Referente

5.0 Doubly-fed back-to-back two level voltage source converter

The two level voltage source converter is the most widely used power processing converter for three phase motor drive applications. The converter matured during more than a decade in the drives industry, and was adopted by the wind turbine industry for use in large-scale wind turbines in the late nineties [1][6].

Since the back-to-back two-level voltage source converter seems to be the preferred converter topology in wind turbine applications, this chapter will explain the main operating principles and establish a foundation to compare the back-to-back two-level voltage source converter against the matrix converter.

5.0 doblemente alimentado back-to-back de dos niveles de tensión convertidor de fuente

Los dos niveles de tensión convertidor de fuente es el convertidor de potencia de procesamiento más utilizado para tres aplicaciones de accionamiento del motor de fase. El convertidor madurado durante más de una década en la industria de las unidades, y fue adoptado por la industria de turbinas de viento para uso en turbinas de viento a gran escala a finales de los años noventa [1] [6].

Dado que el back-to-back de dos niveles convertidor de fuente de tensión parece ser la topología de conversor preferido en aplicaciones de turbinas de viento, en este capítulo se explican los principios básicos de funcionamiento y establecer una base para comparar el back-to-back fuente de tensión de dos niveles convertidor contra el convertidor de matriz.

5.1 General Configuration

Although uni-directional power converters with diode rectifiers are operational, the most efficient operation is achieved by use of a bi-directional power converter. The back-to-back converter topology is shown in figure 3. 8

According to the operational principles of the wound rotor induction generator, a generator with a unidirectional converter can only operate either above or below synchronous speed. In these cases power can only travel to the rotor or from the rotor, deciding its operational speed. The back-to-back converter system is able to generate power both above and below synchronous speed. The configuration is often called “doubly fed induction generator” (DFIG), which emphasizes the ability to transfer power into or out of the rotor, as well as out of the stator.

Aunque convertidores de energía unidireccionales con diodos rectificadores están en funcionamiento, la operación más eficiente se logra mediante el uso de un convertidor de potencia bidireccional. La topología de conversor de back-to-back se muestra en la figura 3. 8

De acuerdo con los principios de funcionamiento del generador de inducción de rotor bobinado, un generador con un convertidor unidireccional sólo puede operar ya sea por encima o por debajo de la velocidad síncrona. En estos casos, el poder sólo puede dirigirse hacia el rotor o en el rotor, decidir su velocidad de funcionamiento. El sistema de convertidor back-to-back es capaz de generar energía por encima y por debajo de la velocidad síncrona. La configuración se denomina a menudo "generador de inducción doblemente alimentado" (DFIG), que hace hincapié en la capacidad de transferir energía en o del rotor, así como fuera del estator.

The back-to-back converter is connected between the rotor of the DFIG and the three winding transformer (to the grid), while the stator is connected directly to the transformer and then to grid. In this topology, the power converter is partially scaled requiring a rated power of about 30% of the overall generated power [6]. Advantages of using the partially scaled converters are that they are smaller and less expensive than the full-scale converters.

El convertidor de regreso a la parte posterior está conectado entre el rotor del DFIG y los tres devanados (a la red), mientras que el estator está conectado directamente al transformador y luego a la red. En esta topología, el convertidor de potencia se escala parcialmente que requiere una potencia nominal de aproximadamente 30% de la energía generada en general [6]. Ventajas del uso de los convertidores son parcialmente escala que son más pequeños y menos costosos que los convertidores de escala completa.

5.1.1 Power flow

An important property of the back-to-back converter is fast control of the power flow. The aim for the grid side converter and the rotor side converter is to achieve a voltage that satisfies the current demand on the generator and grid side. By controlling the power flow to the grid, the DC-link voltage can be held constant. The rotor-side converter is usually controlled to have an optimal power extraction from the wind and a specified reactive power at the generator terminal. Assuming that the converters are lossless, the net power injected by the generator to the grid is:

Una propiedad importante del convertidor back-to-back es un control rápido del flujo de potencia. El objetivo para el convertidor de lado de red y el convertidor del lado del rotor es lograr una tensión que satisface la demanda de corriente en el generador y el lado de la red. Al controlar el flujo de energía a la red, la tensión del enlace de CC puede mantenerse constante. El convertidor del lado del rotor está generalmente controlado para que tenga una extracción óptima de la energía del viento y una potencia reactiva especificada en el terminal de generador. Suponiendo que los convertidores son sin pérdidas, la potencia neta inyectada por el generador a la red es:

Pgen = Ps – Pr

Qgen = Qs 9

Where Ps and Qs are the active and reactive power going out of the stator. Pr is the active power injected by the rotor-side converter to the rotor circuit [6].

Donde Ps y Qs son la potencia activa y reactiva de salir del estator. Pr es la potencia activa inyectada por el convertidor del lado del rotor para el circuito del rotor

5.2 Principle of Operation

The back-to-back two level voltage source converter consists of two PWM power converters sharing a common DC link. The topology is shown in figure 5. These power converters are both bi-directional. In super-synchronous operation, the rotor-side converter operates as an inverter and the grid-side converter operates as a rectifier. In sub-synchronous operation the rotor power changes direction. This allows the system to track the optimum

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