Estudio de la conexión de generadores de inducción doblemente alimentados mediante conversores modulares matriciales multiniveles (M3C) en generación eólica

Abstract

En el presente trabajo de título se simula y analiza la operación de generadores eólicos de inducción doblemente alimentados empleando conversores matriciales modulares multiniveles en condiciones de operación normal y fallas en la red. La generación eólica emplea principalmente máquinas de inducción doblemente alimentadas, cubriendo cerca del 50 % de las instalaciones existentes. Esta máquina tiene como principal ventaja que el conversor se conecta en el rotor, dimensionándose sólo para una potencia de un 30 % de la capacidad nominal de la máquina, lo que hace a este más económico. Además, se puede controlar la potencia activa y reactiva inyectada a la red. Sin embargo, tanto la capacidad para manejo de fallas, los nuevos requerimientos de LVRT y los crecientes aumentos de potencia de las unidades (llegando a 12 MW) requieren topologías cada vez más robustas de conversores. Lo anterior debido a que los estatores de estas máquinas se encuentran conectados directamente a la red, que en caso de falla, provoca un flujo magnetizante elevado generando sobretensiones en el rotor, las que si no son sostenidas por el conversor, provocan fuertes sobrecorrientes, dificultando cumplimiento de los requerimientos en caso de fallas. Recientemente se ha sugerido que los conversores matriciales modulares multiniveles pueden tener una buena respuesta durante corto circuitos trifásicos, y se sugiere su investigación en la aplicación de fallas asimétricas (Las que tienen una ocurrencia en torno al 88 % de las fallas en los sistemas de potencia). Sin embargo, aún no se ha probado ni implementado durante operación normal ni en fallas. Para el estudio, se simula un control que permite la operación frente a requerimientos de red (LVRT), seguimiento de máxima potencia y control del balanceo del M3C empleando un modelo del conversor basado en la transformación lineal αβ0 2 . Para la operación normal, se prueba buena dinámica en el balanceo de los condensadores. Se analiza la operación del conversor frente a fallas simétricas y asimétricas, estudiando las máximas tensiones que el convertidor puede sintetizar en el rotor. Se demuestra que el conversor es capaz de operar en la totalidad de una falla trifásica en ciertas condiciones del DFIG, y tiene mayor respaldo frente a fallas asimétricas que las encontradas en conversores tradicionales. Las simulaciones son efectuadas para un modelo de DFIG de 6 MW 4 kV implementadas en el software PLECS y MATLAB, para validar la operación en condiciones normales y frente a fallas.