Notigers No 41 Abril 2009

NOTIGERS
Boletín Informativo No. 41
Abril de 2009
Simulación Dinámica de Plantas eólicas con NEPLAN
Continuación
Diferentes enfoques de modelado del simulador de NEPLAN en un ejemplo típico: Un DFIG (Double-Fed Induction Generator) conectado a una red externa.
Ejemplo de cómo ingresar un modelo simplificado de turbina eólica para realizar estudios sobre
la Red.
Ejemplo de cómo ingresar un modelo predefinido de turbina eólica con PWM y sus controladores
predefinidos.
Las Empresas de servicios públicos pueden estudiar la influencia de una planta eólica en su sistema de
potencia con el modelo simplificado de la turbina eólica de NEPLAN. Los datos de entrada son muy simples.
Se conecta la maquina a la barra y se agrega un símbolo de turbina eólica en el diagrama unifilar. La ventana
de diálogo de la turbina eólica incluye todos los parámetros para la velocidad del viento, la turbina y los
controladores. Esta es la forma más fácil de entrar un modelo de turbina eólica y sus controladores.
Se inicia insertando el DFIG, la turbina, el rotor y el PWM asociados a la Red. Luego, y con sólo un clic se
asignan los controladores PWM predefinidos. Eso es todo. Desde este momento se puede dar inicio a la
simulación dinámica, ya sea en modo DQ (para sistemas balanceados) o en modo ABC (para sistemas
desbalanceados).
External Grid
P=4.841 MW
Q=0.000 Mvar
F-28
P=15.584 MW
Q=-2.375 Mvar
30 kV
u=100.00 %
DFIG Example with:
- Rotor side PWM
- Stator side PWM
- Turbine controller
PCC
30 kV
u=100.00 %
Simple DFIG example
with multiple machines
BUS1
P=-15.584 MW
Q=2.375 Mvar
P=-4.841 MW
Q=0.000 Mvar
- All controllers are build up
with predefined turbine
and PWM controllers
TR2
Tap=0
TR3
Tap=0
P=4.500 MW
Q=0.200 Mvar
P=15.686 MW
Q=0.000 Mvar
P=0.341 MW
Q=0.019 Mvar
BUS2
3.3 kV
u=99.51 %
DFIG
P=-5.686 MW
Q=0.000 Mvar
DFIG2
P=-5.200 MW
Q=0.000 Mvar
DFIG3
P=-4.800 MW
Q=0.000 Mvar
WT
3.3 kV
u=100.10 %
TURB3
TURB2
TURB & ROTOR CTRL
U11
0.69 kV
u=100.07 %
P=-0.341 MW
Q=-0.019 Mvar
L1
WINDSPEED
P=0.341 MW
Q=0.037 Mvar
VW3
VW2
U12
0.69 kV
u=100.69 %
P=-4.500 MW
Q=-0.200 Mvar
NODE-R
3.3 kV
u=8.01 %
G1d
P=-0.341 MW
Q=-0.263 Mvar
DC
1.15 kV
u=115.00 %
P=0.341 MW
Q=0.263 Mvar
P=-0.341 MW
Q=0.000 Mvar
P=-0.341 MW
Q=-0.037 Mvar
P=0.341 MW
Q=0.000 Mvar
Dialog of the predefiend controllers
PWM-R
PWM-G
TURBINE
windspeed
DFIG-ROTOR-CTRL
PWM-GRID-CTRL
->click right mouse button, then
choose "Element Properties" in the
Popup-Menu to show the regulator
Crowbar-Protection
Block-Diagram of the crowbar
controller
->click right mouse button, then
choose "Subsystem" in the
Popup-Menu to show the regulator
Ejemplo de energía eólica con DFIG, Turbina y PWM
Curvas de salida: Ángulo del alabe y Potencia.
Ejemplo de cómo ingresar modelos de turbinas eólicas y controladores PWM utilizando el editor
de diagramas de bloques de NEPLAN.
Ejemplo de cómo definir modelos de turbinas eólicas y controladores PWM haciendo uso de las
funcionalidades NEPLAN - Matlab
NEPLAN ofrece todas las funcionalidades para crear la turbina y los controladores PWM a través de
diagramas de bloques de usuario. El diagrama de bloques se puede crear muy fácilmente con la función
gráfica de editor de bloques. NEPLAN tiene muchos bloques de funciones predefinidos disponibles. En caso
que se necesite un bloque de función que no esté disponible en NEPLAN, el usuario puede definir su propio
bloque de función (Ej. FFT, funciones matemáticas especiales, etc.).
NEPLAN ofrece la posibilidad de construir un modelo de turbina eólica con una biblioteca de vínculo dinámico
(DLL). Esto permite al fabricante ocultar su turbina y controlador en un formato binario. El desarrollo de un
controlador de este tipo se puede hacer con ecuaciones en Matlab en un formato binario. El desarrollo de un
controlador de este tipo se puede hacer con ecuaciones en Matlab. NEPLAN proporciona funcionalidades
con Matlab para crear automáticamente el archivo binario DLL que luego serán utilizados por el simulador
dinámico de NEPLAN. Los parámetros de los controladores pueden ser cambiados desde el cuadro de
diálogo de NEPLAN. Todas las variables o señales de entrada/salida de los controladores están disponibles
para uso externo. Esto permite, por ejemplo conectar cualquier señal/variable del modelo definido por el
usuario a cualquier variable del sistema.
