Control of power electronic converters for the operation of wind generation

Abstract

The present PhD thesis analyzes the modelling and control of the two main topologies of large scale variable speed wind turbines, the doubly fed induction generator and the permanent magnet synchronous generator wind turbines, to operate under different types of voltage sags. The first part of the thesis deals with the modelling of the wind turbine from the mechanics to the different types of generators and the power converter. The second part deals with the control of the wind turbine. First, three different control schemes of the doubly fed induction machine are analyzed, starting with the most basic one, the conventional vector control meant for balanced operation which is simulated and compared to experimental measurements from a voltage sag test, and then moving to the dual synchronous reference frame and the stationary reference frame control, two different schemes that allow the operation of the machine under unbalanced voltage sags. Then, different reference calculation methods for the operation of grid connected voltage source converters under grid unbalances are analyzed and tested on a experimental platform. Finally, the vector control scheme of the permanent magnet synchronous generator and a ride-through strategy for this type of turbine for balanced voltage sags is presented and tested on a small scale experimental platform.

Aquesta tesi analitza la modelització i el control per a l'operació sota diferents tipus de sots de tensió de les dues topologies més comunes d'aerogeneradors de velocitat variable de gran escala, la basada en generador d'inducció doblement alimentat i la de màquina síncrona d'imants permanents. La primera part de la tesi tracta el modelat de la turbina eòlica des de la mecànica fins als diferents tipus de generadors i el convertidor. La segona part tracta el control de l'aerogenerador. Primer, s'analitzen tres esquemes de control diferents de la màquina d'inducció doblement alimentada, començant pel tipus més bàsic, el control vectorial convencional, pensat per l'operació en equilibri, que és simulat i comparat amb mesures experimentals d'un assaig de sot de tensió, i tractant a continuació l'anomenat control vectorial amb doble referència de sincronisme i el control en referència estacionària, dos esquemes de control diferents que permeten l'operació de la màquina sota sots de tensió desequilibrats. A continuació s'analitzen i comproven experimentalment diferents mètodes de càlcul de referències pel control de convertidors amb font de tensió sota desequilibris de xarxa. Finalment, es presenta l'esquema de control vectorial de màquina síncrona d'imants permanents i una estratègia de ride-through per a aquest tipus d'aerogenerador que és avaluada en una plataforma experimental.