Control por rechazo activo de perturbaciones con capacidad de soportar caídas de voltaje en la red en un sistema de generación de energía eólica

Abstract

En este trabajo se desarrolla una estrategia para mejorar la capacidad de Soportar Caídas de Tensión en la red (LVRT) en sistemas de generación de energía eólica (WEGS) con Generador de Inducción Doblemente Alimentado (DFIG). El esquema de control propuesto se compone de un sistema de generación de referencias y un lazo de control de corriente del rotor. Por un lado, las referencias de corriente del rotor son generadas de acuerdo con los requerimientos de los códigos de red, que establecen los valores recomendados de la potencia activa y reactiva y del par electromagnético del generador durante el funcionamiento normal y de falla. Los análisis de controlabilidad y de estabilidad se realizan para relacionar las entradas de control y las condiciones recomendadas de operación. Este análisis se apoya en la teoría de componentes simétricas. En consecuencia, se desarrolla un análisis detallado de las referencias de corriente de rotor requeridas para alcanzar los requerimientos LVRT. Adicionalmente, se obtienen las regiones de funcionamiento seguro. Por otro lado, se presenta el diseño del controlado de corriente del rotor, basado en la filosofía de Control por Rechazo Activo de Perturbaciónes (ADRC). Este controlador garantiza un seguimiento robusto de las referencias de corriente del rotor propuestas, a pesar de incertidumbres, perturbaciones y fallas simétricas y asimétricas en la red, y asegura que las corrientes y voltajes del rotor estén en sus rangos permisibles. Finalmente, se realizaron estudios de simulación y experimentos de laboratorio para validar el esquema propuesto y el análisis teórico.

Abstract: In this study, a strategy to enhance the Low-Voltage Ride Through capability (LVRT) of Doubly Fed Induction Generation (DFIG)-based Wind Energy Generation System (WEGS) is developed. The proposed control scheme is composed of a reference generation system and a rotor current control loop. On the one hand, the rotor current references are generated according to the grid codes requirements, which establish the recommended values of active and reactive power and electromagnetic torque during normal and fault operation. Controllability and stability analyses are performed to relate the control inputs and the recommended operation conditions. This analysis is supported by symmetrical components theory. Consequently, a detailed analysis of the required rotor current references is developed to accomplish the LVRT requirements. In addition, safe operation regions are obtained. On the other hand, the rotor current controller design, based on Active Disturbance Rejection Control (ADRC) philosophy, is presented. This controller guarantees a robust tracking of the proposed rotor current references, regardless of uncertainties, disturbances and symmetrical and asymmetrical grid faults, and assures that rotor voltages and currents are in their permissible ratings. Finally, simulation studies and laboratory experiments are carry out to validate the proposed scheme and theoretical analysis.