Contribution of full converter wind turbines to power system during low voltage ride through

Abstract

Nos últimos anos, a integração de fontes de energia renovável na matriz energética global tem sido impulsionada tanto por questões econômicas quanto ambientais, destacando-se as tecnologias eólica e solar fotovoltaica. Essas tecnologias dependem da eletrônica de potência para sua integração com a rede elétrica, diferenciando-as dos sistemas convencionais, principalmente quanto ao desempenho durante afundamentos momentâneos de tensão, comumente conhecidos como eventos de "Low Voltage Ride Through" (LVRT). Em comparação com os geradores síncronos, os conversores eletrônicos possuem limitações devido às características dos dispositivos semicondutores, mas apresentam maior flexibilidade na síntese de corrente. Este estudo foca na tecnologia de turbinas eólicas com conversores de potência plena, devido a maior robustez frente a distúrbios. Para melhorar o desempenho operacional dessa tecnologia durante afundamentos de tensão, o objetivo deste trabalho é propor um algoritmo de saturação de potência ativa que priorize as seguintes tarefas: primeiro, atender aos requisitos do código de rede; segundo, limitar a corrente do conversor ao seu valor nominal; terceiro, produzir potência ativa; e, sempre que possível, compensar oscilações de potência instantâneas durante faltas assimétricas. Investigou-se o impacto das oscilações instantâneas de potência nos conversores eletrônicos e os efeitos da mitigação dessas oscilações, através da injeção de correntes de sequência negativa, no suporte de tensão e na operação do sistema elétrico de potência durante transitórios. As proposições apresentadas neste estudo foram avaliadas por meio de estudos de caso utilizando simulações computacionais de sistemas reais. Inicialmente, examinou-se a implementação do algoritmo proposto em um sistema de geração de 2,1[MVA], e posteriormente em uma fazenda eólica de 73,5[MVA] integrada ao sistema padrão de 9 barras WSCC. Os modelos e resultados mostraram que anular oscilações instantâneas de potência ativa não só beneficia o conversor eletrônico, reduzindo o estresse nos dispositivos semicondutores e capacitores, como também permite reduzir o desequilíbrio entre as tensões durante faltas assimétricas.