Low Voltage Ride Through - U

Low Voltage Ride Through
Roberto Cárdenas Dobson, Msc. Ph.D
Topología Típica de Conversores
Turbina eólica
IM
Generador de
Inducción jaula de
ardilla
Back to back

Red
Control Convencional de
Conversores
Turbina
Eólica
Conversor conectado al
rotor
Conversor conectado a
la red
Red

Conversor Back-to-Back
Control Convencional del
Conversor Front-End
 e Li q vgd
E*
e Li d
PI
i *d
E
Ig
PI
e
PI
j e
i
2/3
i *q
iq
e  j e
iabc
3/2
id
e
tan 1
v s
v s
3/2
Phase Locked Loop
vag
vbg
vcg
vαg
3/2
vβg


PI

˄
ejθ
˄
θe
˄

e
Phased Locked Loop
β
e
˄

e
α
Modelo de Pequeña Señal

+
-
1
s
PI
Lugar de la Raíz
Polo de
Lazo cerrado
o
Cero del
controlador
Línea de
=cte.
x
Dos integradores
PI+Planta
Control del Front-End Considerando
PLL
 e Li q vgd
e Li d
E*
PI
i *d
i *q
PI
E
Ig
i
e j e
PI
2/3
iq
iabc
e  j e
id
e
3/2

PI


˄
ejθ
PLL
vg
vβg
3/2
Control Utilizando Secuencia Positiva y
Negativa
q+
q-
β
ωe
d+
θe+
α
θe-
Stationary
frame
dωe
Control de Secuencia Positiva y
Negativa
Sistema Trifásico
de fasores
desequilibrado
Sistema de
Secuencia Positiva
V
c
V
c
V
a
V
b

V
c
V
a
==
V
b
Sistema de
Secuencia Negativa


+
V
b

Sistema de
Secuencia Cero

V
c
V
a

+
V
b
0
V
0 a
0
vaf- vbf-
vcfvaf
+
+ +
PWM
idf+
+
vdf*
*+
vbf+
v
2/3
+
+
v
Lf
Positive Sequence Control
e
*+
v
DFIG
iaf, ibf
e
i f
2/3
PI
j v
vqf*
if
+
e
v
vafvbfv cf
+ PI
iqf+
PI
idf+
Notch
filter
iqf+
idf-
j v
iqfidf-
vf* 2/3
PI
*
iq
-j v
v

*
- +id
+
idL-
+
+
PI
iqfPI
e-jv
vf* -
iqL-
Negative Sequence Control
vs
vas, vbs
v
2/3
vqs+
PI
e-jv
v s
v

e
PLL
E
- + E*
+Q
Q
*
Ejemplo de Control
Utilizando Secuencia
Positiva y negativa
Filtros Notch
Polo del Notch
s 
Filtro  2
2
s  2 e s  e
2
2
e
Zero del Notch
X o
DSC Delayed Signal Cancellation
Método Alternativo Para Separar
Secuencias
T es el período de la fundamental
DSC Delayed Signal Cancellation
Para Separación de Secuencias
Vd c


I dq
dq+
αβ

I

dq
αβ

Edq


dqdq+
αβ
I 
abc


1/2

1/2

Delay
T/4
j
V
SINCRONIZACION


~


~
αβ
1/2
Vabc
αβ
abc

dq-
I abc
αβ
~
E
Delay
T/4
j


dq

1/2
Clasificación de Fallas
• Dip Tipo A: Las tres fases sufren una variación
de voltaje de igual magnitud, por ende, no se
producen desequilibrios ni desfases adicionales
a los que posee un sistema trifásico simétrico.
• Dip Tipo B: Una fase sufre una disminución de
voltaje, mientras las dos fases restantes no se
ven afectadas. Por ende, el sistema trifásico
pierde su condición de simétrico y se generan
desfases y componentes de secuencia cero y
negativa.
Clasificación de Fallas
• Dip Tipo C: Dos fases sufren disminuciones de
voltaje que no necesariamente poseen la
misma amplitud, mientras la fase restante no
se ve afectada. Por ende, el sistema trifásico
pierde su condición de simétrico y se generan
desfases y componentes de secuencia cero y
negativa.
• Dip Tipo D: Las tres fases sufren disminuciones
de voltajes de distintas amplitudes. Este es el
caso más grave.
Control ante Condiciones de Fallas
• Habitualmente se asume que el voltaje del DC
link, en el conversor back to back se mantiene
constante.
• El voltaje se mantiene constante regulando el
torque de la máquina o a través de un dispositivo
auxiliar. Por ejemplo un chopper que quema el
exceso de energía en el DC-link.
• Generalmente se asume que la turbina eólica
sigue funcionando completamente desacoplada
de la red por el enlace DC.
Control por Potencia Activa Constante
El voltaje E corresponde a la red y la corriente I corresponde
a la salida del conversor front-end.
Control por Potencia Activa Constante
• Desarrollando la ecuación anterior y separando parte
real e imaginaria se obtiene:
• Donde:
Control por Potencia Activa Constante
Control por Potencia Activa Constante
Existen solo cuatro grados de libertad, por lo tanto solo se pueden controlar
cuatro variables. Se eligen:
Control por Potencia Activa Constante
Normalmente se elige

