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Control layout of doubly fed induction generator with respect to low voltage ride through for wind energy conversion system
Al-Quteimat, Alaa
Moving forward, the demand on renewable energy resources is increasing due to their advantages over the fossil fuels, which have harmful effects on the environment. Currently, doubly fed induction generators (DFIG) are widely used for wind turbines. Compared to other variable-speed generators; the main advantage of the DFIG is that the power electronic devices must deal with only about a third of the generator power, compared to full power converters used in synchronous generators [1, 2].
This difference reduces the costs and losses in the power electronic components, rather than other solutions, such as fully converting systems; finally, the overall efficiency is improved. Field-oriented control (FOC) and direct control algorithms are used to control the performance of DFIG wind energy. Due to complexity and machine parameters dependency, the direct control techniques are gradually replacing the conventional FOC [3]. Two direct control strategies are implemented in this work, direct torque control (DTC) and direct power control (DPC).
This dissertation deals with the performance analysis, modeling, and control of DFIG-based wind energy conversion. Controllers for rotor side converter (RSC) and grid side converter (GSC) are analyzed. DTC is used in this work to control the RSC; several approaches of this control technique will be presented and the results are compared according to the total harmonic distortion (THD) and ripples to define the best performance. Moreover, DPC is applied and the performance of active and reactive power is analyzed.
The grid synchronization of DFIG is an important issue to be discussed, as the DFIG can be controllable only around synchronous speed. It will lose its controllability during startup since the voltage requested from the machine at that time is higher than the voltage requested at normal operations around the synchronous speed.
DFIG under voltage dip is also discussed and analyzed under symmetrical and asymmetrical grid faults. The possible solutions of low voltage ride through to meet grid-codes requirements is presented, and the selected algorithm is discussed in detail. Last, the results are thus compared.
In der Zukunft steigt die Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen aufgrund ihrer Vorteile gegenüber den fossilen Brennstoffen, die schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben. Gegenwärtig werden doppelt gespeiste Induktionsgeneratoren (DFIG) für Windkraftanlagen häufig verwendet.
Im Vergleich zu anderen Generatoren mit variabler Drehzahl besteht der Hauptvorteil des DFIG darin, dass die Leistungselektronikgeräte nur etwa ein Drittel der Generatorleistung im Vergleich zu Vollumrichtern mit Synchrongeneratoren bewältigen müssen [1, 2]. Dies verringert die Kosten und die Verluste in den leistungselektronischen Komponenten im Vergleich zu anderen Lösungen wie Vollumwandlungssystemen; weiterhin wird die Gesamteffizienz verbessert. Feldorientierte Regelung (FOC) und direkte Steuerungsalgorithmen werden verwendet, um die Leistung der DFIG-Windenergie zu steuern. Aufgrund der Komplexität und der Abhängigkeit von Maschinenparametern ersetzen die direkten Steuerungstechniken allmählich die herkömmliche FOC [3]. Zwei direkte Steuerstrategien wurden in dieser Arbeit implementiert, direkte Drehmomentsteuerung (DTC) und direkte Leistungssteuerung (DPC).
Diese Dissertation befasst sich mit der Leistungsanalyse, Modellierung und Steuerung der DFIGbasierten Windenergiekonversion. Regler für den rotorseitigen Umrichter (RSC) und den netzseitigen Umrichter (GSC) werden analysiert. In dieser Arbeit wird DTC verwendet, um den RSC zu steuern. Mehrere Ansätze dieser Steuerungstechnik werden präsentiert und die Ergebnisse werden entsprechend der gesamten harmonischen Verzerrung und der Rippleströme verglichen, um das bestgeeignete System festzulegen. Darüber hinaus wird DPC angewendet, und Wirk- und Blindleistung werden analysiert.
Die Netzsynchronisation bei DFIG ist ein wichtiges zu diskutierendes Thema. Der DFIG ist nur um die synchrone Geschwindigkeit sinnvoll steuerbar, so dass es während des Starts seine Steuerbarkeit verliert, da die von der Maschine während des Startens benötigte Spannung höher ist als die bei normalem Betrieb um die synchrone Geschwindigkeit erforderliche. DFIG unter Spannungseinbrüchen wird auch in dieser Arbeit unter symmetrischen und asymmetrischen Netzfehlern diskutiert und analysiert. Die möglichen Lösungen für LVRT (Low Voltage Ride Through) zur Erfüllung der Anforderungen der Grid-Codes werden vorgestellt und der ausgewählte Algorithmus wird im Detail diskutiert. Abschließend werden die Ergebnisse verglichen.
