Doubly fed induction generators for wind turbines – modeling the steady state

Zusammenfassung

Doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren erlauben in Verbindung mit Frequenzumrichtern den wirtschaftlichen Betrieb von drehzahlvariablen Windkraftanlagen der MW-Leistungsklasse. Im Vergleich zu drehzahlstarren Systemen bieten diese den Vorteil größerer Leistungsausbeute bei gleichzeitigem Beitrag zur Netzstützung. Da der Umrichter nur einen Teil der Anlagenleistung führt, können dessen Baugröße und Kosten reduziert werden. Die Vorhersage des Betriebsverhaltens anhand geeigneter mathematischer Modelle ist für den Generatorhersteller von entscheidender Bedeutung. Diese Arbeit skizziert anhand eines einfachen Maschinenmodells den grundlegenden Berechnungshergang. Auf ein detailliertes Simulationsmodell für stationäre Betriebszustände mit besonderem Augenmerk auf Sättigungs- und Verlust-Erscheinungen wird ebenso hingewiesen. Die Simulationsergebnisse werden mit Hilfe von Messungen verifiziert. Ferner werden auch Untersuchungen zur Spannungsqualität angestellt. Die von der gesamten Windkraftanlage erzeugten Oberschwingungsemissionen finden dabei besondere Berücksichtigung.

Summary

Doubly fed induction generators with frequency converters on the rotor side are well established for large wind power plants up to several MW. This technology concept represents some advantages compared to fixed speed generators such as variable reactive power control, higher energy yield and better power quality behaviour. Furthermore, only a fraction of the rated power has to be carried by the frequency converter, which reduces its size and cost and improves the efficiency. For the manufacturer of these generators it is important to predict with high accuracy the rotor current and voltage despite its saturation and non linear effects. Moreover, the power quality of such a grid connected plant is getting more and more important as the number of the installed plants is rapidly increasing and the grid codes are becoming stricter. That is why the prediction of the emitted harmonic current levels is of importance.