. Primeiro, a compensação da componente de sequência negativa no rotor implica também em uma leve redução desta componente na corrente do estator, a afirmação oposta também é valida. Segundo,
4.3 CONSIDERAÇÕES 55
as oscilações do torque eletromagnético e das potências ativa e reativa tiveram valores bastante próximos para as duas estratégias de controle. Terceiro, as oscilações da tensão do barramento DC se mostraram mais elevadas quando a compensação da componente de sequência negativa da corrente do rotor é o objetivo implementado.
Durante a compensação das oscilações do torque eletromagnético se observou a elevação da componente de sequência negativa nas correntes do rotor e estator da máquina, sendo esta, juntamente com a redução das oscilações da potência ativa, as estratégias de controle onde foram observados os maiores níveis desta componente de corrente. Também foi observada uma grande elevação das oscilações na potência ativa do estator, assim como, uma grande redução nas oscilações na potência reativa. As oscilações da tensão no barramento DC também foram elevadas e apenas comparáveis às obtidas quando implementada a compensação das oscilações da potência ativa da máquina.
Quando implementada a estratégia de controle coordenado para o RSC e GSC, as seguintes considerações podem ser feitas:
Mesmo quando o objetivo é otimizar os parâmetros de operação da máquina, compensar o desequilíbrio de tensão no PCC é o método mais efetivo, pois é a única forma de se evitar efeitos colaterais que ocorrem quando aplicada alguma das estratégias de controle do RSC. Neste caso, as correntes de sequência negativa nos enrolamentos da máquina e oscilações de torque e de potência são reduzidas conjuntamente.
Os níveis de oscilação de tensão no barramento DC foram semelhantes quando apenas compensando as oscilações de torque através do RSC ou quando compensando também o dese-quilíbrio de tensão no PCC.
Quando a compensação do desequilíbrio de tensão no PCC não pode ser feita em sua to-talidade pelo GSC, devido à não disponibilidade de potência residual suficiente, o RSC pode compensar as oscilações de torque, o que é mais citado na literatura, ou aplicar qualquer uma das outras estratégias de controle apresentadas em um controle coordenado.
57
5 DFIG COM CONVERSOR SÉRIE ASSOCIADO
O uso de um conversor série, com topologia baseada no restaurador dinâmico de tensão (do inglês: Dynamic Voltage Restorer - DVR), foi primeiramente apresentado por Kelber e Schumacher (2001). O intuito inicial era o amortecimento das oscilações no fluxo estatórico referenciado ao plano de referência síncrono, permitindo assim um melhor controle do DFIG sob afundamentos de tensão. Inicialmente, o conversor série, denominado conversor série do lado da rede ( do inglês: Series Grid Side Converter - SGSC), foi proposto de forma a substituir integralmente o GSC.
Posteriormente, em Flannery e Venkataramanan (2006), estudos mais aprofundados foram feitos visando comprovar a melhor capacidade do DFIG com conversor série de lidar com de-sequilíbrios de tensão. Porém, foram observadas algumas deficiências no processamento da potência devido a variação do fluxo no estator. Desta forma, em Flannery e Venkataramanan (2007, 2008) foi proposta a utilização conjunta do SGSC com os conversores originais do DFIG, em um esquema de três conversores, evitando assim que o controle da tensão do link DC fosse feita pelo SGSC e, consequentemente, eliminando variações na tensão de sequência positiva do estator da máquina.
Na configuração do conversor série utilizada nesta tese, que também é a configuração mais abordada na literatura, a conexão é feita utilizando-se um transformador injetor trifásico em série com os enrolamentos do estator. Esta configuração é denominada SGSC acoplado por transformador (do inglês: Transformer Interfaced SGSC - TI-SGSC). A Figura 32 ilustra o diagrama de blocos do TI-SGSC.
Pm/ (1-s) DFIG REDE Pm Transformador RSC GSC Lg Pm/ (1-s) usérie Transformador Série SGSC us Pm Acoplamento Mecânico
Figura 32 -Diagrama de blocos do TI-SGSC.
Um ponto importante a ser observado sobre o TI-SGSC é que durante o transitório que ocorre quando o controle de compensação de afundamento de tensão é ativado, o fluxo
con-catenado pode atingir duas vezes o seu valor nominal em regime permanente (PETERSSON, 2005). A solução mais óbvia é redimensionar o transformador injetor, duplicando sua potência nominal, porém, isto implicaria em um aumento no custo do sistema. Baseado neste problema, em Fitzer et al. (2002) é desenvolvida uma estratégia de controle para o transitório de ativação da estrutura DVR, evitando assim a situação de sobrefluxo e também o redimensionamento do transformador injetor.
O diagrama trifásico do TI-SGSC é apresentado na Figura 33, onde pode-se notar que se optou por trabalhar com o transformador injetor acoplado em delta, assim como o conversor e a indutância Lc, e o filtro RC é conectado em estrela. Onde, Isé a corrente do estator da máquina, Usérie é a tensão série do transformador injetor, ILc√
3 é a corrente que flui pela indutância Lc para o conversor, ULcé a tensão de fase inserida pelo conversor e IRC a corrente do filtro RC.
-+ SGSC Vdc Lc Cc Rc a b c I √3Lc IRC Is Usérie + -ULc
(a)Diagram trifásico do TI-SGSC
Is Usérie + Cc/3 Rc/3 I √3RC 3Lc ULc + -ILc (b)Circuito equivalente
Figura 33 -Diagrama trifásico e circuito equivalente do TI-SGSC.
Através do circuito equivalente apresentado na Subfigura 33b é possível obter-se a tensão do conversor para que, de acordo com a corrente do estator, se obtenha a tensão série desejada no transformador injetor. Onde, assumindo-se que:
R0c= Rc 3 (61) XL= 3ωLc (62) Xc= −3 ωCc (63) IRC0 = IRC√ 3 (64)
a tensão de fase do conversor, dependente da corrente do estator e da tensão série do transfor-mador injetor desejada, é dada por:
ULc = − jIsXL+Usrie(R
0
c+ j(Xc+ XL))