Low Voltage Ride Through Roberto Cárdenas Dobson, Msc. Ph.D Topología Típica de Conversores Turbina eólica IM Generador de Inducción jaula de ardilla Back to back Red Control Convencional de Conversores Turbina Eólica Conversor conectado al rotor Conversor conectado a la red Red Conversor Back-to-Back Control Convencional del Conversor Front-End e Li q vgd E* e Li d PI i *d E Ig PI e PI j e i 2/3 i *q iq e j e iabc 3/2 id e tan 1 v s v s 3/2 Phase Locked Loop vag vbg vcg vαg 3/2 vβg PI ˄ ejθ ˄ θe ˄ e Phased Locked Loop β e ˄ e α Modelo de Pequeña Señal + - 1 s PI Lugar de la Raíz Polo de Lazo cerrado o Cero del controlador Línea de =cte. x Dos integradores PI+Planta Control del Front-End Considerando PLL e Li q vgd e Li d E* PI i *d i *q PI E Ig i e j e PI 2/3 iq iabc e j e id e 3/2 PI ˄ ejθ PLL vg vβg 3/2 Control Utilizando Secuencia Positiva y Negativa q+ q- β ωe d+ θe+ α θe- Stationary frame dωe Control de Secuencia Positiva y Negativa Sistema Trifásico de fasores desequilibrado Sistema de Secuencia Positiva V c V c V a V b V c V a == V b Sistema de Secuencia Negativa + V b Sistema de Secuencia Cero V c V a + V b 0 V 0 a 0 vaf- vbf- vcfvaf + + + PWM idf+ + vdf* *+ vbf+ v 2/3 + + v Lf Positive Sequence Control e *+ v DFIG iaf, ibf e i f 2/3 PI j v vqf* if + e v vafvbfv cf + PI iqf+ PI idf+ Notch filter iqf+ idf- j v iqfidf- vf* 2/3 PI * iq -j v v * - +id + idL- + + PI iqfPI e-jv vf* - iqL- Negative Sequence Control vs vas, vbs v 2/3 vqs+ PI e-jv v s v e PLL E - + E* +Q Q * Ejemplo de Control Utilizando Secuencia Positiva y negativa Filtros Notch Polo del Notch s Filtro 2 2 s 2 e s e 2 2 e Zero del Notch X o DSC Delayed Signal Cancellation Método Alternativo Para Separar Secuencias T es el período de la fundamental DSC Delayed Signal Cancellation Para Separación de Secuencias Vd c I dq dq+ αβ I dq αβ Edq dqdq+ αβ I abc 1/2 1/2 Delay T/4 j V SINCRONIZACION ~ ~ αβ 1/2 Vabc αβ abc dq- I abc αβ ~ E Delay T/4 j dq 1/2 Clasificación de Fallas • Dip Tipo A: Las tres fases sufren una variación de voltaje de igual magnitud, por ende, no se producen desequilibrios ni desfases adicionales a los que posee un sistema trifásico simétrico. • Dip Tipo B: Una fase sufre una disminución de voltaje, mientras las dos fases restantes no se ven afectadas. Por ende, el sistema trifásico pierde su condición de simétrico y se generan desfases y componentes de secuencia cero y negativa. Clasificación de Fallas • Dip Tipo C: Dos fases sufren disminuciones de voltaje que no necesariamente poseen la misma amplitud, mientras la fase restante no se ve afectada. Por ende, el sistema trifásico pierde su condición de simétrico y se generan desfases y componentes de secuencia cero y negativa. • Dip Tipo D: Las tres fases sufren disminuciones de voltajes de distintas amplitudes. Este es el caso más grave. Control ante Condiciones de Fallas • Habitualmente se asume que el voltaje del DC link, en el conversor back to back se mantiene constante. • El voltaje se mantiene constante regulando el torque de la máquina o a través de un dispositivo auxiliar. Por ejemplo un chopper que quema el exceso de energía en el DC-link. • Generalmente se asume que la turbina eólica sigue funcionando completamente desacoplada de la red por el enlace DC. Control por Potencia Activa Constante El voltaje E corresponde