Modelització i control d'un sistema de generació elèctrica de turbina de vent

Premi al millor Projecte de Fi de Carrera presentat durant el curs 2006-2007 en l'àmbit d'Energies Alternatives que atorga CÀTEDRA ENDESA REDAquest projecte tracta el desenvolupament d'un model dinàmic de simulació d'un sistema de generació de turbina de vent de velocitat variable amb aspes orientables i generador d'inducció doblement alimentat a través d'un convertidor voltage-source back-to-back per tal de simular els transitoris produïts per canvis en el vent i pertorbacions de la xarxa que no són correctament reproduïts pels models simplificats estàtics que se solen emprar en la simulació de parcs eòlics. S'analitza la modelització tenint en compte la dinàmica mecànica i elèctrica i es tracta el disseny del control tant a nivell d'estratègia d'extracció de la màxima potència del vent com a nivell de control del convertidor, posant especial èmfasi en aquesta part amb un estudi detallat del control vectorial de màquines d'inducció doblement alimentades. Finalment, es presenta el resultat de la simulació d'un assaig de sot trifàsic reproduint les condicions d'un assaig real realitzat sobre un aerogenerador del qual es coneixen els paràmetres i es disposa de dades enregistrades durant l'assaig.Award-winnin

Control of doubly fed induction generators under balanced and unbalanced voltage conditions

The present chapter presents a control technique to deal with the control of doubly fed induction generators under different voltage disturbances. Certain current reference values are chosen in the positive and negative sequences so that the torque and theDCvoltage are kept stable during balanced and unbalanced conditions. Both rotor-side and grid-side converters are considered, detailing the control scheme of each converter while considering the effect of the crow-bar protection. The control strategy is validated by means of simulations.Postprint (published version

MVDC network balancing for increased penetration of low carbon technologies

This paper outlines the case for using Medium Voltage Direct Current (MVDC) (5-50 kV) elements in distribution systems as a means to accelerate the deployment of low carbon technologies. The approach uses existing cable and overhead assets, originally designed into the ac system for security purposes. By selective conversion to dc, an inter GSP (grid supply point) balancing network can be created with modifications only required at substations. This approach allows for increased network transfer capability without increasing fault level as would be the case with conventional interconnection. Using data from a real-world Scottish suburban distribution network, the benefits and barriers to such an approach are examined. Power flows for the existing network are benchmarked under various present day and future loading scenarios. Controllable MVDC links are introduced to the network and power flow studies used to assess the value of such an approach to network reinforcement. Cost estimates for such a scheme are projected using data from industrial trials

Decentralized control of a nine-phase permanent magnet generator for offshore wind turbines

2nd Place, Best paper award de la revista "IEEE transactions on energy conversion" atorgat per la IEEE Power and Energy SocietyThis paper presents a decentralized current control approach for a nine-phase wind turbine generator. This type of generator has three different three-phase stators sharing the same machine yoke and connected to the grid by means of three different voltage source back-to-back power converters. Due to the machine configuration, magnetic couplings are present between the three stators, complicating the design and implementation of the machine current controllers. Rather than a centralized control approach, this paper proposes a methodology to design a decentralized machine control to regulate the active and reactive power flowing through each stator independently. A complete dynamic analysis is performed in order to design the controller to reduce the coupling effects within the machine, while ensuring a proper dynamic performance. The control strategy is validated through simulation and experimental results.Award-winningPostprint (author's final draft

A new fast-acting backup protection strategy for embedded MVDC links in future distribution networks

This paper presents a new fast-acting backup protection strategy for future hybrid ac-dc distribution networks. By examining the impedance measured by a distance protection relay measuring from the “ac-side” of the network, a unique characteristic is established for faults occurring on the “dc-side” of an embedded medium-voltage dc (MVDC) link, interconnecting two 33 kV distribution network sections. Based on the identified impedance characteristic, appropriate settings are developed and deployed on a verified software model of a commercially available distance protection relay. To remain stable for ac-side faults, it is found that the tripping logic of the device must be altered to provide correct time grading between standard, ac, protection zones and the fast-acting dc region, which can identify faults on the dc system within 40 ms. An additional confirmatory check is also employed to reduce the likelihood of mal-operation. Trials on a test system derived from an actual distribution network, which employs distance protection, are shown to provide stable operation for both ac-side and dc-side pole-pole and pole-pole-ground fault

