Sistema de conversão de energia eólica de alta eficiência utilizando o conversor delta tipo-T e minimização das perdas da máquina baseada em modelo

Abstract

Este trabalho apresenta o estudo de características que permitem elevar o rendimento de um sistema de conversão de energia eólica, dividido em três parte principais: estudo da máquina, do conversor e de umaestratégia de modulação escalar. A primeira parte se concentra na modelagem da máquina e na implementação de uma estratégia de minimização das perdas elétricas. A segunda apresenta uma topologiatrês-níveis com inserçãao de interruptores em delta do lado CA, a qual acresce a quantidade de vetores redundantes no espaço vetorial, permitindo escolher sequências de comutação que reduzam as emissões demodo comum ou as perdas por conduc~ao dos interruptores, gerando elevado rendimento. Por fim, o estudo trata de uma estratégia de modulação escalar que pode ser utilizada tanto em retificadores e inversorescomo em sistemas em back-to-back três-níveis, eliminando a ondulação de tensão de baixa frequência originada pela corrente de ponto central e as consequentes perdas geradas. Um protótipo de 10 kW contendo dois conversores da topologia estudada, baseados em dispositivos de SiC e conectados em back-to-back, foi construído para validar a análise teórica e para realizar a conexão de uma máquina de imãs permanentes,emulando um aerogerador, à rede elétrica. São fornecidos detalhes de implementação prática, como a substituição da tecnologia de capacitores e a ondulação da corrente no indutor do conversor conectado à rede bem como a metodologia adotada para o projeto dos controladores e envio dos sinais de comando dos interruptores. Resultados experimentais são apresentados, validando a análise teórica.<br>

Abstract : This work presents a study of the characteristics that allow an efficiency increase in a wind energy conversion system, which is partitioned into three main parts: machine analysis, topology and scalar modulation strategy. The first part focuses on the machine modelling and implementation of a electric loss minimization technique. The second presents a three-level topology with delta connected switches at the ac terminals. This brings an increase in the number of redundant states in the space vector plane, allowing the designer to choose switching sequences that may reduce common mode voltage emissions or the conduction losses of the switches, increasing efficiency. Lastly the study focuses on a scalar modulation technique, which may be used in thre-level rectifiers, inverters or back-to-back connected converters, eliminating the low frequency voltage ripple, caused by the central point current into the dc bus, and the associated losses. A full SiC back-toback 10-kW prototype was designed in order to validate the theoretical analysis and to connect a wind turbine to the grid. Practical design details are provided, such as the substitution of the capacitor technology and the current ripple at the grid connected converter, and the methodology for the controller design and command signals are shown. Experimental results are presented to validate the performed analysis.