Wind power integration: a study on wind turbines modelling and their impact on power systems

Wind power is among the world's fastest growing renewable sources: this may cause a significant reduction in power quality, reliability and stability. This thesis analyzes the performance of three different popular wind generators: the squirrel-cage induction generator (SCIG), the doubly-fed induction generator (DFIG), and the permanent-magnet synchronous generator (PMSG). In order to improve power quality and maintain the stable output generated from SCIG wind farm, this thesis presents also a hybrid controller based on proportional-integral (PI) and fuzzy logic controller (FLC) techniques for adjusting the pitch angle, which is one of the most common methods for smoothing output power fluctuations. Because of relative small rating of the power converters, WT based on DFIG are very sensitive to grid disturbances and require additional protection for the rotor side power electronic converter, such as crowbar protection. In this segment, two layouts of rotor crowbars that have more merits will be compared. To improve the SCIG's low voltage ride through (LVRT) characteristics, this thesis presents recently developed control strategies for a variable-speed wind power generation DFIG (Doubly-fed Induction Generator) located closely to the SCIG-based wind system by utilizing the control capability of fuzzy logic technique. The proposed control system regulates effectively reactive power output of the DFIG wind turbine by controlling both grid-side and rotor-side converters to compensate the reactive power absorbed by the SCIG-based wind turbine.

L'energia eolica è tra le fonti rinnovabili a più rapida crescita nel mondo: questo ha effetti non trascurabili in termini di power quality, affidabilità e stabilità dei sistemi elettrici. Questa tesi studia il comportamento dei tre generatori eolici più comuni: il generatore ad induzione a gabbia di scoiattolo (SCIG), il generatore asincrono a doppia alimentazione (DFIG), e il generatore sincrono a magneti permanenti (PMSG). Per migliorare la power quality delle turbine equipaggiate con tecnologia SCIG, in questa tesi viene studiato un controllore PI ibridato con tecniche di fuzzy logic (FLC) per regolare l'angolo di calettamento (pitch angle), che è uno dei i metodi più comuni per ridurre le oscillazioni di potenza prodotta. Le turbine basate su DFIG sono più sensibili ai disturbi della rete e richiedono una protezione aggiuntiva (crowbar) per il convertitore elettronico lato rotore. In questa tesi, si confronteranno due configurazioni di crowbar tra le più promettenti. Per migliorare il comportamento delle turbine SCIG rispetto ai guasti di rete (LVRT), questa tesi presenta infine una strategia di controllo basata sull’accoppiamento con una turbina DFIG. utilizzando la capacità di controllo della logica fuzzy. Il sistema di controllo proposto può regolare la potenza reattiva della turbina eolica DFIG controllando in maniera efficace i convertitori lato rete e lato rotore per compensare la potenza reattiva assorbita dalla turbina eolica con rotore a gabbia di scoiattolo.