Real-time optimization-based reference calculation integrated control for MMCs considering converter limitations

© 2021 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting /republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other worksThe paper addresses a real-time optimization-based reference calculation integrated with a control structure for Modular Multilevel Converters (MMC) operating under normal and constrained situations (where it has reached current and/or voltage limitations, e.g. during system faults). The algorithm prioritizes to satisfy the Transmission System Operators (TSO) AC grid current demanded set-points. The constrained optimization problem is formulated based on the steady-state model of the MMC, whereby the prioritization is achieved through distinct weights defined in the Objective Function’s (OF) terms. The resultant optimization problem, however, is highly nonlinear requiring high computation burden to be solved in real-time. To overcome this issue, this paper applies a Linear Time-Varying (LTV) approximation, where the nonlinear dynamics of the system are represented as constant parameters, while a Linear Time-Invariant (LTI) system is used to formulate the optimization constraints. The converter's current references are determined in real-time by solving a constrained linearized optimization problem at each control time step, considering the TSO's demands, the current MMC operating point and its physical limitations. Finally, the linearized-optimization problem is integrated with the MMC controllers and evaluated under different network conditions, where the results indicated that method can be potentially employed to obtain the MMCs current references.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Electromechanical modelling and control of a micro-wind generation system for isolated low power DC micro grids

This paper describes the modelling and control of a micro-wind generation system, based on an axial flux permanent magnet synchronous generator (PMSG), for isolated low power DC micro grids. The system consists of a micro-wind turbine including a furling tail, a PMSG, a three phase diode rectifier and a buck converter connected to a battery bank and a load. Furthermore, it incorporates a control system to extract the maximum power output from the wind turbine using the minimum possible number of sensors. The system is simulated in Matlab/Simulink to analyze the dynamical response and it is compared with the current IT-PE-100.Postprint (published version

Modelització i control d'un sistema de generació elèctrica de turbina de vent

Premi al millor Projecte de Fi de Carrera presentat durant el curs 2006-2007 en l'àmbit d'Energies Alternatives que atorga CÀTEDRA ENDESA REDAquest projecte tracta el desenvolupament d'un model dinàmic de simulació d'un sistema de generació de turbina de vent de velocitat variable amb aspes orientables i generador d'inducció doblement alimentat a través d'un convertidor voltage-source back-to-back per tal de simular els transitoris produïts per canvis en el vent i pertorbacions de la xarxa que no són correctament reproduïts pels models simplificats estàtics que se solen emprar en la simulació de parcs eòlics. S'analitza la modelització tenint en compte la dinàmica mecànica i elèctrica i es tracta el disseny del control tant a nivell d'estratègia d'extracció de la màxima potència del vent com a nivell de control del convertidor, posant especial èmfasi en aquesta part amb un estudi detallat del control vectorial de màquines d'inducció doblement alimentades. Finalment, es presenta el resultat de la simulació d'un assaig de sot trifàsic reproduint les condicions d'un assaig real realitzat sobre un aerogenerador del qual es coneixen els paràmetres i es disposa de dades enregistrades durant l'assaig.Award-winnin

Control of power electronic converters for the operation of wind generation

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

Modelització i control d'un sistema de generació elèctrica de turbina de vent

Premi al millor Projecte de Fi de Carrera presentat durant el curs 2006-2007 en l'àmbit d'Energies Alternatives que atorga CÀTEDRA ENDESA REDAquest projecte tracta el desenvolupament d'un model dinàmic de simulació d'un sistema de generació de turbina de vent de velocitat variable amb aspes orientables i generador d'inducció doblement alimentat a través d'un convertidor voltage-source back-to-back per tal de simular els transitoris produïts per canvis en el vent i pertorbacions de la xarxa que no són correctament reproduïts pels models simplificats estàtics que se solen emprar en la simulació de parcs eòlics. S'analitza la modelització tenint en compte la dinàmica mecànica i elèctrica i es tracta el disseny del control tant a nivell d'estratègia d'extracció de la màxima potència del vent com a nivell de control del convertidor, posant especial èmfasi en aquesta part amb un estudi detallat del control vectorial de màquines d'inducció doblement alimentades. Finalment, es presenta el resultat de la simulació d'un assaig de sot trifàsic reproduint les condicions d'un assaig real realitzat sobre un aerogenerador del qual es coneixen els paràmetres i es disposa de dades enregistrades durant l'assaig.Award-winnin