Modeling and simulation of a DFIG based wind energy conversion system

Abstract

Die folgende Diplomarbeit befasst sich mit der Modellierung und Steuerung von einem Windenergie- Erzeugungssystem, basierend auf einen doppelt gespeisten Induktionsgenerator (DFIG). Das mechanische System der Windturbine wird zuerst betrachtet und modelliert. Die dynamischen und stationären Zustandsgleichungen des Induktionsgenerators werden zusammen mit den Stromreferenzgleichungen vorgestellt, um das gewünschte Drehmoment und die Blindleistung des Generators zu erhalten. Zusätzlich wird die Modellierung des netzseitigen Systems behandelt, indem die notwendigen DC-bus und netzseitigen dynamischen Gleichungen für die Modellierung dieses Systems präsentiert sind. Wie in dem Fall des Induktionsgenerators sind die stationären Zustandsgleichungen ebenfalls präsentiert. Nachdem das gesamte System modelliert wird, ist das Steuerschema für das Windturbinensystem behandelt. Es besteht aus einer Hochpegelsteuerung, welche das gewünschte Drehmoment sowie die gewünschte Blindleistung erzeugt und aus den Stromreglern, die für die Maschinenseite- und Netzseitesteuerung, sowie für den DC-busspannungsregler erforderlich sind. Jeder Teil des Systems wurde individuell modelliert und die Steuereung wurde für jeden Teil unabhangig entworfen. Demgemäß ist das gesamte System in den durchgeführten Simulationen betrachtet, um das Verhalten des Modells zu beobachten und die vorgeschlagene Steuerung zu validieren.

The following thesis addresses the modelling and control of a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based wind energy generation system. The wind turbine mechanical system is rst considered and modelled. The DFIG dynamic and steady-state equations are presented, along with the current reference equations in order to obtain the desired torque and reactive power owing through the machine. In addition to the DFIG, the grid-side system modelling is also handled, in which, the DC-bus and grid-side dynamic equations, needed for the modelling of this system are presented. Also, as in the case of the DFIG, the steady state equations are also showcased. Having the entire system modelled, the control scheme for the wind turbine system is addressed. It contains the High-level control from which the optimal torque and desired reactive power are obtained as well as, the current controllers needed for the machine side control and those required for the grid-side control, along with the DC-bus voltage regulator. Since the systems have been modelled individually and the control for them has been designed independently, the whole system is considered in the simulations. They are carried out in order to observe the behavior of the modell and to validate the control proposal implemented.