The DFIG Based Wind Farms and their impact on electrical Power Systems.
Institution:
Bourgogne Franche-ComtéDisciplines:
Abstract EN:
Traditionally, wind turbines have been operated to extract maximum energy output from wind under different operating conditions. Therefore, wind turbines have been designed to work either in the grid connected mode or stand-alone mode. In addition, recent innovations in micro-grids have aroused the interest in the stand-alone operation of the wind turbine, as part of isolated grids, or the distributed generators in weak networks.Furthermore, another interesting application of the wind energy system is the offshore wind farms grid connected via a High-Voltage Direct Current (HVdc) link. In these applications, the offshore wind farm is isolated from the grid. Whereas in Voltage-Sourced Converter (VSC)-HVdc technology the wind farm voltage is supplied by the VSC rectifier, if a line-commutated converter HVdc rectifier is utilized, the voltage must be generated by the wind turbine generators, which are now operating in the isolated grid.Unlike in grid-connected modes, a wind turbine in stand-alone and islanding operation must impose and maintain voltage and frequency while matching generation and load, even with varying rotor speed and loads variations. When generation exceeds the demanded loads, generation must be reduced by controlling the pitch angle of blades. Besides, the load shedding mechanism should be used if the generation is not enough to supply the loads. Thus, stand-alone operation requirements must have active power control through power electronic converters control. The wind turbine technologies that meet these requirements are those based on variable speed generators and pitch control. Nowadays, among these technologies, DFIGs has been used as the best option. The DFIG has more freedom to control the two converters. Grid Side Converter (GSC) control to regulate the DC bus voltage and the Rotor Side Converter (RSC) controls the machine.In this thesis, the control of the DFIG supplying an isolated load is presented. Moreover, Field Oriented Control (FOC) Vector Control (VC) scheme is used to provide constant voltage and frequency of the DFIG in stand-alone operation when variations in both load and rotor speed in a very reliable and robust way.
Abstract FR:
Traditionnellement, les éoliennes fonctionnaient de manière à extraire le maximum d’énergie du vent dans différentes conditions de fonctionnement. Par conséquent, les éoliennes ont été conçues pour fonctionner en mode connecté au réseau ou en mode autonome. En outre, les innovations récentes dans les micro-réseaux ont suscité l’intérêt pour le fonctionnement autonome de l’éolienne, dans le cadre de réseaux isolés, ou pour les générateurs distribués dans les réseaux faibles.Un autre domaine d’application intéressant concerne les parcs éoliens offshores connectés au réseau via une liaison à courant continu haute tension (HVDC). Dans ces systèmes, le parc éolien offshore est isolé du réseau. Alors que, dans la technologie à convertisseur de tension (VSC) -HVDC, la tension du parc éolien est fournie par le redresseur VSC, si un redresseur HVDC à convertisseur de ligne est utilisé, la tension doit être générée par les éoliennes, qui fonctionnent maintenant de manière isolée.Contrairement aux modes connectés au réseau, une éolienne en fonctionnement autonome et en îlot doit imposer et maintenir une tension et une fréquence tout en faisant correspondre la production et la charge, malgré les variations de la vitesse du rotor dues aux variations de la vitesse du vent et des charges. Lorsque la génération dépasse les charges demandées, elle doit être réduite en contrôlant l'angle de pas des pales. D'autre part, si la génération n'est pas suffisante pour alimenter les charges, le mécanisme de délestage doit être utilisé. Ainsi, les exigences de fonctionnement autonome impliquent que les éoliennes doivent avoir un contrôle actif de la puissance via un contrôle aérodynamique et un contrôle des convertisseurs électroniques de puissance. Les technologies d'éoliennes qui répondent à ces exigences sont celles basées sur des générateurs à vitesse variable et le contrôle du tangage. De nos jours, parmi ces technologies, les GADA ont été utilisés comme la meilleure option. La GADA a plus de liberté pour contrôler les deux convertisseurs. Le contrôle du convertisseur côté grille (GSC) permet de réguler la tension du bus CC et le convertisseur du côté rotor (RSC) commande la machine.Dans cette thèse, la commande du DFIG fournissant une charge isolée est présentée. De plus, le système de contrôle vectoriel (FOC) est utilisé pour fournir une tension et une fréquence constantes du GADA en fonctionnement autonome lorsque les variations de la charge et de la vitesse du rotor sont très fiables et robustes.