Design and simulation of a doubly-fed induction generator (DFIG)

Abstract

Los generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG) se utilizan ampliamente en el sector de la ingeniería eléctrica. El ejemplo más notable de la aplicación de los DFIG son las turbinas eólicas. Cuando se combinan con un convertidor back-to-back, los DFIG permiten que las turbinas eólicas funcionen a diferentes rangos de velocidad. En lugar de tener una velocidad fija de la turbina, como ocurría en las primeras turbinas, los DFIG pueden alcanzar varias velocidades óptimas alimentando el rotor con corrientes de diferentes frecuencias. Esto se consigue con unas pérdidas de potencia y un coste reducidos en comparación con otras alternativas. En la primera parte de este proyecto se comparan varias alternativas a un motor DFIG. En segundo lugar, hacemos un análisis exhaustivo del marco directo y cuadratura (dq), y su aplicación a los DFIG. También describimos el control vectorial de este tipo de motores. En tercer lugar, modelamos e implementamos un DFIG en la plataforma Workbench de Sciamble. Simulamos nuestro modelo y analizamos los resultados bajo diferentes condiciones. El modelo incluye una interfaz de electrónica de potencia adecuada, compuesta por un estimador de posición del rotor y dos controladores proporcionales integrales (PI) para la velocidad y las corrientes del rotor.

Doubly-fed induction generators (DFIGs) are widely used all around the electrical engineering sector. The most notable example of the implementation of DFIGs is wind turbines. When combined with a back-to-back converter, DFIGs enable wind turbines to operate at different speed ranges. Instead of having a fixed turbine speed, as early turbines used to, DFIGs can reach various optimal speeds by feeding the rotor with currents of different frequencies. This is done with reduced power losses and cost when compared to other alternatives. The first part of this project compares various alternatives of DFIGs. Secondly, we do a thorough analysis of the direct and quadrature (dq) frame, and its application to DFIGs. We also describe the vector control of this type of motor. Thirdly, we model and implement a DFIG in the Sciamble’s Workbench platform. We simulate our model and analyze the results under different conditions. The model includes an appropriate power electronics interface, composed of a rotor position estimator and two Proportional Integral (PI) controllers for the speed and rotor currents.