Thermal analysis of power converters for doubly-fed induction wind generators during low voltage ride-through

Abstract

Com o uso crescente dos sistemas de conversão de energia eólica é importante estudar os diversos aspectos das diferentes tecnologias empregadas nesses sistemas. Um dos elementos mais importantes das tecnologias a velocidade variável é o conversor de potência, portanto, o projeto e avaliação do seu comportamento diante de diferentes condições operativas são de suma importância. Neste trabalho, uma modelagem térmica de um sistema de conversão de energia eólica (SCEE) usando como tecnologia o gerador de indução duplamente alimentado (doubly-fed induction generator - DFIG) é desenvolvida, a qual avalia o comportamento da temperatura de junção dos dispositivos semicondutores que compõem os conversores de potência do sistema. A tecnologia DFIG será a estudada por ser uma das mais usadas em usinas eólicas e ser severamente impactada pelos afundamentos momentâneos de tensão (AMTs). Como o sistema deve operar continuamente, surge a necessidade de se utilizar estratégias que visem a suportabilidade dos equipamentos aos AMTs, para que assim se atenda os códigos de rede. Estes estabelecem diretrizes para a conexão de usinas eólicas às redes elétricas que vão desde o estabelecimento de limites para desconexão durantes tais distúrbios, ao fornecimento de potência reativa para auxiliar na recuperação da rede. Desse modo, esse trabalho pretende investigar o comportamento das variáveis mais relevantes em um WECS que utiliza a tecnologia DFIG quando submetido aos AMTs. Será analisada a utilização de estratégias de controle que visam à melhoria da suportabilidade aos distúrbios citados avaliando os esforços térmicos dos componentes semicondutores. A metodologia empregada neste trabalho se baseia em desenvolvimentos matemáticos e simulações de um sistema de 2MW, implementada no software PLECS.