Parallelization of medium voltage generator-side converters for multi-MW wind turbines : comparison of two topological alternatives

With the increase in the power rating of offshore wind turbines power electronics solutions based on multiple power conversion lines operating in parallel are getting increasing attention. This work focuses on the parallelization of Medium Voltage (MV) generator side converters for Permanent Magnet Synchronous Generators (PMSG) and on their differences from the Low Voltage (LV) counterparts, which are more commonly investigated. In particular, in this work, it has been considered two solutions for the parallel operation of such Voltage Source Converters (VSCs) which are based on isolated DC busses and have different topologies of the magnetic components as InterPhase Transformers (IPT) and independent inductors. These solutions have been compared in terms of circulating current, ease of control, and system performance under different operating conditions including interleaving technique. A specific controller has been proposed that overcomes the main drawbacks of the IPT configuration, proving its overall superior performance compared to the one with independent inductors.

Con l’aumentare della potenza dei parchi eolici di tipo offshore, l’elettronica di potenza basata sull’utilizzo di più linee di conversione che operano in parallelo, assume sempre di più un'attenzione crescente. Questo lavoro di tesi si è incentrato sullo studio di convertitori elettronici di potenza, operanti in configurazione parallele, in media tensione (MT), per sistemi di turbine eoliche che presentano l’utilizzo di generatori sincroni a magneti permanenti (PMSG). La tipologia di convertitori in parallelo esaminata è basata sulla configurazione che presenta il collegamento del DC bus in modo separato. Per il collegamento tra generatore e i due convertitori, si è scelto di utilizzare due soluzioni di componenti magnetici: il trasformatore interfase (IPT) e gli induttori accoppiati a tre colonne. Queste due alternative sono state confrontate in termini di corrente di circolazione, facilità del controllo e prestazioni del sistema in differenti condizioni operative, comprendenti anche la tecnica interleaving. Un controllo specifico è stato proposto nel sistema con il trasformatore interfase, al fine di risolvere gli inconvenienti principali che si sono presentanti in tale configurazione. Dal confronto tra le due soluzioni proposte è emerso che: la configurazione con il trasformatore interfase presenta delle prestazioni superiori rispetto alla configurazione con gli induttori accoppiati.