W
Windspeed
UDBlock( 2 x 1 )
Time
NLF4
p
Time
Lambda
UDBlock( 2 x 1 )
Pwind
CP
Windspeed
Lamda
dWindspeed
CP
UDBlock( 3 x 2 )
Output
W
Twind
Pw/Tw
Tm
Wind
Input
Slack
W
SLACK
Windpower
Initial Windspeed
External Grid
P=4.821 MW
Q=0.000 Mvar
S la ck
PCC
30 kV
u=100.00 %
SLA CK- PR EF
WMPT
W
UDBlock( 1 x 1 )
P=-4.821 MW
Q=0.000 Mvar
PREF
p
MPT
Maximum Point Tracking
TR1
Tap=0
DFIG Example with:
- Rotor side PWM converter
- Grid side PWM converter
- P, Q and U-DC will be controlled
Constant
P=4.830 MW
Q=0.150 Mvar
TR
DUMMY
10 kV
u=100.14 %
W
Source
Constant
Integrator
KA/TA
x5
p
Limit1
BetaRef
p
WREF
Beta
Integrator
P=-4.493 MW
Q=-0.075 Mvar
p
LimitVR
dBeta
P=-0.336 MW
Q=-0.076 Mvar
TR3
Tap=0
TR2
Tap=0
Pitch Control
P=4.500 MW
Q=0.200 Mvar
Controladores de una turbina eólica construidos con la función de editor de Bloques de NEPLAN.
P=0.341 MW
Q=0.082 Mvar
U11
0.69 kV
u=100.50 %
WT
3.3 kV
u=100.32 %
P=-0.341 MW
Q=-0.082 Mvar
L1
Coordinate
Transformation
P=0.341 MW
Q=0.101 Mvar
U12
0.69 kV
u=102.10 %
P=-4.500 MW
Q=-0.200 Mvar
Input
ID2*COSPHIM
ˆ
IDR
ˆ
Input
ID2*SINPHIM
ˆ
IQ
DC
1.15 kV
u=115.00 %
NODE-R
3.3 kV
u=8.03 %
MD1*COSPHIM
ˆ
ID
MQ
ˆ
Output
MD
ˆ
Output
MD
G1d
MQ
MD1*SINPHIM
ˆ
P=-0.341 MW
Q=-0.264 Mvar
P=0.341 MW
Q=0.264 Mvar
P=-0.341 MW
Q=0.000 Mvar
- All controller models are user defined
- The controllers are build up as
"Symdef" file in Matlab.
- From Matlab a binary DLL File will be
automatically generated
- This binary model (DLL file) will be
selected in the dialog of the
user defined element
- The connection between the signals
of the conntrollers and the system
can be made very easily with
the "CCT-Signal-Block" element
P=-0.341 MW
Q=-0.101 Mvar
P=0.341 MW
Q=0.000 Mvar
IQ2*COSPHIM
ˆ
Input
COSPHIM
IQR
ˆ
Input
MQ1*COSPHIM
ˆ
COSPHIM
IQ2*SINPHIM
ˆ
Input
SINPHIM
Input
PWM-R
MQ1*SINPHIM
ˆ
PWM-G
Rotor Side PWM - Controller
SINPHIM
N-SIG1
N-CTRL1
Grid Side PWM - Controller
N-PWM-R
PI-Controller
PI-Controller
P & IQ
Input
LAG
IQ
IQM/TR
Source
P1
P
Q1
Q
IDR
IDR
N-SIG2
MD
IQM
CROWBAR
VDCREF
MQ
IQR
IQR
VD1
VD
VQ1
VQ
LAG
Input
LAG
P-DFIG
TMP
MQ
TMI
IQREF
Input
p
VDC
Input
P
ˆ
Integrator
TP
ˆ
ˆ
Constant
KP
Integrator
TIQ
ˆ
Integrator
p
Integrator
p
TV
TQ
Constant
Constant
p
MQ
Output
N-CTRL2
N-PWM-G
MD
VDC
VDC
IQ1
IQ
Q2
Q
MD
MD
MQ
MQ
CROWBAR
MQ
MQ1
Constant
KIQ
KV
PI-Controller
Q & ID
KQ
PI-Controller
User defined Controller
as *.dll file
Source
QREF
LAG
Input
LAG
Q-DFIG
TMQ
TMI
MD
Input
LAG
Integrator
p
Source
QREF
ˆ
Integrator
TQ
ˆ
Q
Integrator
ˆ
QM/TR
MD1
Constant
Constant
KQ
Constant
KD
KID
Output
p
TD
ˆ
TID
MD
Controladores PWM definidos como archivos DLL.
Las señales de entrada / salida puede estar
conectadas con otras variables en el sistema (por
ejemplo, P, Q del rotor del modelo DFIG)
Rotor y controladores de red PWM
www.gers.com.co
Lista de parámetros del controlador PWM los
cuales se definen en el archivo binario
definido por el usuario "UDM_CTRL_DFIGrotor".