P0 _ ref


I d
I q
I
Q0 _ ref

q _ ref

PI

I

dq
I

dq
E

dq
E
Vdc

Vd
ωL
ωL
PI
E

dq





q

I
I
Ed



d
V
ωL
ωL


PI


E

q
dq
αβ


E

dq
I abc
αβ
abc
Sep. Secuencia
NOTCH -DSC


Sep. Secuencia
NOTCH -DSC
Vabc
αβ
abc
Sep. Secuencia
NOTCH -DSC

SINCRONIZACION


~
Vq
Edq
Sep. Secuencia
NOTCH -DSC
~


dq

~
I q_ ref

d

q
PI
V
I





I dq
Controlador de Corriente, “Eje Rotatorio de
Referencia Negativo”
I q_ ref

αβ
Vq


V
dq
CALCULO DE
REFERENCIAS
DE CORRIENTE
CVCDPV1-2 y 3
Pc 2 _ ref
Ps 2 _ ref
Ed
SVM
I dc _ ref
º
I
Controlador de Corriente, “Eje Rotatorio de
Referencia Positivo”
Requerimiento de LVRT en España
Voltaje [%]
100%
90%
15%
0.01
0
150
700
Tiempo [ms]
Ocurre Falla
3000
Requerimiento de LVRT en España
Relación Corriente Reactiva
a Corriente Nominal [%]
Zona de inyección
De Reactivos
100%
Alza de Voltaje
110%
50%
-10%
Baja de Voltaje
Baja muerta alrededor
del voltaje nominal
-100%
Zona de consumo
De Reactivos
130%
[%] de Voltaje Nominal
Prueba Experimental de la estrategia
Va
Vb
Vc
200
160
120
Voltaje [V]
80
40
0
-40
-80
-120
-160
-200
1.9
2.9
Tiempo [s]
Dip B. Se reduce a un 70% del valor nominal en Fase A
Prueba Experimental de la estrategia
Corrientes de Secuencia Positiva
Control Cancelando Armónicos de
Doble frecuencia en la potencia
Prueba Experimental de la estrategia
Va
Vb
Vc
200
160
120
Voltaje [V]
80
40
0
-40
-80
-120
-160
-200
1.9
2.9
Tiempo [s]
Dip B. Se reduce a un 70% del valor nominal en Fase A
Prueba Experimental de la estrategia
Corrientes de Secuencia Positiva
Control Cancelando Armónicos de
Doble frecuencia en la potencia
Alternativa al Control D-Q.
El control Resonante
• El control resonante y el Control d-q son
equivalentes. Utilizando la transformada de
Fourier desplazada en frecuencia es posible
convertir un controlador desde - a d-q y
viceversa.
 j t
L( f (t )e
o
)  F (s  jo )
• Para referir una función de transferencia
desde el eje sincronico a el eje estacionario el
operador s es reemplazado por s-jo
Alternativa al Control D-Q.
El control Resonante
• Utilizando esta expresión se tiene:
Control PI
Control Resonante
Diagrama de Bode de un Controlador
Resonante
Magnitude (dB)
150
100
50
0
-50
10
1
10
2
10
3
Frequency (rad/sec)
10
4
10
5
Control
Control
Resonante
d-q
Controlador en
el plano “s”
Controlador en
el plano “z”
Gc ( s)  K c
s 2  2 n s   n2
Gc ( z )  K cz
s 2   o2
z 2  a1 z  a 2
z  b1 z  b2
2
Unity
circle
Z
Plane
Zero
Modulation
Delay
x
o
X
ωoTs
Control Resonante
Resonant
pole
Control Convencional de un Conversor
Front-End Utilizando Control Resonante
PLL
˄ e
Edc
Edc*

3/2
cos
Generador
cos
sin
-
+

PI

 
cos(θe)
PI
+
+
ia
i
3/2
i* -
X
+
sin(θe)
X
iβ
iβ* -
RC
v *
v β*
+
Control Resonante
2/3
ib
Edc
Control Resonante de Alto Orden
Controlador
Resonante
Fundamental
+
i *
i
0
-
+
i
-
0
+
i
2
2
K c1 s  2ns n
s2 o2
v
+
+
: : : : : : : :
nth harmonic
Kcn
2
s2  2nn s nn
2
s2 on
: : : : : : : :
m th harmonic
Kcm
2
s2  2nms nm
2
s2 om
SVM
+
+