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The use of the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) for wind power generation has been consolidated mainly due the possibility to run at variable speed and decoupled active and reactive stator power control. However, there are still few solutions for wind energy conversion systems connecting the DFIG to the single-phase grid. Even the existing solutions in literature either operate at variable speed, or guarantee balanced three-phase machine voltages with constant frequency in order to feed three-phase loads without an additional converter. This work presents three novel wind energy conversion systems topologies, in order to connect the DFIG to the single-phase grid. The proposed systems use bidirectional CA-CC-AC converters with different number of legs that transform the single-phase grid voltage into balanced three-phase voltages at the generator stator terminals,aswellasathree-phaserotor-sideconverterthatguaranteesthegeneratoractive and reactive power control. In addition, a sensorless rotor position estimation technique was developed. Generator and converter models, pulse width modulation (PWM) and control strategies are presented. The comparisons between the topologies are performed in terms of minimum DC-link voltage and the power switches losses. Several scenarios are simulated, with and without connection of three-phase loads to the system, besides the converters power losses study. Experimental results are also presented and discussed, in order to verify the operation of the proposed topologies.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

O uso do Gerador de Indução Duplamente Alimentado (DFIG) na geração de energia eólica vem sendo consolidado devido, principalmente, à possibilidade de funcionamento com velocidade variável e controle de potência ativa e reativa fornecida pelo estator de modo desacoplado. Apesar disto, ainda existem poucas soluções de sistemas de conversão de energia eólica que conectam o DFIG à rede elétrica monofásica. Mesmo as soluções existentes na literatura, ou operam à velocidade variável, ou garantem tensões trifásicas balanceadas e com frequência constante nos terminais da máquina, de modo a alimentar cargas trifásicas sem a necessidade de um conversor adicional. Este trabalho apresenta três novas topologias de sistemas de conversão que servem de interface para a conexão do DFIG à rede elétrica monofásica. Os sistemas propostos utilizam conversores CA-CC-CA bidirecionais com diferentes número de braços que transformam a tensão da rede elétrica monofásica em tensões trifásicas equilibradas nos terminais do estator do gerador, além de um conversor trifásico conectado aos terminais do rotor que garante o controle de potência ativa e reativa do gerador. Além disso, foi desenvolvida uma técnica para estimar a posição do rotor sem uso de sensor de velocidade. São apresentados os modelos do gerador e dos conversores utilizados, bem como as estratégias de controle e modulação por largura de pulso (PWM). As comparações entre as topologias são realizadas em termos da tensão mínima de barramento CC e das perdas de potência nas chaves. São apresentados resultados de simulação em diversos cenários, com e sem ligação de cargas trifásicas ao sistema, além do estudo de perdas de potência nos conversores. Resultados experimentais também são apresentados e discutidos, de modo a verificar o funcionamento das topologias propostas.