a la red y la corriente I corresponde a la salida del conversor front-end. Control por Potencia Activa Constante • Desarrollando la ecuación anterior y separando parte real e imaginaria se obtiene: • Donde: Control por Potencia Activa Constante Control por Potencia Activa Constante Existen solo cuatro grados de libertad, por lo tanto solo se pueden controlar cuatro variables. Se eligen: Control por Potencia Activa Constante Normalmente se elige P0 _ ref I d I q I Q0 _ ref q _ ref PI I dq I dq E dq E Vdc Vd ωL ωL PI E dq q I I Ed d V ωL ωL PI E q dq αβ E dq I abc αβ abc Sep. Secuencia NOTCH -DSC Sep. Secuencia NOTCH -DSC Vabc αβ abc Sep. Secuencia NOTCH -DSC SINCRONIZACION ~ Vq Edq Sep. Secuencia NOTCH -DSC ~ dq ~ I q_ ref d q PI V I I dq Controlador de Corriente, “Eje Rotatorio de Referencia Negativo” I q_ ref αβ Vq V dq CALCULO DE REFERENCIAS DE CORRIENTE CVCDPV1-2 y 3 Pc 2 _ ref Ps 2 _ ref Ed SVM I dc _ ref º I Controlador de Corriente, “Eje Rotatorio de Referencia Positivo” Requerimiento de LVRT en España Voltaje [%] 100% 90% 15% 0.01 0 150 700 Tiempo [ms] Ocurre Falla 3000 Requerimiento de LVRT en España Relación Corriente Reactiva a Corriente Nominal [%] Zona de inyección De Reactivos 100% Alza de Voltaje 110% 50% -10% Baja de Voltaje Baja muerta alrededor del voltaje nominal -100% Zona de consumo De Reactivos 130% [%] de Voltaje Nominal Prueba Experimental de la estrategia Va Vb Vc 200 160 120 Voltaje [V] 80 40 0 -40 -80 -120 -160 -200 1.9 2.9 Tiempo [s] Dip B. Se reduce a un 70% del valor nominal en Fase A Prueba Experimental de la estrategia Corrientes de Secuencia Positiva Control Cancelando Armónicos de Doble frecuencia en la potencia Prueba Experimental de la estrategia Va Vb Vc 200 160 120 Voltaje [V] 80 40 0 -40 -80 -120 -160 -200 1.9 2.9 Tiempo [s] Dip B. Se reduce a un 70% del valor nominal en Fase A Prueba Experimental de la estrategia Corrientes de Secuencia Positiva Control Cancelando Armónicos de Doble frecuencia en la potencia Alternativa al Control D-Q. El control Resonante • El control resonante y el Control d-q son equivalentes. Utilizando la transformada de Fourier desplazada en frecuencia es posible convertir un controlador desde - a d-q y viceversa. j t L( f (t )e o ) F (s jo ) • Para referir una función de transferencia desde el eje sincronico a el eje estacionario el operador s es reemplazado por s-jo Alternativa al Control D-Q. El control Resonante • Utilizando esta expresión se tiene: Control PI Control Resonante Diagrama de Bode de un Controlador Resonante Magnitude (dB) 150 100 50 0 -50 10 1 10 2 10 3 Frequency (rad/sec) 10 4 10 5 Control Control Resonante d-q Controlador en el plano “s” Controlador en el plano “z” Gc ( s) K c s 2 2 n s n2 Gc ( z ) K cz s 2 o2 z 2 a1 z a 2 z b1 z b2 2 Unity circle Z Plane Zero Modulation Delay x o X ωoTs Control Resonante Resonant pole Control Convencional de un Conversor Front-End Utilizando Control Resonante PLL ˄ e Edc Edc* 3/2 cos Generador cos sin - + PI cos(θe) PI + + ia i 3/2 i* - X + sin(θe) X iβ iβ* - RC v * v β* + Control Resonante 2/3 ib Edc Control Resonante de Alto Orden Controlador Resonante Fundamental + i * i 0 - + i - 0 + i 2 2 K c1 s 2ns n s2 o2 v + + : : : : : : : : nth harmonic Kcn 2 s2 2nn s nn 2 s2 on : : : : : : : : m th harmonic Kcm 2 s2 2nms nm 2 s2 om SVM + +