Sistemi di generazione e conversione per impianti eolici

This paper presents the study of power generation systems, conversion and interconnection for large-scale wind farms. The first part more general describes wind energy state of art, the principle of operation, the type and the fundamental components used. The aerodynamic conversion in wind turbines is analyzed, with particular attention to the charac-teristic power, the mechanical model, the torque control and to the stall and Pitch control strate-gies. Then the most promising types of commercially generator-converter configuration at a fixed speed, semi-variable and variable speed are presented. This work also presents a careful discussion on the power conversion devices for low and medium voltage wind energy systems, such as the Back to Back converters, the passive generator-side con-verters, the converters for multiphase generators and converters whitout intermediate dc-bus. The power interconnections are treated looking for the best configuration based on the available on-shore or off-shore wind farm, the series or parallel connection of wind turbines, AC or DC con-nection of wind turbines and the choice of HVAC or HVDC transmission from the wind farm to the connection point of the public grid.

Questo documento presenta uno studio sui sistemi di generazione, conversione ed interconnes-sione per impianti eolici di grande potenza. Nella prima parte più generale, vengono descritti lo stato dell’energia eolica, il principio di funzio-namento, la tipologia e la componentistica fondamentale dei sistemi di generazione eolica. Viene analizzata la conversione aerodinamica nelle turbine eoliche, con particolare attenzione alla potenza caratteristica, al modello meccanico, al controllo della coppia ed alle strategie di controllo di stallo e di Pitch. Successivamente verranno presentate le tipologie più promettenti di sistemi di aerogenerazione presenti in commercio, cioè la configurazione generatore-convertitore a velocità fissa, semi-variabile e variabile di maggiore utilizzo. Questo lavoro presenta inoltre una attenta trattazione sui dispositivi di conversione della potenza per sistemi ad energia eolica in bassa e media tensione, come il convertitore Back to Back, i con-vertitori passivi lato generatore, i convertitori per generatori multifase ed i convertitori senza dc-bus intermedio. Le interconnessioni di potenza sono trattate cercando la configurazione migliore in base alla di-sposizione on-shore oppure off-shore del parco eolico, il collegamento serie o parallelo delle tur-bine eoliche, il collegamento in AC o DC degli aerogeneratori e la scelta della trasmissione in HVAC o HVDC dal parco eolico al punto di allacciamento alla rete elettrica pubblica.