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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Development and evaluation of second generation wind turbine generator generic models in the power system toolbox : Desenvolvimento e avaliação da segunda geração de modelos genéricos de turbinas eólicas no power system toolbox
Title Alternative: Desenvolvimento e avaliação da segunda geração de modelos genéricos de turbinas eólicas no power system toolbox
Author: Motta, Rafael Tavares, 1990-
Advisor: Dotta, Daniel, 1978-
Abstract: Resumo: Turbinas eólicas (WTGs) são equipamentos sofisticados cujo comportamento dinâmico detalhado requer uma grande quantidade de parâmetros e estados para ser modelado. Isto constitui um grande problema para estudos de estabilidade transitória, uma vez que a modelagem detalhada de um parque eólico demandaria um enorme esforço computacional. Neste contexto, foram conduzidos muitos esforços no desenvolvimento de modelos simplificados e genéricos de turbinas eólicas adequados para estudos de estabilidade transitória. Este trabalho detalha a implementação da segunda geração de modelos genéricos de turbinas eólicas Tipo-3 e Tipo-4 desenvolvidos pelo Conselho Coordenador de Eletricidade do Oeste (WECC) no Power System Toolbox (PST), um pacote de simulação em MATLAB desenvolvido para estudos dinâmicos. Motivações e características gerais para os modelos de segunda geração para estudos dinâmicos são apresentados adiante. O contexto histórico referente ao desenvolvimento dos modelos de segunda geração também é brevemente discutido com o objetivo de contextualizar o leitor. Esta dissertação continua com a descrição das equações algébrico-diferenciais (EADs) que descrevem os modelos de segunda geração implementados. Tais equações são deduzidas a partir dos diagramas de blocos dos modelos, também fornecidos neste documento. Os modelos linearizados dos modelos genéricos são deduzidos a partir das EADs também apresentadas neste trabalho. Além disso, detalhes referentes à implementação no PST dos modelos genéricos implementados neste trabalho são abordados. São executadas análise de estabilidade transitória e análise de pequenos sinais nos modelos Tipo-3 e Tipo-4 implementados com o objetivo de verificar seus desempenhos. Por esta razão, detalhes referentes à implementação no PST de simulações no domínio do tempo e análise linear também são apresentados. Resultados comparativos entre simulações no PST e simulações em outras ferramentas computacionais, nominalmente o Siemens PSSE, são apresentados com o objetivo de validar os modelos implementados. Escolheu-se como sistema teste um sistema do tipo gerador-barra infinita (SMIB). Resultados aceitáveis foram obtidos das simulações comparativas. Adicionalmente, uma ampla variedade de estratégias de controle e parâmetros dos modelos são avaliadas por simulações lineares e não-lineares. Observa-se que a estabilidade transitória do sistema pode depender da estratégia de controle habilitada. Parâmetros chave para cada estratégia de controle adotada são avaliados através de simulação linear. As principais contribuições desta pesquisa são: a) apresentar as EADs que descrevem a estrutura modular dos modelos de segunda geração Tipo-3 e Tipo-4; b) exibir uma abordagem clara de implementação dos modelos no PST; c) executar análise de estabilidade transitória e análise de pequenos sinais no PST

Abstract: Wind Turbine Generators (WTGs) are sophisticated devices whose detailed dynamic behavior requires an expressive amount of parameters and states to be modeled. This constitutes a major drawback for transient stability studies, as the detailed modeling of a wind farm would demand an immense computational simulation time. In this context, efforts were conducted towards the development of simplified and generic WTG models suitable for transient stability studies. This work details the implementation of the Western Electricity Coordinating Council (WECC) second generation of Type-3 and Type-4 WTGs generic models in the Power System Toolbox (PST), a MATLAB-package designed for stability studies. Motivations and general characteristics of generic models for dynamic studies are further presented. The historical background regarding the development of WECC second generation generic models is briefly discussed in order to contextualize the reader. This dissertation continues with the description of differential-algebraic equations (DAEs) that describe the implemented second generation models. Such equations are deduced from the block diagram structure of the models, also provided in this document. Furthermore, the linearized models are derived from the DAEs equations also presented in this work. In addition, details regarding the implementation in the PST of the WTGs models addressed in this work are presented. Transient stability analysis and small signal analysis are performed in the Type-3 and Type-4 generic models developed in this research to assess the performance of such models. For this reason, details regarding the implementation in the PST of time-domain and linear analysis simulations are also discussed. Comparative results between simulations in PST and simulation in other commercial tools, namely the Siemens PSSE, are presented in order to validate the implemented models. A single-machine-infinite-bus (SMIB) system is chosen as test-system. Similar results between PST and PSSE were obtained from the comparative simulations. Additionally, a wide variety of control philosophies and models' parameters are evaluated using non-linear and linear analysis. It is observed that the transient behaviour of the system may be influenced by the enabled control strategy. Key parameters related to each control philosophy are evaluated using linear analysis. The main contributions of this research are: a) to present the DAEs that describe the modular structure of second generation Type-3 and Type-4 generic models and the interface between the machine and the network; b) to exhibit a clear approach for implementing the models in PST; c) to perform transient analysis and small-signal analysis in PST
Subject: Sistemas de energia elétrica
Sistemas de energia elétrica - Estabilidade
Energia eólica
Dinâmica de sistemas
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: MOTTA, Rafael Tavares. Development and evaluation of second generation wind turbine generator generic models in the power system toolbox: Desenvolvimento e avaliação da segunda geração de modelos genéricos de turbinas eólicas no power system toolbox. 2019. 1 recurso online (136 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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