Reconfiguration du dispositif de commande d’une éolienne en cas de creux de tension, Control reconfiguration of a doubly fed induction machine based wind generator to increase the low voltage ride through capability

Ling Peng

Description

Sous la direction de Bruno François, Yongdong Li
Thèse soutenue le 17 juin 2010: Ecole Centrale de Lille, Tsinghua
Avec le développement de l’éolien, les prescriptions techniques de raccordement de cette technologie obligeront le maintient de sa connexion lors d’incidents sur la tension du réseau électrique. L’enjeu pour le gestionnaire du réseau est de pouvoir utiliser tous les générateurs pour garantir la stabilité du système électrique.A partir d’un modèle dynamique d’une éolienne à base de Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA), une commande vectorielle améliorée a été proposée en prenant en compte la dynamique du flux statorique engendrée par la chute de tension. Les performances supérieures en terme de maintient de la production ont été établies par comparaison avec la méthode de commande classique. Son domaine d’utilisation a été également déterminé.Pendant les creux de tension importants, une protection matérielle (crowbar) est implémentée avec un contrôle de la démagnétisation de la MADA. En outre, de la puissance réactive peut être produite à la fois par la MADA et par le convertisseur connecté au réseau électrique au cours de la défaillance du réseau.Un contrôle vectoriel à hystérésis des courants pour les deux convertisseurs électroniques multiniveaux est proposé et évalué pour améliorer la réponse dynamique de ces convertisseurs et pour réduire les effets des variations des paramètres sur les performances de la commande. Selon la durée du défaut, des objectifs différents de contrôle doivent être réalisés en priorité pour empêcher des surintensités rotoriques et pour fournir de la puissance réactive. Une reconfiguration complète du dispositif de commande de cette éolienne est détaillée pour renforcer le maintient de la production éolienne lors de défaillances
-Machine asynchrone à double alimentation
-Creux de tension
-Insensibilité aux creux de tension
-Modélisation graphique
-Reconfiguration de la commande
-Eolienne
-Commande vectorielle
With the massive development of wind energy, the technical requirements for connecting this technology will require the improvement of the fault ride-through capability of grid-connected wind turbines. The task for the grid system operator is to use all generators to ensure the stability of the electrical system.From a dynamic model of a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based wind generator, an improved vector control has been proposed by taking into account the dynamics of the magnetic flux, which are generated by the voltage dip. The higher performances have been established by comparison with the conventional control method. The operation domain was also determined.During serious voltage dips, a hysteresis control scheme of the active Crowbar is proposed to protect the system within a demagnetization method of the DFIG. Moreover, additional reactive power can be produced both by the MADA and the grid-side converter in order to support the electric network during the grid fault.A space vector hysteresis current control strategy of both three-level converters is proposed to improve the dynamic response of the system and to reduce the parameter variation effects on the control performanceDepending on the grid fault duration, different control objectives have to be achieved with priority to restrain the rotor over-current or to supply reactive power. Then the reconfiguration scheme of the control strategies of high power DFIG wind turbine system is proposed to enhance the fault ride-through capability of the DFIG system. With this specific methodology, the DFIG can stay connected and can supply maximal reactive current during voltage dips to help voltage recovery
-Doubly fed induction generator
-Voltage dip
-Low voltage ride-through
-Graphical modeling
-Control reconfiguration
-Wind generator
-Vector control
Source: http://www.theses.fr/2010ECLI0005/document

Sujets

• Commande vectorielle
• Éolienne

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

N° d’ordre : 122

ECOLE CENTRALE DE LILLE



THESE

présentée en vue
d’obtenir le grade de


DOCTEUR

en

Spécialité : Génie Electrique

par

Ling PENG


DOCTORAT DELIVRE PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE


Titre de la thèse :
Reconfiguration du dispositif de commande
d’une éolienne en cas de creux de tension


Soutenue le 17 juin 2010 devant le jury d’examen :



Président Jianyun CHAI, Professeur, Tsinghua University
Rapporteur Maurice FADEL, Professeur à l’ENSEEIHT / INP Toulouse, LAPLACE
Rapporteur Dianguo XU, Professeur, Harbin Institute of Technology
Examinateur George BARAKAT, Professeur, Université du Havre, GREAH
Invité/Examinateur Jean DOREY, Directeur de l'Ecole Centrale de Pékin
Examinateur Lipei HUANG, Professeur, Tsinghua University, Chine
Codirecteur de thèse Yongdong LI, Professeur, Tsinghua University de thèse Bruno FRANCOIS, Maître de Conférences HDR, Ecole Centrale de Lille,
L2EP

Thèse préparée dans le Laboratoire L2EP à l’Ecole Centrale de Lille
et au département Génie Electrique de Tsinghua University

Ecole Doctorale SPI 072
tel-00584153, version 1 - 7 Apr 2011Partie 1 : Version originale en chinois

Partie 2 : Résumé étendu en français
tel-00584153, version 1 - 7 Apr 2011双馈风力发电系统的图形化建模
与低电压穿越控制研究
(申请清华大学工学博士学位论文)

培 养 单 位： 电机工程与应用电子技术
学 科： 电气工程
研 究 ： 彭 凌
指 导 教 师： 李 永 东 教 授


二○一○年五月
tel-00584153, version 1 - 7 Apr 2011 彭 凌
tel-00584153, version 1 - 7 Apr 2011
双馈风力发电系统图形化建模与低电压穿越控制研究关于学位论文使用授权的说明

本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：
清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包
括：（1）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可
以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；（2）
为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、
资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内
容；（3）根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，向国家
图书馆报送可以公开的学位论文。
本人保证遵守上述规定。
（保密的论文在解密后遵守此规定）

作者签名： 导师签名：
日 期： 日 期：


tel-00584153, version 1 - 7 Apr 2011摘 要
摘 要
随着风力发电在电力系统中所占比例的不断增大，提高风电机组接入电网
后在故障下的不间断运行能力变得非常重要。本文在双馈风力发电系统的图形
化建模、控制策略和低电压穿越方法几个方面进行了深入研究。
根据双馈风力发电系统各组成部分的数学模型，利用因果次序图和宏观能
量表示法对系统进行了建模，得到了整个系统的图形化表达方式。在此基础上
根据特定的求逆规则详细推导了风力机昀大功率点跟踪控制策略、基于定子磁
链定向的双馈发电机矢量控制策略、基于电网电压定向的网侧 PWM 变流器矢量
控制策略以及加入转子瞬时功率前馈补偿的直流母线电压控制方法，在理想的
电网条件下获得了很好的控制效果。
深入分析了电网电压跌落下双馈发电机的电磁暂态特性，在此基础上提出
了一种改进的双馈发电机矢量控制策略，在转子电流控制器中加入了表示定子
磁链动态变化的前馈补偿项，以抑制电压跌落不严重时转子中的过电流，并且
得出了该控制策略的可控运行区域。为了实现深度电压跌落下双馈风力发电系
统的不脱网运行，提出了一种基于有源能耗单元滞环控制的保护策略，并且配
合双馈发电机的灭磁控制，减少了保护电路的作用时间和发电机从电网吸收的
无功，而且还可以控制发电机和网侧变流器在故障期间向电网输出昀大的无功
功率，从而对电网起到支持作用。
针对风电机组向更大容量发展的趋势，采用三电平变流器构成了中压大容
量双馈风力发电系统。提出了一种空间矢量滞环电流控制方法&#