Avaliação dos requisitos LVRT de parques eólicos

Abstract

No presente trabalho são avaliados os requisitos LVRT (Low Voltage Ride Through) e o comportamento dinâmico de parques eólicos mistos PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator)/DFIG (Double-Fed Induction Generator ) frente a afundamentos de tensão oriundos de faltas no sistema elétrico de potência. Trabalhos anteriores na literatura aplicaram afundamentos de tensão diretamente nos terminais das turbinas eólicas, o que significa que a propagação da transmissão para o nível de baixa tensão não foi considerada. Este trabalho tem como objetivo mostrar a operação esperada de uma usina eólica quando submetida a afundamentos de tensão causados por faltas no nível da transmissão, ou seja, considerando a propagação. A propagação dos afundamentos de tensão e a comparação dos mesmos e realizada de acordo com os requisitos de suportabilidade estabelecidos pelo submódulo 3.6 do PRODIST. Este requisito e definido por uma curva de magnitude e duração conhecida mundialmente por LVRT. Modelos equivalentes de um sistema de transmissão e um parque eólico foram usados para gerar cinco tipos de faltas e para acessar o comportamento do parque eólico durante esses eventos. Para este estudo foi utilizado o programa MATLAB R /Simulink para o desenvolvimento dos códigos e modelo equivalente do parque eólico. As análises obtidas com a aplicação desta metodologia permitiram determinar o impacto dos afundamentos de tensão nos terminais das turbinas e analisar o comportamento dinâmico dos modelos agregados das turbinas eólicas. Além disso, era possível realizar o levantamento das faixas de sobretensões e sobrecorrentes nos conversores de ambos aerogeradores, assim como o levantamento da area de vulnerabilidade do SEP em relação a mínima potência injetada na rede durante um afundamento. Os resultados mostraram uma leve superioridade do PMSG em fornecer energia durante afundamentos de tensão, tendo menos faltas com valores de potência injetada durante o afundamento abaixo de 0,6 p.u. O comportamento que leva a maior vulnerabilidade no DFIG está relacionado às sobrecorrentes que podem surgir no conversores MSC e GSC, enquanto para o PMSG, a característica de maior vulnerabilidade está relacionada as sobretensões no link DC, que controla o fluxo de potência entre os conversores. As faltas simétricas foram as que causaram afundamentos de tensão mais severos, enquanto as monofásicas foram as que menos impactaram no desempenho do parque eólico. O requisito LVRT foi atendido em aproximadamente 96% dos afundamentos simulados, ou seja, o parque permaneceria em operação na ocorrência destes eventos. Apenas 4% dos casos desligariam o parque.

In the present work, the requirements LVRT (Low Voltage Ride Through) and the dynamic behavior of mixed wind farms PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator) / DFIG (Double-Fed Induction Generator) are evaluated in the face of voltage sags, caused by faults in the electrical power system. Previous works in the literature applied voltage dips directly to the wind turbine terminals, which means that the transmission spread to the low voltage level was not considered. This work aims to show the expected operation of a wind farm when subjected to voltage sags caused by faults in the transmission level, that is, considering the propagation. The propagation of voltage sags and their comparison is performed according to the supportability requirements established by PRODIST's sub-module 3.6. This requirement is de ned by a magnitude and duration curve known worldwide as LVRT. Equivalent models of a transmission system and a wind farm were used to generate ve types of faults and to simulate the behavior of the wind farm during these events. The MATLAB R /Simulink program was used for this study to develop the codes and equivalent model of the wind farm. The analyzes obtained with the application of such methodology allowed to determine the impact of the voltage sags in the turbine terminals and to analyze the dynamic behavior of the aggregated models of the wind turbines. Besides, it was possible to carry out the survey of the ranges of overvoltages and overcurrents in the converters of both wind turbines, as well as the survey of the SEP's area of vulnerability in relation to the minimum power injected into the network during a sinking. The results showed a slight superiority of the PMSG in supplying energy during voltage dips, with fewer faults with injected power values during sinking below 0.6 p.u. The behavior that leads to the greatest vulnerability in DFIG is related to the overcurrents that can arise in the MSC and GSC converters, while for the PMSG, the characteristic of greater vulnerability is related to the overvoltages in the DC link, which controls the power ow between the converters. Symmetrical faults were the ones that caused the most severe voltage sags, while single-phase faults were the ones that had the least impact on the performance of the wind farm. The LVRT requirement was met in approximately 96% of the simulated sags, i.e., the park would remain in operation in face of those events. Only 4% of cases would shut down the park.