Controles Implementados

Ambos os conversores apresentam a mesma interface e estratégias de controle similares. As diferenças entre ambos estão nos valores dos parâmetros e objetivos do controle. A Figura5.9mostra o esquema de aquisição simplificado de dados para o controle dos conversores, tais como as frequências, tensões e potências. As figuras nessa subseção que mostram os gráficos das variáveis de controle se referem a um cenário em que o aerogerador opera em regime permanente e com velocidade do vento constante e igual à nominal.

Figura 5.9 – Aquisição de dados para estratégias de controle adotadas.

Para o conversor do lado da máquina, como presente no Anexo C, os parâme- tros 𝑑𝑚𝑜𝑑𝑒 e 𝑞𝑚𝑜𝑑𝑒 estão definidos com valor 1, o que implica em dizer que esse controle regula a potência ativa (P) com a tensão alternada (𝑉𝑎𝑐). Esse controle também prioriza a

corrente de eixo direto em relação à corrente de eixo em quadratura. As referências para esse controle são a ordem para potência ativa (𝑃 𝑜𝑟𝑑) e a ordem para tensão alternada (𝑉 𝑎𝑐𝑜𝑟𝑑). Já o controle do conversor do lado da rede regula a tensão do barramento CC

e a tensão CA, nesse caso 𝑑𝑚𝑜𝑑𝑒 e 𝑞𝑚𝑜𝑑𝑒 assumem o valor de 0 e 1, respectivamente. Nesse trabalho a priorização adotada para o CLR é da corrente de eixo em quadratura em relação à corrente de eixo direto, para se obter o controle de tensão em regime de operação normal e diante de afundamentos discretos de tensão, de acordo com os requisitos do PR. As referências para esse controle são a ordem para a tensão no barramento CC (𝐸𝑑𝑐𝑜𝑟𝑑)

e a tensão alternada (𝑉 𝑎𝑐𝑜𝑟𝑑). A Figura 5.10 mostra o controle usado para cálculo e pri-

qual das correntes deve ter prioridade, sendo que o valor de 0 define a corrente de eixo em quadratura e o valor de 1 define a corrente de eixo direto. A Figura 5.11 mostra as variáveis de referência e medidas para o controle do CLR.

Figura 5.10 – Controle para priorização de corrente de eixo direto ou quadratura.

Figura 5.11 – Medições das variáveis de referência e controle do CLR.

A Figura5.12mostra a transformação da tensão no sistema de coordenadas 𝑎𝑏𝑐 para 𝑑𝑞0. Os filtros foram adicionados para minimizar as harmônicas de alta frequência geradas pelos conversores eletrônicos e assim melhorar a qualidade da resposta dos valores de corrente e tensão no eixo 𝑑𝑞. O valor de ângulo utilizado na transformação é calculado pelo bloco PLL (𝑡ℎ𝑒𝑡𝑎𝑃 𝐿𝐿). A mesma lógica é aplicada para a transformação da corrente do eixo 𝑎𝑏𝑐 para 𝑑𝑞0. A Figura 5.13 apresenta as saídas da tensão no eixo 𝑑𝑞 em valores em pu.

Figura 5.12 – Transformação das coordenadas 𝑎𝑏𝑐 para 𝑑𝑞0.

Figura 5.13 – Valores em pu da corrente e tensão no eixo 𝑑𝑞.

A Figura 5.14mostra o controle de tensão para o CLR e para a potência ativa para o CLM no lado CC. A escolha de um dos dois controles é realizada pela variável 𝑑𝑚𝑜𝑑𝑒. Esses controles geram o sinal de ordem para a corrente do eixo direto (𝐼𝑑𝑜𝑟𝑑−𝑝𝑢)

que é utilizado na malha de controle interno de corrente. A ordem de corrente é limitada dentro dos controladores PI.

A Figura 5.15 mostra o controle utilizado para gerar a ordem de corrente de eixo quadratura (𝐼𝑞𝑜𝑟𝑑−𝑝𝑢) para a malha de controle interno da corrente. O objetivo

desse controle é utilizar a potência reativa para regular a tensão alternada para ambos os conversores do back-to-back. No controle implementado nesse trabalho, o conversor do lado da rede pode injetar potência reativa para dar suporte à rede durante perturbações,

Figura 5.14 – Controle de tensão e potência ativa no barramento CC.

Figura 5.15 – Controle da corrente em quadratura.

pois a prioridade do controle é dada para o controle de tensão na barra PAC do sistema, priorizando 𝐼𝑞 em relação a 𝐼𝑑. A comparação entre as correntes de referência e as geradas pelo controle estão presentes na Figura 5.16.

Os controles internos de corrente são desacoplados, referidos aos eixos 𝑑𝑞, e são usados para gerar as tensões de referência para o conversor (𝑣𝑑1𝑟𝑒𝑓 e 𝑣𝑞1𝑟𝑒𝑓 ). Para o conversor do lado da rede esse controle é importante, pois permite controlar a tensão por meio da priorização da corrente de eixo quadratura sobre a corrente de eixo direto e, assim, dar suporte durante a ocorrência de faltas ou outras contingências, evitando que o parque eólico seja desconectado, seguindo a curva de LVRT. A Figura 5.17mostra esse controle.

Figura 5.16 – Comparação entre valor de referência (𝑜𝑟𝑑) e valor de saída (pu) para as correntes no eixo 𝑑𝑞.

A Figura 5.18 mostra que as tensões de referência obtidas no controle imple- mentado são convertidas de coordenadas retangulares para coordenadas polares em pu, limitadas à 1,15 pu. Para se obter essas tensões de referência no sistema trifásico 𝑎𝑏𝑐, que são utilizadas no chaveamento do CLR, é necessário utilizar a transformada 𝑑𝑞0 − 𝑎𝑏𝑐 com o ângulo calculado pelo bloco PLL (𝑡ℎ𝑒𝑡𝑎𝑃 𝐿𝐿).

Figura 5.18 – Lógica para obter a tensão de referência.

A Figura 5.19 apresenta algumas variáveis de saída do modelo do aerogerador para um sistema simples, formado pelo modelo de aerogerador, o componente de escala configurado para emular 60 aerogeradores que estão conectados a um equivalente de rede com SCR=5 e X/R=10 em 33 kV.

Nessas condições foi aplicada uma variação no perfil do vento que provoca uma resposta do controle da turbina e, consequentemente, na potência ativa de saída do modelo, com o objetivo de ilustrar o funcionamento do modelo do aerogerador adotado. O controle de pitch segue a lógica previamente apresentada: para velocidades abaixo da nominal opera com ângulo de 0∘, e para incrementos na velocidade do vento há um aumento também de seu valor para diminuir a incidência do vento.

É observado que com a diminuição da potência ativa de saída do aerogerador, há um ajuste no fluxo de potência reativa com o intuito de manter a tensão3 _terminal

constante e igual à referência, já que está sendo aplicado o modo de controle de tensão. É observado também que é possível manter a tensão do barramento CC constante mesmo para a variação do fluxo de potência de entrada e saída dos conversores graças à estratégia de controle adotada.

É importante destacar também o controle aplicado quando a velocidade do vento está acima da nominal e abaixo do valor de cut-out. Neste caso o aerogerador não varia sua potência ativa injetada na rede e não altera a tensão do barramento CC. 3 _{Os valores de tensão apresentados nas simulações desse trabalho são valores eficazes e em pu.}

Figura 5.19 – Medições do modelo do aerogerador.