Doubly-fed induction machine for variable speed energy conversion applications

• Main Author: Zhang, Yongzheng
• Other Authors: Boon-Teck Ooi (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=114286

After decades of development, the wind energy industry is now supplying 10 to 20% of power in electric utilities. At present Doubly-Fed Induction Generators (DFIG) are one of the most widely used generators in wind farms. The research of this thesis advances the methods of controlling DFIGs by presenting: (i)a non-mechanical (sensorless) method of determining accurate rotor speed and rotor position which are essential in implementing decoupled P-Q control; (ii)a method of autonomous frequency control whereby an islanded wind farm does not have to shut down but continues to operate as standby ready to assist the utility grid in fast restoration; (iii) a method of mitigating the problem of power imbalance at the initial period of islanding by using pitch control to spill excess wind power.The thesis also examines what economical adaptation is required to make the Doubly-Fed Induction Generator, which has the advanced controllers designed for wind power application, marketable as Doubly-Fed Induction Motor. Research is based on theoretical analysis, validated by digital simulation. A prototype DFIG 5hp experimental platform, which has been built and tested, provides experimental verification to claims. === Après des décennies de développement, l'industrie de l'énergie éolienne fournit maintenant de 10% à 20% de la puissance produite dans les réseaux électriques. Présentement, les alternateurs asynchrones à double alimentation (DFIG) sont parmi les alternateurs les plus utilisés dans les parcs éoliens. La recherche de cette thèse avance les méthodes de contrôle des DFIGs par la présentation : (i)d'une méthode non-mécanique (sans capteur de mesure) afin de déterminer précisément la vitesse et la position du rotor, qui sont essentielles dans l'implémentation de contrôle découplée P-Q; (ii)d'une méthode de contrôle autonome de la fréquence par quoi un parc éolien îloté n'a pas à interrompre sa production mais il peut continuer à fonctionner en attente pour aider le réseau électrique à une restauration rapide. (iii) D'une méthode pour limiter le problème de déséquilibre de puissance au début de l'îlotage en utilisant l'angle d'attaque de l'éolienne pour évacuer l'excédent de la puissance éolienne.Cette thèse examine aussi l'adaptation économique requise pour rendre l'alternateur asynchrone à double alimentation, qui contient les contrôleurs conçus pour l'application éolienne, commercialisable comme moteur asynchrone à double alimentation. La recherche est basée sur l'analyse théorique, validée par simulation digitale. Une plateforme prototype d'un DFIG de 5hp, qui a été construite et testée, fournit la vérification expérimentale des résultats de la recherche.